Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TAI 1. Tổng quan chung. Bối cảnh thế giới hiện nay đang phải dối diện với hai vấn đề cấp thiết. Thứ nhất đó là sự ô nhiễm mội trường, biến đổi khí hậu trong đó phần có ảnh hưởng của nhiên liệu hóa thạch và thủy điện.
Sự thiếu hụt năng lượng điện cũng như cạn kiệt năng lượng hóa thạch ảnh hưởng tới sự PT kinh tế và cuộc sống con người. Vì vậy chúng ta cần quan tâm tới các giải pháp năng lượng tái tạo. Trong đó, năng lượng mặt trời hiện nay được xem như là một biện pháp hữu hiệu nhất vì đây là một nguồn năng lượng xanh thân thiện với môi trường, như chúng ta đã biết thì đây là nguồn năng lượng vô tận có thể xem xét để dần thay thế các dạng nhiên liệu hóa thạch trong tương lai. Kể từ khi thế giới bước vào công cuộc cách mạng phát triển về mọi mặt thì bước ngoặt lớn là sự xuất hiện của các nhà máy điện sử dụng năng lượng hóa thạch.
Đi đôi với sự phát triển vượt trội đó, con người chúng ta cũng phải gánh chịu những hậu quả của thiên nhiên. Các nhược điểm của các nhà máy điện hiện nay đặc biệt là tác động tiêu cực đến môi trường, gây hiệu ứng nhà kính ngày càng nghiêm trọng cùng việc gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Với lý do đó, báo cáo này sẽ là giải pháp thay thế năng lượng tối ưu cũng như góp phần quan trọng vào việc phát triển bền vững. Hiện nay trên thế giới có một số quốc gia đã và đang tích cực phát triển hệ thống điện tái tạo, đáng chú ý là Trung Quốc, Nhật, EU, Mỹ,.
Trung Quốc: Hiện là quốc gia có khả năng sản xuất điện năng lượng mặt trời (điện mặt trời) lớn nhất trên thế giới với khả năng sản xuất lên đến 1330 Gigawatts (GW) mỗi năm[1]. Đây cũng là nước sở hữu dự án Điện mặt trời lớn nhất thế giới với công suất lên đến 1,547 MW ở sa mạc Tengger. Tính đến đầu năm 2019, Trung Quốc sở hữu 6 trong 10 công tysản xuất mô-đun năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới. Nhật Bản: Với lợi thế là một cường quốc về khoa học - công nghệ phát triển bậc nhất trên thế giới, Nhật Bản cũng đã sớm nhận thức vai trò và tầm quan trọng của nguồn năng lượng sạch đối với phát triển kinh tế - xã hội của đất nước.
Ngay từ năm 2008, Chính phủ Nhật Bản đã thực hiện chính sách hỗ trợ 14 cho vay mua căn hộ sử dụng năng lượng tái tạo với thờigian trả nợ tối đa là 10 năm. Ngoài ra, đối với những gia đình cải tạo nhà, chuyển sang sử dụng năng lượng mặt trời được vay số tiền tối đa lên đến 5 triệu yên, tương đương gần 5. Bên cạnh đó, Chính phủ Nhật Bản còn mua điện sản xuất từ năng lượng mặt trời với giá cao hơn giá thị trường và giảm giá bán các sản phẩm cung cấp cho ngành năng lượng mặt trời[1]. Mỹ: Là quốc gia dẫn đầu xu thế về phát triển năng lượng tái tạo, trong đó năng lượng mặt trời cũng đã được quốc gia này quan tâm đầu tư phát triển từ khá sớm.
Năm 1982, tại bang California đã xây dựng nhà máy quang điện với công suất 1 MW đầu tiên trên thế giới, nhờ việc tận dụng điều kiện lý tưởng về tự nhiên khi tại đây có khoảng 102,7 nghìn km2 là sa mạc nắng nóng - điều kiện lý tưởng để phát triển điện mặt trời. Những mặt hàng như tấm pin năng lượng mặt trời đang được sử dụng nhiều và nhận lại những phản hồi tích cực trên thế giới cũng đến từ First Solar - một công ty đến từ Mỹ (có nhà máy chính thức tại Việt Nam). Tình hình phát triển điện mặt trời trong nước. Tiềm năng của ngành năng lượng mặt trời.
