Pin mặt trời màng mỏng vô định hình

Tại Hội nghị triển khai hội thảo khoa học toàn quốc về “Điều tra, khảo sát tiềm năng năng lượng biển Việt Nam”, phóng viên VietNamNet phỏng vấn GS.TSKH Nguyễn Tiến Khiêm, nguyên Viện trưởng Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam. 

-Phóng viên (PV):Thưa GS, xin GS cho biết kế sách để cư dân hàng nghìn đảo có điện? 

- GS.TSKH Nguyễn Tiến Khiêm:  Trong tất cả các nguồn năng lượng tái tạo, nguồn năng lượng mặt trời là phong phú và ít biến đổi nhất trong thời kỳ biến đổi khí hậu hiện nay của Trái đất. Việt Nam là một trong những nước nằm ở dải phân bố ánh nắng nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới. Nước ta có một dải bờ biển dài hơn 3.000km, có hàng nghìn đảo hiện có cư dân sinh sống mà nhiều nơi không thể đưa điện lưới đến được. 

Sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống đáp ứng nhu cầu của các vùng dân cư này là một kế sách lớn lao vô cùng ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc phòng và phát triển văn hoá giáo dục... Tuy nhiên ở nước ta cho đến nay việc ứng dụng năng lượng mặt trời chưa phát triển. 

-  Nguyên nhân nào dẫn đến việc ứng dụng năng lượng mặt trời chưa phát triển, thưa ông? 

Tấm pin mặt trời màng mỏng vô định hình silicon

- Phải chăng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng theo sự nghiên cứu điều tra của chúng tôi nguyên nhân chủ yếu là do giá cả của điện mặt trời còn quá cao so với thuỷ điện và nhiệt điện. Nhiều quốc gia như Mỹ, Hungary, Thụy Sĩ đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu cải tiến công nghệ chế tạo pin mặt trời sao cho chi phí thấp, nhằm giảm giá thành sản phẩm. Lời giải cho bài toán tối ưu này các nước đã tìm ra là nghiên cứu phát triển pin màng mỏng vô định hình. Lý do của sự lựa chọn giải pháp áp dụng công nghệ pin mặt trời màng mỏng vô định hình cho Việt Nam và đặc biệt là biển Việt Nam là mục đích sâu xa của chúng tôi. 

- Pin mặt trời màng mỏng vô định hình là gì, thưa ông? 

- Hiện nay trên thế giới đang sử dụng ba dạng pin mặt trời: Tấm pin mặt trời tinh thể (monocrystal, c-Si), đa tinh thể (polycrystal, p-Si) và màng mỏng vô định hình (amorphous a-Si). Hai loại đầu đã ít nhiều quen thuộc với chúng ta, riêng loại thứ ba còn ít người biết. 

Pin màng mỏng vô định hình thường được gọi tắt là pin màng mỏng hoặc pin vô định hình, có cấu tạo và hoạt động như trong hình vẽ. Pin mặt trời vô định hình cũng có nhiều loại như: Amorphous Silicon (a-Si), Copper Indium Diselenide (CIS), Cadmium Telluride (CdTe),... Trong đó loại Amorphous Silicon (a-Si) đã được hoàn thiện công nghệ một cách hoàn hảo, đồng thời qua thời gian vận hành loại pin này đã thể hiện tính ổn định và cho hiệu suất cao. 

Khi vận hành hệ thống pin mặt trời chúng ta không hy vọng thu được công suất P cực đại Pmax = Up x Ip như trong tính toán lý thuyết, do tác động của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ ngoài trời nơi lắp đặt pin và cường độ bức xạ ánh sáng không ổn định. Trong thực tế khi nhiệt độ của không khí cao sẽ truyền cho pin cũng có nhiệt độ cao theo và nhiệt độ của pin càng cao thì công suất càng giảm.

So sánh hiệu suất quang điện của pin monocrystal (c-Si), polycrystal (p-Si) và pin amorphous silicon (a-Si) ta thấy :

η (c-Si) = 12-16 % (120-160W/m2),

η (p-Si) = 10-12 % (100-120W/m2),

η (a-Si) = 6- 8 % (60-80W/m2). 

Rõ ràng là pin a-Si có hiệu suất thấp, bằng một nửa hiệu suất các pin c-Si và p-Si. 

