CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Xu hướng phát triển nguồn điện mặt trời Theo đại diện Cục Điện lực và Năng lượng tái tạo, Bộ Công Thương cho biết tính đến tháng 6/2019, tổng công suất lắp đặt các dự án điện Mặt Trời, điện gió và sinh khối tại Việt Nam đạt khoảng 2,5 GW. Gia tăng nguồn năng lượng tái tạo là một chủ trương cần thiết nhưng hiện đang vấp phải không ít thách thức như chi phí đầu tư cao, số giờ vận hành nguồn điện thấp. Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015.
Tháng 9/2015, Việt Nam đã đưa ra các mục tiêu cụ thể, lượng điện năng sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo sẽ tăng từ mức 58 tỷ kWh năm 2015 lên 101 tỷ kWh năm 2020 và 186 tỷ kWh năm 2030; 452 tỷ kWh năm 2050. Tỷ trọng điện năng sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo sẽ tăng từ 35% năm 2015 lên mức 38% năm 2020 và 43% năm 2050. Theo ông Nguyễn Văn Vy, Phó Chủ tịch Hiệp hội Năng lượng Việt Nam, với vị trí địa lý, đường bờ biển dài, đặc thù khí hậu nhiệt đới gió mùa và nền kinh tế nông nghiệp, Việt Nam có nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và đa dạng, có thể khai thác cho sản xuất năng lượng như thủy điện, điện gió, điện Mặt Trời, sinh khối, địa nhiệt, nhiên liệu sinh học. Theo nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng tái tạo, đến năm 2030 Việt Nam có khả năng phát triển khoảng 8.000 MW thủy điện nhỏ, 200 MW điện gió, 3.000 MW điện sinh khối, 35.000 MW điện Mặt Trời.
5 Tiềm năng năng lượng Mặt Trời cũng được đánh giá cao khi Việt Nam là quốc gia có thời gian nắng nhiều trong năm với cường độ bức xạ lớn ở các khu vực miền Trung, miền Nam. Tính đến cuối năm 2018, Việt Nam thúc đẩy thành công nhiều dự án năng lượng tái tạo với 285 nhà máy thủy điện nhỏ, tổng công suất khoảng 3.322 MW; 8 nhà máy điện gió, tổng công suất 243 MW và 10 nhà máy điện sinh khối, tổng công suất nối lưới khoảng 212 MW. Về điện Mặt Trời, hơn 100 dự án đã ký hợp đồng mua bán điện (PPA) với Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), 2 dự án đi vào vận hành với tổng công suất khoảng 86 MW. Ông Đỗ Đức Quân, Phó Tổng cục trưởng Cục Điện lực và Năng lượng tái tạo, Bộ Công Thương cho biết tính đến tháng 6/2019, tổng công suất lắp đặt các dự án điện Mặt Trời, điện gió và sinh khối tại Việt Nam đạt khoảng 2,5 GW, dự kiến hết tháng 6/2019, thêm khoảng 2 GW điện Mặt Trời sẽ được lắp đặt.
Kết quả đạt được nhờ cam kết về mục tiêu phát triển và chính sách khuyến khích phát triển năng lượng phù hợp của Chính phủ, sự tích cực của các địa phương và sự phối hợp giữa các bộ, ngành giải quyết các vấn đề vướng mắc trong quá trình triển khai dự án nhằm tạo môi trường cạnh tranh tốt, thuận lợi cho các nhà đầu tư. Theo ông Đỗ Đức Quân, để khuyến khích, phục vụ các mục tiêu phát triển năng lượng tái tạo, Bộ Công Thương đã xây dựng và trình Chính phủ ban hành hàng loạt các cơ chế như Feed-in-Tariff Mechanism cho điện Mặt Trời, điện gió, điện sản xuất từ chất thải rắn, điện sinh khối. Chính phủ cũng ban hành chính sách ưu đãi khác cho các nhà đầu tư như ưu tiên cung cấp tín dụng, miễn, giảm thuế thu nhập doanh nghiệp, tiền thuê đất, sử dụng PPA. 6 Bên cạnh đó, Quy hoạch Phát triển Điện lực VII sửa đổi (PDP) cho rằng nếu muốn huy động đầu tư trực tiếp nước ngoài vào ngành năng lượng, Việt Nam cần có môi trường đầu tư minh bạch và lộ trình chính sách rõ ràng với tầm nhìn xa hơn năm 2021, để các nhà đầu tư có thể ra quyết định dài hạn ngay năm 2019 đối với các dự án hoàn tất huy động vốn sau năm 2021.