Năm 2014, Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IAEA) dự báo kịch bản “năng lượng tái tạo cao” vào năm 2050 điện mặt trời và năng lượng mặt trời tập trung sẽ đóng góp khoảng 16% và 11% tiêu thụ điện trên toàn thế giới, sẽ là nguồn điện lớn nhất thế giới. Hầu hết thiết bị năng lượng mặt trời sẽ ở Trung Quốc và Ấn Độ. Tính đến năm 2016, điện mặt trời chỉ cung cấp 1% tổng sản lượng điện trên toàn thế giới nhưng tăng trưởng ở mức 33% mỗi năm[2]. Điện mặt trời là xu hướng phát triển tích cực trong việc cung cấp năng lượng cho các nhu cầu tư nhân và công cộng với nhiều ưu điểm.
Nổi trội nhất chính là khả năng tái tạo của nguồn năng lượng này. Theo tính toán của NASA, mặt trời còn có thể cung cấp năng lượng cho chúng ta trong khoảng hơn 6,5 tỷ năm nữa. Nói cách khác, năng lượng mặt trời gần như vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng lượng của nhân loại cho muôn vàn thế hệ về sau. Và tiềm năng của năng lượng mặt trời cũng rất lớn.
Theo nghiên cứu, mỗi ngày bề mặt trái đất được hưởng 120.000 terawatts (TW) năng lượng từ ánh sáng mặt trời, 15 cao gấp 20.000 lần so với nhu cầu của con người trên toàn thế giới (1TW = 1. Còn đối với riêng ở Việt Nam trong những năm gần đây, năng lượng điện tái tạo nói chung, năng lượng điện mặt trời nói riêng đang có sự phát triển mạnh mẽ. Sản lượng điện từ năng lượng mặt trời có sự gia tăng hàng năm. Điều này cũng cho thấy sự quan tâm của nhà nước, các tập đoàn doanh nghiệp tới năng lượng tái tạo giúp ổn định năng lượng quốc gia và giảm thiểu tác động đến môi trường do sản xuất điện từ các nguồn nguyên liệu hóa thạch khác.
Với sự quan tâm đầu tư phát triển của Chính phủ cùng tiềm năng phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam đã và đang có những khởi sắc nhất định. Theo đó, tại thời điểm năm 2017, năng lượng mặt trời hầu như chưa có sự đầu tư phát triển, nhưng đến cuối năm 2019, Việt Nam đã vượt qua Malaysia và Thái Lan để trở thành quốc gia sở hữu công suất lắp đặt các tấm pin mặt trời lớn nhất Đông Nam Á[2]. Sản lượng của các dự án quang điện tại Việt Nam đã đạt đến 5 Gigawatt (GW), vượt xa mục tiêu 1GW của Chính phủ vào năm 2020. Tiềm năng phát triển điện mặt trời áp mái 2021.
Theo đánh giá từ các chuyên gia của Hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam (VCEA), nước ta có lượng ánh nắng mặt trời chiếu sáng tương đối cao trên bản đồ bức xạ mặt trời thế giới. Trong một năm, lượng bức xạ mặt trời trung bình dao động từ 4,3-5,7 triệu kWh/m2. Đặc biệt, tại khu vực miền Trung và miền Nam, số giờ nắng trung bình năm cao, đạt khoảng 2000-2600 giờ mỗi năm, lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kcal/m2 chiếm khoảng 2000-5000 giờ mỗi năm. Khu vực miền Bắc nước ta có số giờ nắng và lượng bức xạ mặt trời thấp hơn vì chịu ảnh hưởng bởi mùa đông, nhiều mây, sương mù.
