Tính toán, thiết kế hệ thống pin điện mặt trời cho trại nuôi tôm cần giờ có diện tich 1,8 ha

Đồ thị bức xạ mặt trời & số giờ năng trung bình/ ngày của đại diện 3 vùng của Việt Nam Nguồn: [3] Tính đến nay, công nghiệp điện mặt trời TP Hồ Chí Minh đã tạo dựng được một số cơ sở s

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3

MỞ ĐẦU 11

ĐẶT VẤN ĐỀ 11

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 12

PHẠM VI ĐỀ TÀI 12

NỘI DUNG ĐỀ TÀI 12

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 14

CHƯƠNG I: THỊ TRƯỜNG PHÁT TRIỂN VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 15

1.1 Thị trường phát triển năng lượng điện mặt trời 15

1.1.1 Thế giới 15

1.1.2 Việt Nam 19

1.2 Kỹ thuật phát triển điện năng lượng mặt trời 35

1.2.1 Hiệu ứng quang điện 35

1.2.2 Các thiết bị trong hệ thống pin điện mặt trời 43

1.2.3 So sánh hiệu quả pin điện đơn tinh thể 45

1.2.4 Các hệ thống phổ biến 45

1.2.5 Quy tắc lấp đặt 49

CHƯƠNG 2 : HIỆN TRẠNG VÀ KỸ THUẬT NUÔI TÔM TẠI CẦN GIỜ 51 2.1 Điều kiện tự nhiên 51

2.1.1.Vị trí địa lý 51

2.1.2 Thời tiết khí hậu 52

2.1.3 Năng lượng bức xạ mặt trời 52

2.2 Tình hình phát triển và nhu cầu sử dụng năng lượng điện tại Cần Giờ 53

2.2.1 Nhu cầu sử dụng năng lượng điện tại Cần Giờ 53

2.2.2 Tình hình phát triển hệ thống điện cung cấp cho các trại nuôi tôm Cần Giờ 53 2.3 Hiện trạng nuôi tôm tại Việt Nam 54

2.4 Hiện trạng và quy hoạch phát triển nuôi tôm tại Cần Giờ 55

2.4.1 Hiện trạng nuôi tôm từ 2005 – 2009 55

2.4.2 Quy hoạch phát triển nuôi tôm tại Cần Giờ 55

2.5 Các mô hình nuôi tôm tại Cần Giờ 56

2.5.1 Nuôi tôm kết hợp rừng sinh thái 56

2.5.2 Nuôi tôm quảng canh cải tiến (Improve extensive) 56

2.5.3 Nuôi tôm bán thâm canh (Semiintensive) 56

2.5.4 Nuôi tôm thâm canh (Intensive) 56

2.5.5 Nuôi tôm ruộng 57

2.6 Kỹ thuật nuôi tôm 57

2.6.1 Ao nuôi 57

2.6.2 Cải tạo ao và xử lý nước 58

2.6.3 Lấy nước và xử lý nước 58

2.6.4 Gây màu nước 59

2.6.5 Quạt nước và thời gian chạy quạt 59

2.6.6 Chọn và thả giống 60

2.6.7 Chăm sóc và quản lý 61

2.6.8 Thu hoạch 65

2.7 Trại nuôi tôm Cần Giờ 65

2.7.1 Vị trí địa lý của trại tôm 65

2.7.2 Điều kiện kinh tế 65

2.7.3 Kỹ thuật nuôi tôm của trại tôm 66

2.7.4 Chế độ nuôi tôm trong thời gian khảo sát 66

2.7.5 Mộ số hình ảnh về trại tôm Cần Giờ 66

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ,THIẾT BỊ CHO MỘT MÔ HÌNH NUÔI TÔM Ở CẦN GIỜ 68

3.1 Hiện trạng tiêu thụ điện 68

3.1.2 Lượng điện tiêu thụ mỗi ngày theo dự đoán và thực tế 71

3.1.3 Khảo sát nhu cầu sử dụng điện các ngày min và ngày max 78

3.2 So sánh kết quả 85

3.3 Cơ sở đề xuất công nghệ 87

3.3.1 Không gian diện tích 87

3.3.2 Đề xuất công nghệ 87

3.4 Tính toán các thiết bị và lựa chọn nhà cung cấp các phương án 90

CHƯƠNG 4 : KHAI TOÁN CHI PHÍ ĐẦU TƯ 99

4.1 Tổng chi phí của hệ thống 99

4.1.1 Phương án 1 99

4.1.2 Phương án 2 104

4.1.3 Đánh giá hiệu quả với môi trường 107

4.1.4 Tính hiệu quả kinh tế 108

CHƯƠNG 5 : ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG ĐỊNH KỲ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 111

