Gần ba phần tư hành tinh của chúng ta được bao phủ bởi nước, trong khi ngày càng có nhiều người sống và ăn ở trên những vùng đất đang trở nên khan hiếm, thì việc sử dụng mặt nước của chúng ta để sản xuất điện sạch sẽ là một ý tưởng tuyệt vời.
Một ý tưởng hoàn hảo?
Trên thị trường thế giới hiện nay mới chỉ có một số ít các công ty đang tập trung vào thị trường điện mặt trời nổi.
Trong bài báo này, chúng ta sẽ khám phá những quốc gia nơi điện mặt trời nổi nổi đang cất cánh, những nhà phát triển chính và các công nghệ khác nhau của họ, cũng như những thuận lợi và ý nghĩa của việc lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời trên bề mặt nước.
Theo ông Yossi Fisher, Giám đốc điều hành của Solaris Synergy, người tiên phong trong lĩnh vực điện mặt trời nổi: “Thị trường điện mặt trời nổi là một thị trường mới đang phát triển. Có rất nhiều nơi trên thế giới không có đất cho các công trình điện mặt trời, chủ yếu là các đảo như: Nhật Bản, Singapore, Hàn Quốc, Philippines và nhiều nơi khác. Nói chung chi phí sử dụng mặt nước thấp hơn nhiều so với chi phí sử dụng đất. Ngày nay đã có nhu cầu về điện mặt trời nổi tại Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc, Úc, Brasil, Ấn Độ và các nước khác. Nhu cầu này dự kiến sẽ tăng và sẽ lan rộng ra khắp thế giới”.
Có một sự kết hợp tuyệt vời của điện mặt trời nổi với các đập thủy điện do cơ sở hạ tầng, chẳng hạn như lưới điện, đội ngũ nhân công, đường xá, đã có sẵn.
“Nổi” và “trên mặt đất” – hệ thống nào sản sinh ra nhiều điện hơn?
Các hệ thống điện mặt trời được lắp đặt trên bề mặt nước được hưởng lợi từ nhiệt độ môi trường thấp hơn đáng kể do tác động bay hơi, làm mát của nước. Các khung nhôm chắc chắn cũng truyền nhiệt độ mát hơn từ nước, làm giảm nhiệt độ tổng thể của các mô-đun.
Tuy nhiên, lợi thế hiệu suất thực tế so với lắp đặt trên mặt đất có vẻ như thay đổi do rất nhiều yếu tố.
Nghiên cứu do Tổng công ty Tài nguyên nước Hàn Quốc tiến hành đã chỉ ra rằng các hệ thống điện mặt trời nổi có hiệu suất vượt trội so với các hệ thống điện mặt trời tiêu chuẩn được lắp đặt trên mặt đất là 11%. Đó quả là một sự khác biệt đáng kể.
Một nghiên cứu đáng chú ý khác đang được tiến hành là Nghiên cứu so sánh Hệ điện mặt trời nổi của Viện nghiên cứu năng lượng mặt trời Singapore (SERIS).
Chính phủ Singapore đang tiến hành một nghiên cứu so sánh lớn nhất từ trước tới nay giữa các hệ thống điện mặt trời nổi được quản lý bởi SERIS. Dự án trị giá 11 triệu đô la này sẽ được tổ chức thành hai giai đoạn trong thời gian 4 năm, và trong giai đoạn một, bắt đầu từ năm 2015, sẽ triển khai 10 hệ thống điện mặt trời nổi, mỗi hệ thống có công suất khoảng 100 kWp. Giai đoạn hai, bắt đầu sau khi các hệ thống của giai đoạn một đã được thử nghiệm tương đối trong vài tháng, và sẽ mở rộng thêm 2-3 MWp khác.
Làm thế nào khi có sóng và gió mạnh?
Hệ thống điện mặt trời nổi chắc chắn sẽ bị di chuyển theo sóng và gió mạnh. Hệ thống điện mặt trời nổi cần phải có khả năng chịu đựng được những sức mạnh tác động của thiên nhiên.
Làm thế nào để hệ thống năng lượng mặt trời nổi chịu được sóng to và gió mạnh?