- Nhưng tại sao lại lựa chọn a-Si, thưa ông?

- Pin c-Si : 890 – 970 kwh/ kwp,

- Pin p-Si : 850 – 960 kwh/ kwp,

- Pin a-Si : 960 - 1060 kwh/ kwp. 

Như vậy, mặc dù hiệu suất thấp nhưng điện năng thu được trong cả một mùa trên một kilô oát đỉnh lại cao hơn. Bằng những thí nghiệm khác các nhà khoa học này còn xác định được pin a-Si có thể làm việc được trong điều kiện trời có mây mù và cả trong môi trường không khí có nhiệt độ cao, mà các pin c-Si và P-Si không làm việc được. Điều này đã làm sáng tỏ vì sao trong bảng kết quả thí nghiệm ở trên: pin a-Si cho sản lượng điện nhiều hơn hai loại pin tinh thể. 

Tại Việt Nam chúng tôi đã thí nghiệm theo dõi trong điều kiện mây mù nhiều ngày liền vào mùa đông Pin a-Si vẫn làm việc tốt, nếu khai thác pin a-Si làm đèn chiếu sáng thì chỉ cần 1 ngày nắng khoảng 10 giờ thì đèn có thể thắp sáng cho 6-7 ngày mưa tiếp theo. Tính ưu việt này của pin a-Si rất phù hợp với điều kiện thời tiết ở các vùng biển nước ta đó là nắng lắm, mưa nhiều, nhiều sương mù,... Pin a-Si lại là một hệ thống các môđun khép kín có các lớp đệm bảo vệ không bị nước mưa hoặc hơi nước mặn ngấm vào, nên vẫn đảm bảo được độ bền trong môi trường khai thác ở các vùng biển đảo. 

GS. Nguyễn Tiến Khiêm, cho xem mẫu tấm pin màng mỏng vô định hình.

Nhưng có lẽ thuyết phục nhất, theo chúng tôi, trong điều kiện Việt Nam hiện nay chính là do các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu cải tiến công nghệ để thu được một dạng pin mặt trời với giá thành đầu tư chỉ còn là 1USD/1wp. Trong khi đó giá thành của pin crystalline vẫn còn ở mức 5-6 USD/1wp. 

Tóm lại, có thể khẳng định tính ưu việt cơ bản của pin mặt trời màng mỏng vô định hình a-Si là: 1. Pin mặt trời a-Si làm việc có hiệu quả trong các điều kiện khác nhau, từ môi trường nhiệt độ cao đến mùa băng tuyết, trong những vùng bức xạ mặt trời lớn cũng như vùng hay có sương mù và trong điều kiện ẩm ướt nhiệt đới. Vì vậy, hiệu quả tổng cộng cao hơn các loại pin mono và polycrystal; 2. Giá thành đầu tư thấp, công nghệ đơn giản phù hợp với Việt Nam. Vì vây, chúng tôi không chỉ nghiên cứu triển khai ứng dụng pin mặt trời a-Si vào Việt Nam, mà còn đang tìm các nguồn vốn hỗ trợ để chuyển giao công nghệ chế tạo loại pin mặt trời mới này vào Việt Nam, cụ thể là mong muốn xây dựng một nhà máy chế tapo pin mặt trời a-Si với công suất 6MW/năm. 

- Thưa ông, ông có thể cho biết sơ lược về dây chuyền sản xuất pin mặt trời a–Si? 

- Công nghệ pin mặt trời màng mỏng vô định hình thực chất là công nghệ phủ màng mỏng chân không, giống như việc chế tạo các màn hình TV. Dây chuyền công nghệ này bao gồm các công đoạn như sau: 

1. Chuẩn bị kính (mài, cắt, đánh bóng,…)

2. Phủ màng mỏng a-Si

3. Tạo rãnh bằng lazer

4. Hàn kín đường biên và gắn lớp kính bảo vệ

5. Thử nghiệm

6. Đóng gói

Theo thiết kế tối ưu của các nhà sáng chế ra dây chuyền công nghệ phủ màng mỏng silicon trong chân không thì người ta thiết kế theo công suất 6 MW là một dây chuyền khép kín, mỗi dây chuyền này gọi là một môđun. Một nhà máy lớn sẽ tập hợp bởi nhiều môđun. 

- Xin cảm ơn GS.