5.1 Các sự cố trong lúc hoạt động 111

5.2 An toàn lao động trong lúc hoạt động 113

5.2.1 Các quy tắc chung để đảm bảo an toàn điện 113

5.2.2 Các biện pháp kỹ thuật an toàn điện 114

5.2.3 Các biện pháp an toàn lao động khi làm việc trên cao 114

5.3 Bảo dưỡng định kỳ 116

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 118

KẾT LUẬN 118

KIẾN NGHỊ 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

NLTT: Năng lượng tái tạo

NLM & TT: Năng lượng mới và tái tạo

NLMT: Năng lượng mặt trời

AC: Dòng điện xoay chiều

EVN: Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam

TNHH TM- XD – SX: Trách Nhiệm Hữu Hạn Thương Mại – Xây Dựng- Sản Xuất

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam 21

Bảng 2.1 Tình hình nuôi tôm ở huyện Cần Giờ từ Năm 2005- 2009 55

Bảng 2.2 Mô hình nuôi và diện tích nuôi tôm của huyện Cần Giờ 55

Bảng 2.3 Thời gian kiễm tra sàn ăn sau khi cho tôm ăn 63

Bảng 3.1 Thống kê thiết bị điện và nhu cầu sử dụng điện tại trại tôm Cần Giờ 69

Bảng 3.2 Khảo sát nhu cầu tiêu thụ theo khảo sát và thực tế trong ngày 16/2 71

Bảng 3.3 Khảo sát nhu cầu tiêu thụ theo khảo sát và thực tế trong ngày 18/2 74

Bảng 3.4 Khảo sát nhu cầu tiêu thụ theo khảo sát và thực tế trong ngày 21/2 76

Bảng 3.5 Số liệu dự đoán nhu cầu sử dụng điện ngày Min và thực tế 78

Bảng 3.6 Số liệu dự đoán nhu cầu sử dụng điện ngày Max và thực tế 81

Bảng 3.7 So sánh các loại tấm pin Mặt trời thông dụng trên thị trường 91

Bảng 3.8 So sánh các bộ biến đổi điện DC –AC thông dụng trên thị trường 93

Bảng 3.9 So sánh số lượng các thiết bị ở 2 phương án 98

Bảng 4.1 Lượng điện giả định sinh ra trong ngày của phương án 1 100

Bảng 4.2 Sản lượng điện hàng năm theo phương án 1 100

Bảng 4.3 Tổng mức vốn đầu tư từ phương án 1 101

Bảng 4.4 Lượng điện sinh ra quy đổi thành tiền từ hệ thống của phương án 1 103

Bảng 4.5 Lượng điện giả định sinh ra trong ngày của phương án 104

Bảng 4.6 Sản lượng điện hàng năm theo phương án 2 105

Bảng 4.7 Tổng mức vốn đầu tư từ phương án 2 105

Bảng 4.8 Lượng điện sinh ra quy đổi thành tiền từ hệ thống của phương án 2 106

Bảng 4.9 So sánh hiệu quả 2 phương án 110

DANH MỤC HÌNH

Sơ đồ mô tả sự truyền bức xạ và các dòng năng lượng 15

Bản đồ tổng lượng bức xạ mặt trời toàn cầu trung bình/năm (KWh/m2) 16

Dự án Điện Mặt Trời Kamuthi 16

Toàn cảnh nhà máy điện Mặt trời nổi Yamakura 17

Sản lượng điện mặt trời của thế giới 1995-2008 18

Nhà máy Noor 18

Bức xạ mặt trời của Viêt Nam 1999-2011 20

Đồ thị bức xạ mặt trời & số giờ năng 22

Pin điện năng lượng mặt trời tại trung tâm hội nghị quốc gia Mỹ Đình 22

Pin điện năng lượng mặt trời tại xã Thượng Trạch Quảng Bình 23

Pin năng lượng trên nóc tòa nhà Bộ Công Thương 23

Mô hình nhà thân thiện môi trường thế hệ mới 24

Úng dung pin điện mặt trời ở Việt Nam 25

Pin điện mặt trời dạng xoay 37

Hiện tưởng di chuyển của electron trên bề mặt chất bán dẫn 38

Nguyên lý hoạt động của pin điện mặt trời 38

Pin điện mặt trời silicon 39

Cấu trúc của một tế bào điện mặt trời cơ bản 40

Hệ thống pin điện mặt trời 43

Inverter 44