Công nghệ năng lượng mặt trời nổi của Ciel & Terre được gọi là Hydrelio© được thử nghiệm bởi ONERA (phòng thí nghiệm vũ trụ của Pháp) để chịu được sức gió lên đến 190 km/h (118mp/h). Cấu trúc cáp của Solaris Synergy cũng có thể chịu được các cơn gió ở cấp độ bão.
Một chiếc phao nổi khác được phát triển bởi Infratech Industries Inc có thể chịu được mực nước thay đổi tối đa là 10 mét và cột sóng cao nhất là 2 mét.
Làm thế nào để các hệ thống điện mặt trời nổi được trên biển?
Với hơn ba phần tư bề mặt trái đất được bao phủ bởi nước, một câu hỏi hợp lý sẽ là triển khai các hệ thống năng lượng mặt trời nổi trên biển. Liệu điều này có khả thi?
Solaris Synergy nhận xét:
“Hệ thống nổi của chúng tôi có thể chịu được cột sóng lên đến 2 mét, và có thể được lắp đặt trong đầm phá hoặc vịnh.Vấn đề ngày nay với nước mặn là các nhà sản xuất tấm pin mặt trời chưa sẵn sàng để cung cấp bảo hành cho việc lắp đặt trong khu vực nước mặn.
Nếu các nhà sản xuất tấm pin mặt trời chưa sẵn sàng cung cấp sự đảm bảo khắt khe cho các tấm pin lắp đặt trên biển, chúng ta có thể dùng các tấm pin “chuyên dụng cho quân đội” cho các dự án trên biển, hoặc hạn chế việc lắp đặt các hệ thống điện mặt trời nổi chỉ trên các hồ nước ngọt”.
Những ảnh hưởng của nước mặn trên các tấm pin mặt trời là gì?
Người ta biết rằng, rỉ sét kim loại do sương muối có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của các tấm pin mặt trời được lắp đặt gần bờ biển.
Các nhà sản xuất hiện nay cũng cung cấp một chứng nhận đặc biệt chứng minh rằng họ có thể sản xuất các tấm pin có thể chịu được sự ăn mòn sương muối theo các tiêu chuẩn cụ thể. Tiêu chuẩn ăn mòn sương muối này là IEC 61701.
Như chúng ta biết về những sai sót và những khó khăn liên quan đến bảo hành tấm pin mặt trời, các chi tiết hợp đồng bảo hành rất khác nhau và thường dễ bị vô hiệu nếu các tấm pin không được xử lý và lắp đặt theo đúng điều kiện bảo hành.
Hệ thống nổi dạng lưới của Solaris Synergy. Nguồn: Solaris-synergy.
Bất cứ thứ gì được lắp đặt trên biển đều cần phải có khả năng chống ăn mòn và dường như hầu hết các nhà sản xuất pin năng lượng mặt trời tiêu chuẩn vẫn chưa hoàn toàn tự tin để bảo hành cho các tấm pin mặt trời lắp đặt trên biển.
Trong thực tế hầu hết các chính sách bảo hành tấm pin năng lượng mặt trời không bao gồm các tấm pin ‘có tiếp xúc với ăn mòn’. Dưới đây là một trích dẫn ví dụ từ chính sách bảo hành của Trina Solar:
“Bảo hành có giới hạn” không áp dụng đối với bất kỳ sản phẩm nào có điều kiện môi trường khắc nghiệt hoặc bị ăn mòn, oxy hoá”.
Những nhà cung cấp hệ thống điện mặt trời nổi trên thị trường là ai?
1/ Solaris Synergy
Công nghệ độc quyền của Solaris Synergy khác với hầu hết các giải pháp nền tảng nổi trên thị trường. Thiết bị nổi của nó đã đạt được một chi phí tương đương với các hệ thống giá đỡ lắp trên mặt đất.
Hệ thống độc quyền dựa trên nền tảng lưới của công ty Solaris Synergy cho phép các tấm pin điện mặt trời trôi nổi độc lập với nhau trong khi vẫn duy trì cấu hình hình học được xác định trước bằng hệ thống cáp căng được kết nối hình mạng nhện và được hỗ trợ bởi một hệ thống trụ nổi cứng.