Với mục tiêu hạ giá thành cho các nhà máy điện mặt trời theo công nghệ SPV, các nhà công nghệ đã tiến hành các nghiên cứu song song theo hai hướng: - Nghiên cứu tìm nguyên liệu mới hoặc cải tiến kỹ thuật chế tạo các tế bào quang điện. Từ 4 ÷ 5 năm trở lại đây đã có nhiều tiến bộ đáng kể trong chế tạo các tế bào quang điện bằng cách thay đổi vật liệu và cách bố trí tối ưu các tế bào đó. - Nghiên cứu để tránh chiếm dụng quá nhiều đất bằng phẳng. Để thực hiện điều này, nhiều nước và đi đầu là Australia đã xây dựng kiểu nhà máy, trong đó tất cả pin mặt trời hay tế bào quang điện với nhiệm vụ biến đổi các tia sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng đều đặt nổi trên mặt nước.
Như vậy, nhà máy điện mặt trời theo công nghệ quang năng SPV có thể phân thành 2 kiểu ứng dụng công nghệ: pin đặt trên mặt đất hay pin cho nổi trên mặt nước. Các xu hướng nói trên chính là những giải pháp góp phần để ngành điện mặt trời theo công nghệ quang điện SPV không bị tụt hậu trên thị trường so với công nghệ điện khác như nhiệt điện hay thủy điện … hay so cả với cả công nghệ điện mặt trời dùng công nghệ hội tụ CSP hay STE (Solar thermal energy). Với sự phát triển tiến bộ không ngừng về công nghệ, mức chi phí đầu tư ban đầu ngày càng giảm, chi phí vận hành và bảo dưỡng nhỏ nên giá thành sản xuất điện từ năng lượng mặt trời đang dần cạnh tranh với các nguồn điện từ nhiên liệu hóa thạch. Hiện nay, điện từ nguồn năng lượng mặt trời đang 7 phát triển mạnh với tốc độ rất cao.
Năm 2015, đã có 227 GW điện từ mặt trời được kết nối với hệ thống điện, tăng 50.000 MW so với cuối năm 2014 (177.000 MW) và tăng 44,5 lần về công suất lắp đặt trong 10 năm qua (2005- 2015). Chỉ trong 5 năm trở lại đây các cường quốc điện mặt trời có tên trong các vị trí từ 1 đến 5 thay đổi liên tục giữa Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Trung Quốc, Mỹ. Xu hướng lắp đặt điện mặt trời trên thế giới giai đoạn 2005-2015 Tỷ trọng công suất lắp đặt điện mặt trời toàn cầu năm 2015, tỷ trọng của 15 quốc gia hàng đầu và phần còn lại của thế giới Giá tấm pin mặt trời đã giảm mạnh từ 3,5 ÷ 4 EUR/Wp năm 2008 xuống còn chỉ 0,41 ÷ 0,57 EUR/Wp vào tháng 12 năm 2016 đã thúc đẩy phát triển mạnh mẽ điện mặt trời ở nhiều nước đang phát triển như Thái Lan, Trung 8 Quốc và kể cả Việt Nam. Hình dưới đây cho thấy xu hướng giá tấm pin mặt trời tại thời điểm từ 01/12/2016 theo các vùng lãnh thổ và các nước.