Bộ Acquy 44

Sơ đồ công nghệ hệ thống điện hòa lưới không dự trữ 46

Sơ đồ công nghệ đấu nối hệ thống điện năng lượng mặt trời 3 pha 48

Góc nghiêng  của hệ thống 49

Bản đồ huyện Cần Giờ 51

vị trí trại tôm ảnh vệ tinh từ Google Maps 65

Ao nuôi tôm trưởng thành ở trại tôm Cần Giờ 66

Ao nuôi trong quá trinh nghỉ 67

Mô tơ khuấy tại trại nuôi tôm Cần Giờ 67

: Lượng điện sử dụng hàng tháng tại trại tôm Cần Giờ 68

vị trí trại tôm ảnh vệ tinh từ Google Maps 87

công nghệ hệ thống pin điện mặt trời cơ bản 87

Thiết kế hệ thống pin điện mặt trời cho trại tôm 88

Lựa chọn công suất hệ thống 89

Trại tôm Cần Giờ 95

Sơ đồ bức xạ mặt trời 103

MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay nhu cầu về năng lượng để phục vụ cho đời sống, sinh hoạt của con người

và sản xuất ngày càng tăng, trong khi đó các nguồn năng lượng như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện đều có giới hạn, khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời…là hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng ở các nước trên thế giới Năng lượng mặt trời được xem như là nguồn năng lượng ưu việt trong tương lai, vì

đó là nguồn năng lượng vô tận, siêu sạch, sẵn có và miễn phí, ít ảnh hưởng tới ô nhiễm môi trường sinh thái Hiện nay, việc nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mặt trời được các nước trên thế giới, trong đó có cả Việt Nam rất quan tâm Về mục tiêu, không những tập trung trong lĩnh vực điện năng mà còn ứng dụng trong các lĩnh vực khác của đời sống xã hội Về công nghệ, không những phát triển điện năng lượng mặt trời độc lập ứng dụng chủ yếu đối với vùng sâu, vùng xa, vùng biên giới, hải đảo, các trung tâm, trang trại…mà còn phát triển điện năng lượng mặt trời nối lưới với hệ thống điện quốc gia

Những năm gần đây, diện tích nuôi tôm tại huyện Cần Giờ bùng nổ mạnh mẽ và nhu cầu điện phục vụ nuôi tôm tăng cao Đa số các hộ nuôi tôm công nghiệp hiện nay đang sử dụng chính nguồn điện thắp sáng hoặc dầu để chạy động cơ kéo quạt nước cung cấp oxy cho con tôm Việc này sẽ dẫn đến những hệ quả không tốt Nếu sử dụng nguồn điện sinh hoạt để nuôi tôm sẽ gây quá tải lưới điện khu vực và không đáp ứng đủ nhu cầu phụ tải của việc nuôi tôm công nghiệp Nếu sử dụng dầu để chạy động cơ kéo thì sẽ làm tăng thêm giá thành sản xuất so với sử dụng điện

Việc khai thác năng lượng mặt trời để sản xuất điện phục vụ cuộc sống ngày và sản xuất , kinh doanh càng trở nên phổ biến Đây là giải pháp tối ưu nhằm tiết kiệm năng lượng hóa thạch, góp phần giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu Nhiều doanh nghiệp

tư nhân đã tiên phong tham gia khai thác thị trường điện mặt trời Chính vì thế, một hệ thống điện sử dụng nguồn năng lượng từ mặt trời là một giải pháp hiệu quả giúp cho người nuôi tôm có thể tiết kiệm được một khoảng chi phí và thân thiện với môi trường

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

a) Mục tiêu chung:

- Đề xuất mô hình điện năng lượng Mặt trời tận dụng không gian của ao nuôi tôm

để phục vụ nuôi tôm sinh thái

b) Mục tiêu cụ thể :