Hãy tưởng tượng một cấu trúc tương tự như một cây vợt tennis, nơi mà các cạnh cứng là khung của cây vợt, và lưới của dây căng là các dây của vợt chạy theo chiều dọc và chiều rộng. Trong các hình vuông được hình thành bởi các dây căng chéo qua – các tấm pin mặt trời được đặt và được néo lỏng lẻo vào các góc của hình vuông bằng dây cáp.
2/ Ciel et Terre
Hệ thống điện mặt trời nổi HYDRELIO của Ciel et Terre gồm các phao đã được cấp bằng sáng chế được biết đến nhờ khả năng lắp đặt dễ dàng. Hệ thống có thể được lắp ghép với nhau mà không cần bất kỳ công cụ gì.
3/ Kyocera
Những năm vừa qua Kyocera TCL Solar đã tung ra các hệ thống điện mặt trời nổi quy mô lớn tại Nhật Bản. Do thiếu không gian, nhưng lại phong phú về bề mặt nước chưa sử dụng, công ty đã được xây dựng một số hệ thống điện mặt trời nổi.
Hệ thống điện mặt mặt trời mới nhất,và là hệ thứ ba, có công suất lắp đặt 2,3MW, được xây dựng ở Hyogo Prefecture, Nhật Bản. Cấu trúc nổi được cung cấp bởi Ciel et Terre.
Công ty hiện đang triển khai một hệ thống khổng lồ mới có công suất 13,4MW, sẽ được đặt nổi trên một hồ chứa đập ở quận Chiba.
Hệ thống điện mặt trời nổi công suất 13,7MW trên hồ Yamakura Dam tại Nhật Bản. Nguồn: Kyocera
Các công ty hoạt động trong lĩnh vực điện mặt trời nổi trên thế giới hiện nay không nhiều. Tiêu biểu gồm có: Ciel & Terre, Pháp; LG CNS: Hàn Quốc; Sunfloat: Hà Lan; Takiron Engineering: Nhật Bản; Solaris Energy: Israel; SPG Solar:, Hoa Kỳ; và Sunergy: Úc. Trong đó Ciel & Terre chiếm hơn một nửa thị phần hiện tại.
Hiện có ít nhất 100 dự án điện mặt trời nổi trên thế giới đang hoạt động trên khắp thế giới, thay đổi kích cỡ từ một vài mô hình trình diễn kW đến các dự án quy mô công suất lớn tới 40 MW. Các nước chính có các dự án điện mặt trời nổi như Trung Quốc (40MW), Nhật Bản với 56MW công suất, Anh Quốc với 10MW, Hàn Quốc với 7MW, và Mỹ với ~ 1 MW. Ngoài ra, điện mặt trời nổi cũng đang được quan tâm và có tiềm năng cho một số nước khác như Ấn Độ, Pháp, Israel, Ý, Malaysia, Thái Lan, Đài Loan, Úc, Brazil, Việt Nam và Singapore.
Các thành phần/vật liệu được sử dụng cho các hệ thống điện mặt trời nổi là gì?
Hệ thống năng lượng mặt trời điển hình nổi (PV) bao gồm các thành phần sau:
1/ Một hệ thống nổi, bao gồm một ụ nổi hoặc phao riêng biệt:
Bè nổi – một thiết bị dạng xuồng nổi có khoang rỗng đủ để tự nổi cũng như chịu tải nặng.
Phao – thường gồm nhiều phao nhựa nổi được ghép lại, tạo thành một bè khổng lồ. Phao nổi thường được làm bằng HDPE (polyethylene-ethylene), loại vật liệu có độ bền kéo, chống tia cực tím và khả năng chống ăn mòn. Một lợi thế quan trọng của phao nổi được làm bằng HDPE là những chất này có thể được sử dụng trong các hồ chứa nước uống. HDPE thường được sử dụng để chế tạo chai sữa, ống nước, thùng nhiên liệu. HDPE cũng có thể được tái chế.