Chỉ số giá thị trường thế giới các tấm PMT (PV Crystalline Module) Xu hướng giá tháng 12/2016 Chỉ số giá thị trường Chỉ số giá thị từ 01/2016 trường từ 11/2016 TT Nước sản xuất €/Wp Xu Xu Giá trị Giá trị hướng hướng 1 Germany, Europe 0,49 - 16,9% - 2,0% 2 Japan, Korea 0,57 - 13,6% - 1,7% 3 China 0,50 - 10,7% 2,0% Southeast Asia, 4 0,41 - 14,6% - 2,4% Taiwan Hiện trạng phát triển điện mặt trời ở Việt Nam, đến 12/2015 tổng công suất lắp đặt điện mặt trời chỉ khoảng 6MW, chủ yếu là quy mô nhỏ cấp điện tại chỗ (vùng ngoài lưới cho các hộ gia đình và một số dự án trình diễn nối lưới điện hạ thế – lắp đặt trên các tòa nhà, công sở). Tuy nhiên, trong vòng 1 năm trở lại đây nhiều chủ đầu tư trong và ngoài nước đang xúc tiến và tìm kiếm cơ hội đầu tư vào dự án điện mặt trời nối lưới quy mô lớn trong phạm vi cả nước. Công nghệ và cấu hình công viên năng lượng mặt trời 1. Sơ đồ công nghệ Năng lượng mặt trời có thể chuyển thành điện năng bằng hai cách: một là sử dụng pin năng lượng mặt trời (PV), bằng các vật liệu bán dẫn có khả năng hấp thụ photon và phát ra electron (hiệu ứng quang điện); và hai là sử dụng những tua-bin nhiệt như những máy phát điện khác, nhiệt năng từ ánh sáng mặt trời sẽ làm nước bốc hơi, và từ đó làm quay tua-bin và tạo ra dòng điện.
Đây cũng chính là cơ chế của các nhà máy điện sử dụng công nghệ nhiệt mặt trời hội tụ (nhiệt độ cao). Nhà máy điện mặt trời sử dụng công nghệ quang điện SPV (Solar Photovoltaic hay PV) có hiệu suất chuyển đổi khá thấp, trong khoảng từ 15% ÷ 18% đối với các hệ thương mại. Tuy nhiên, hệ nguồn này có cấu trúc đơn 9 giản, hoạt động tin cậy và lâu dài, công việc vận hành và bảo trì bảo dưỡng cũng đơn giản và chi phí rất thấp. Nhà máy điện mặt trời sử dụng công nghệ CSP (concentrated solar power) có hiệu suất khá cao, khoảng 25%, nhưng nó chỉ có hiệu quả ở các khu vực có bức xạ mặt trời cao hơn 5,5 kWh/m2/ngày và công suất nhà máy không nhỏ hơn 5 MW.
Hệ thống này có cấu trúc phức tạp (cần có thiết bị điều khiển các bộ thu luôn dõi theo chuyển động của mặt trời), công việc vận hành và bảo trì bảo dưỡng phức tạp và chi phí cao. Như vậy, công nghệ nhà máy điện mặt trời CSP hiện tại chưa phù hợp với điều kiện ở Việt Nam. Sau đây là sơ đồ nguyên lý Công viên NL ĐMT nối lưới sử dụng công nghệ quang điện SPV. Sơ đồ nguyên lý Công viên Năng lượng Điện mặt trời 1.
Giải pháp công nghệ 1. Lựa chọn tấm pin mặt trời Pin năng lượng mặt trời là loại thiết bị bán dẫn chuyển hóa trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện năng dựa trên hiệu ứng quang điện. Phần lớn tế bào pin quang điện mặt trời được làm từ tinh thể silicon, tuy nhiên trên thực tế 10 cũng có rất nhiều loại vật liệu cũng như phương pháp khác nhau có thể dùng để chế tạo pin năng lượng mặt trời. Công nghệ tế bào pin quang điện PV có thể chia ra làm 2 dạng chính, đó là: dạng tinh thể và dạng màng mỏng.
Công nghệ tinh thể silicon (c-Si) sẽ cho ra các thiết bị có hiệu suất cao. Dạng pin tinh thể có thể chia nhỏ hơn như pin đơn tinh thể (mono c-Si) và đa tinh thể (poly c-Si). Pin dạng đơn tinh thể cho hiệu suất cao nhất tuy nhiên lại đắt hơn so với pin dạng đa tinh thể. Pin dạng màng mỏng có giá thành rẻ hơn tuy nhiên lại có hiệu suất thấp hơn so với pin dạng tinh thể.