Theo ước tính thì tiềm năng điện mặt trời mang lại trên lý thuyết là khoảng 43,9 tỷ TOE. Vào năm 2020, nước ta dự kiến sẽ khai thác điện năng lượng mặt trời với công suất khoảng 850MW, ước tính sẽ tăng lên khoảng 4.000MW vào năm 2025 và năm 2030 sẽ là 12. Và cũng theo dự báo từ các chuyên gia kinh tế thì đến năm 2030 và 2035, giá điện mặt trời sẽ còn 16 tiếp tục giảm sâu xuống khoảng 5,8 cent/kWh và 5,4 cent/kWh. Hơn nữa, từ năm 2025, dự báo giá điện mặt trời sẽ thấp hơn giá các nguồn điện hóa thạch.
Nguyên nhân giá điện mặt trời giảm nhanh chủ yếu là do công nghệ chế tạo pin mặt trời ngày càng hoàn thiện, hiệu suất ngày càng cao và các công nghệ phụ trợ khác như chế tạo bộ Inverters, khung dàn và công nghệ lắp đặt đã đạt đến trình độ tiên tiến. Chính sách đúng đắn về phát triển điện mặt trời và đã được ban hành đúng thời điểm, đó là QĐ số 11: Giá điện đã giảm xuống rất thấp; Với tiềm năng năng lượng mặt trời khá dồi dào; Với các chính sách hỗ trợ rất hiệu quả, thiết thực từ QĐ số 11 là: Điện mặt trời được mua với giá hấp dẫn: 9,35 cent/kWh (khoảng 2. Qua đó, chúng ta đã thấy được phần nào cơ hội phát triển lĩnh vực năng lượng tái tạo tại Việt Nam trong tương lai không xa nếu chúng ta biết khai thác và đưa vào sử dụng một cách hiệu quả. Tuy nhiên, chúng ta vẫn còn đang gặp phải một số những thách thức, khó khăn nhất định trên con đường phát triển ngành năng lượng tái tạo này.
Trong khoảng thời gian hai năm đại dịch vừa qua, chúng ta càng thấy rõ được tầm quan trọng của năng lượng là như thế nào. Các ngành nghề đều bị ảnh hưởng bởi giãn cách xã hội, hoạt động sản xuất kinh tế bị đình trệ nhưng nhu cầu sử dụng năng lượng thì lại gia tăng. Đó chính là thử thách và là bài toán hóc búa để các chuyên gia đầu ngành của nước ta có thể nhìn nhận và đưa ra được những chiến lược để giúp ngành năng lượng ở nước ta phát triển. Tính cấp thiết của đề tài.
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của năng lượng tái tạo tại Việt Nam và thế giới, các dự án về năng lượng mặt trời cũng tăng đáng kể. Trong đó, điện mặt trời áp mái cũng được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các tỉnh thành trên cả nước. Tuy nhiên, với những kiến thức được trang bị trong chương trình học chỉ dừng lại ở mức lý thuyết và những buổi thực hành đơn giản, chưa có những tính toán cụ thể cho một hệ thống cụ thể. 17 Bên cạnh đó là tình hình căng thẳng chính trị leo thang giữa các quốc gia có sức ảnh hưởng lớn đến kinh tế và sự phát triển chung của thế giới.
Cuộc chiến tranh giữa Nga và Ukraina rồi cả sự bùng phát của đại dịch Covid trong 3 năm qua đã làm cho thế giới của chúng ta thay đổi mọt cách chóng mặt. Kinh tế đình trệ. Do ảnh hưởng từ nguồn nhân công, nguồn nguyên vật liệu trở nên khanh hiếm, linh kiện bán dẫn thiếu hụt trầm trọng, năng lượng dùng trong sản xuất bị giới hạn,… tất cả đều mô hình hcung làm cho mọi thứ trở nên khó khăn và phức tạp hơn. Từ những vấn đề trên, nhóm đặt ra bài toán nghiên cứu, tìm hiểu và tính toán cho một hệ thống điện mặt trời áp mái cho tòa nhà khu C Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.