Mặt Trời: Nguồn năng lượng bất tận
Cùng với gió, ánh sáng mặt trời là nguồn tài nguyên tự nhiên “trời cho”, quá rẻ hay gần như không có giá.
Nguồn ánh sáng hay nguồn năng lượng phát ra từ Mặt Trời gần như vô tận cùng với sự “vô tận” của bản thân Mặt Trời. Vì nguồn năng lượng này sinh ra bởi phản ứng tổng hợp nhiệt hạch xảy ra trong Mặt Trời, nó sẽ kéo dài cho đến lúc cháy hết nhiên liệu mà theo tính toán từ giờ cho đến lúc đó là khoảng… 5 tỷ năm nữa!
Trái Đất, dù chỉ nhận được một phần vô cùng nhỏ bé trong tổng năng lượng Mặt Trời phát ra, nhưng “phần nhỏ bé” đó đối với nhu cầu của cả loài người cũng là con số vô cùng lớn. Thực vậy, phần năng lượng Mặt Trời đến với hành tinh chúng ta lớn đến con số 174 Petawatt (PW).
Để hình dung độ lớn của con số trên, xin bạn đọc nhớ lại các đơn vị đo công suất năng lượng sau đây: Kilowatt = 103 watt, Megawatt = 106 watt, Gigawatt = 109 watt ( hay 1 tỷ watt), Terawatt = 1012 và Petawatt = 1015 watt (hay 1 triệu Gigawatt).
Khoảng 30% năng lượng mặt trời đến quả đất bị phản xạ ngược lại vào không gian vũ trụ, phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây trên khí quyển, bởi nước ở các đại dương và các lớp đất bề mặt địa cầu.
Dạng năng lượng mặt trời đến bề mặt trái đất là các photon ánh sáng, trong vật lý gọi là photon điện từ, phân bố trong một phổ rộng, chủ yếu dưới dạng ánh sáng nhìn thấy, tiếp theo là ánh sáng cận hồng ngoại và một phần nhỏ là ánh sáng cận tử ngoại.
Từ bao đời nay, các phương thức con người sử dụng năng lượng mặt trời rất đa dạng và phong phú, đơn giản như đun nấu, sưởi ấm và làm mát và phức tạp như làm bong bóng bay, lưu trữ nhiệt lượng bằng muối thường hay muối nóng chảy v.v...
Con số ước tính tổng năng lượng mặt trời toàn cầu khai thác vào các ứng dụng phi điện năng như trên, trong một năm; chẳng hạn năm 2007 đạt đến con số 150 - 200 Gigawatt (GW) tức 200 tỷ watt.
Nhưng phương thức sử dụng quan trọng nhất của năng lượng mặt trời hiện nay và trong tương lai vẫn là sản xuất điện năng. Ở đây, hai loại công nghệ sản xuất điện mặt trời được phát triển rộng rãi, đó là: Công nghệ hội tụ năng lượng mặt trời CSP (concentrated solar power) và Công nghệ quang điện SPV (Solar Photovoltaic).
Công nghệ điện mặt trời SPV
Trong Công nghệ quang điện, năng lượng ánh sáng mặt trời được chuyển thành dòng điện, nhờ hiệu ứng quang điện, qua các tế bào quang điện hay các Pin mặt trời bé nhỏ. Các pin nhỏ ghép lại thành tấm Pin mặt trời lớn. Các tấm pin lớn này ghép lại với nhau thành mô đun hay dãy.
Ban đầu, các tấm Pin mặt trời được dùng cho vệ tinh nhân tạo hay phi thuyền không gian. Bây giờ, trong công nghiệp điện năng, công dụng chính của các tấm Pin mặt trời là cấp điện vào lưới điện chung nhờ bộ chuyển đổi từ dòng điện một chiều trong Pin sang điện xoay chiều.
Hiện nay, giá thành điện mặt trời vẫn còn cao hơn nhiều so với giá của các loại điện truyền thống, nhưng ở một số nước như Nhật Bản hay Đức với các chính sách ưu đãi tài chính, sản lượng của ngành điện mặt trời đã có bước tiến vượt bậc trong một số năm gần đây. Tính chung trên toàn thế giới, ước tính tổng công suất điện năng mặt trời sử dụng công nghệ quang điện đã vượt con số 100 Gigawatt (GW).
Số nhà máy điện mặt trời dùng công nghệ quang điện có công suất từ 50 MW trở lên đã đến con số 38. Trong đó, nhà máy có công suất lớn nhất ( 250 MW) thuộc Dự án Agua Caliente Solar, ở Yuma County, AZ (Hoa Kỳ). Nhưng nước có nhà máy loại này nhiều nhất là Đức với con số 14.
Công nghệ điện mặt trời CSP
Công nghệ hội tụ năng lượng mặt trời CSP (concentrated solar power) còn gọi là Công nghệ nhiệt năng mặt trời STE (Solar thermal energy). Trong công nghệ này sử dụng một hệ thống nhiều ống kính, gương phản chiếu và các hệ thống theo dõi nhằm tập trung ánh sáng mặt trời trên một khu vực rộng lớn vào một diện tích nhỏ.
Trong diện tích này, nước hoặc chất lỏng đặc biệt khác chứa trong các bể chứa hay ống dẫn được làm nóng lên đến nhiệt độ từ vài chục độ hay vài trăm độ tùy theo mục đích sử dụng, như sưởi ấm bể bơi, cung cấp nước ấm cho các hộ gia đình, lưu trữ năng lượng phòng khi không có mặt trời chiếu sáng hoặc tạo thành những dòng hơi nước mạnh làm quay tuôc-bin để sản xuất điện trong các nhà máy điện.
Các nhà máy điện thương mại sử dụng công nghệ CSP được phát triển đầu tiên vào những năm 1980. Đến nay có những nhà máy lớn như Solar Energy Generating Systems lớn nhất trên thế giới, nằm ở sa mạc Mojave của California, Hoa Kỳ, với công suất 354 MW. Ước tính tổng công suất điện năng mặt trời với công nghệ CSP trên thế giới đã đạt đến công suất 2.227 Gigawatt (GW).
Số nhà máy điện mặt trời dùng công nghệ CSP có công suất từ 100 MW trở lên đạt con số 12. Trong đó, nhà máy có công suất lớn nhất (354 MW) thuộc vùng Mojave Desert, California (Hoa Kỳ). Nhưng nước có nhà máy loại này nhiều nhất là Tây Ban Nha với con số 11.
Như vậy, Điện Mặt Trời, một dạng năng lượng mới, sạch vì không phát thải khí nhà kính, đang là xu hướng phát triển mạnh trên thế giới, đặc biệt ở các nước công nghiệp phát triển như Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Italy, Nhật.
Việt Nam chúng ta, đất nước vùng nhiệt đới nhiều nắng gió, hội tụ nhiều điều kiện để phát triển nguồn điện năng này. Chúng ta đã đi những bước đầu tiên trên con đường phát triển nguồn Điện Mặt Trời, nhưng bước đi còn khó khăn và ngập ngừng. Trong bài sau, chúng tôi sẽ đề cập đến vấn đề này.
Trần Minh