2/ Hệ thống neo, hệ thống neo đậu thường đề cập đến bất kỳ cấu trúc vĩnh cửu nào mà tàu có thể được bảo vệ. Ví dụ bao gồm bến cảng, cầu cảng, bến tàu, phao neo. Trong trường hợp của một hệ điện mặt trời nổi, hệ thống neo giữ các tấm pin ở cùng vị trí và ngăn không cho chúng bị lật hoặc trôi nổi. Việc lắp đặt một hệ thống neo đậu có thể là một thách thức và tốn kém trong điều kiện nước sâu. Không phải tất cả các công ty đều đang sử dụng hệ thống neo đậu. Ví dụ công ty Solaris Synergy của Israel không sử dụng hệ thống neo đậu, và sử dụng hệ thống lưới dựa trên bằng sáng chế của họ, đảm bảo các tấm pin mặt trời nổi được.
3/ Các tấm pin mặt trời, hiện tại các tấm pin mặt trời tiêu chuẩn được sử dụng cho các hệ thống điện mặt trời nổi được lắp đặt từ trước tới nay. Tuy nhiên, một khi các dự án được lắp đặt trên bề mặt nước mặn, hy vọng các tấm pin mặt trời chế tạo đặc biệt sẽ được yêu cầu để chống lại sự tiếp xúc lâu dài với muối. Gần như bất kỳ kim loại nào sẽ ăn mòn theo thời gian và do đó có những giải pháp thay thế cho khung nhôm tiêu chuẩn, chẳng hạn như khung polymer sau được làm từ Suntech Power, không bị ăn mòn.
4/ Dây cáp. Điện được lấy ra từ các tấm pin mặt trời và được vận chuyển đến đất. Trên mặt đất, điện có thể được nạp vào lưới, hoặc được lưu trữ trong các hệ ắc quy. Các dự án chúng tôi đã biết cho đến nay không có cáp kéo dưới nước, mà vẫn giữ dây trên mặt nước. Mặc dù không có các thành phần điện nào dưới nước, các loại cáp được kiểm định chính xác và hộp nối không thấm nước theo tiêu chuẩn IP67 rất quan trọng với các dự án điện mặt trời nổi. Các thành phần điện khác như biến tần và ắc quy vẫn được giữ “đẹp và khô” trên đất.
Điện mặt trời nổi ở Việt Nam
Tháng 3/2017, một nhà lắp đặt điện mặt trời Hàn Quốc là công ty Solkiss cũng đã tổ chức chuyến khảo sát hồ thủy điện Thác Bà tại Yên Bái để chuẩn bị xây dựng nhà máy điện mặt trời nổi.
Tại một hội thảo hồi tháng 5 năm 2017, Tập đoàn Điện lực Việt Nam cho biết đang xem xét nghiên cứu một loạt các dự án điện mặt trời ở các khu vực hồ thủy điện cho EVN sở hữu. Trong đó có một số dự án điển hình như dự án trên hồ Trị An công suất 126MW (Đồng Nai), dự án trên hồ Sê San 4 công suất 47MW (Gia Lai), và dự án trên hồ Đa Mi công suất 47.5MW (Bình Thuận). Với lợi thế về mặt diện tích bề mặt rộng lớn, hệ thống hạ tầng lưới điện và đội ngũ nhân lực sẵn có, việc đầu tư các dự án điện mặt trời nổi trên mặt hồ thủy điện là giải pháp tối ưu trong bối cảnh diện tích đất khan hiếm như hiện nay.
Về công nghệ thiết bị nổi, hiện nay Viện Nghiên cứu Cơ khí (NARIME) cũng đang phối hợp với các đơn vị khác cùng nghiên cứu hệ thống thiết bị cho các nhà máy điện mặt trời nổi bao gồm: Nghiên cứu hệ thống phao nổi, hệ thống neo; Vật liệu chế tạo phao nổi, các tiêu chuẩn, phương pháp kiểm tra độ bền cơ lý hoá, độ bền theo thời gian; Phương án sản xuất, kết nối, lắp phao tại hiện trường; Máy móc, thiết bị chế tạo, lắp đặt phao; Tính toán, thiết kế hệ thống neo, các tiêu chuẩn áp dụng vv…
Theo nangluongvietnam.vn