- Tính toán thiết kế pin năng lượng mặt trời lắp đặt trên mặt ao nuôi tôm tại Cần Giờ

- Khái toán kinh tế và tính vòng đời của dự án đầu tư hệ thống điện năng lượng

MT của trại nuôi tôm

- Đề xuất quy trình vận hành của hệ thống và kỹ thuật điện mặt trời

PHẠM VI ĐỀ TÀI

Hệ thống điện năng lượng mặt trời cho trại nuôi tôm tại Cần Giờ có diện tich 1,8 ha

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu thị trường năng lượng điện mặt trời nhà cung cấp thiết bị

- Tiến hành khảo sát nhu cầu điện tại trạm nuôi tôm Cần Giờ

- Tính toán và thiết kế mô hình điện mặt trời cho trại tôm Cần Giờ dựa vào số liệu khảo sát thực tế

- Chuẩn bị các bản vẽ của dự án

- Khái toán chi phí đầu tư khi thiết kế một hình điện mặt trời dùng để nuôi tôm ở Cần Giờ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan về thiết kế pin điện mặt trời silica ,Kỹ thuật điện năng lượng mặt trời, kỹ thuật thiết kế hệ thống pin điện mặt trời

 Phương pháp thực nghiệm : theo dõi diễn biến điện hệ thống điện mặt trời cty Hoàng Hà , khả năng sản suất điện của các tấm pin mono và poly 60Wh

 Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu được xử lý bằng phần mềm Excel để so sánh

và đánh giá các số liệu thu thập được trong quá trình thực hiện đề tài

 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu có liên quan Tiến hành khảo sát tổng hợp các thiết bị dùng điện ngày 13/2/2017 , khảo sát nhu cầu sử dụng điện vào 3 ngày 16,18,21/2/2017, đo kích thướt các ao nuôi tôm ở trại tôm ngày 18/3/2017, đo lượng bức xạ mặt trời ngày 26/3/2017

BIỂU MẪU THỐNG KÊ THIẾT BỊ ĐIỆN SỬ DỤNG TẠI TRẠI TÔM CẦN GIỜ

Thời gian: ngày 13/2/2017, tổng hợp các thiết bị điện và thời gian sử dụng

BIỂU MẪU THEO DÕI THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

Thời gian: ngày 16,18,21/2/2017 , khoảng cách giữa các lần theo dõi là 2-3 ngày

- Thiết bị: Máy đo bức xạ Mặt trời TM 206, súng đo nhiệt độ bằng hồng ngoại

Fluke 62, Nhiệt ẩm kế cơ học Anymetre TH108

 Phương pháp CBA: Trên cơ sở phân tích các dòng chi phí lợi ích, tính toán lợi ích ròng để đánh giá hiệu quả mô hình

- Giá trị hiện tại thuần – NPV (Nominal Present Value)

- Hệ số hoàn vốn nội tại - IRR (Internal Rate of Return)

- Thời gian hoàn vốn (pay-back period)

Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

- Sử dụng một phần diện tích đất nuôi tôm của khu vực Cần Giờ vào việc sản xuất điện NLMT phụ vụ lại cho cho trang trại và khu vực lân cận nhằm giảm thiểu chi phí tiền điện phải trả hàng tháng

- Góp phần gián tiếp vào vấn đề bảo vệ môi trường và giảm thiểu phát thải khí nhà kính từ việc sử dụng điện nguồn năng lượng tái tạo

- Góp phần tăng hiệu quả sử dụng điện cho trại tôm, tăng hiệu quả kinh tế

- Khuyến khích phát triển mô hình nuôi tôm sinh thái

CHƯƠNG I: THỊ TRƯỜNG PHÁT TRIỂN VÀ KỸ THUẬT

ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Thị trường phát triển năng lượng điện mặt trời

1.1.1 Thế giới

1.1.1.1 Năng lượng bức xạ trên thế giới

Mặt trời là một trong khoảng 1011ngôi sao trong hệ ngân hà Milky Way Nhiệt độ phát xạ của mặt trời vào khoảng 6000 độ K (khoảng 5727 độ C) Do đó bức xạ mặt trời chủ yếu là bức xạ sóng ngắn với khoảng 99% nằm trong phổ bước sóng ánh sáng (0,4-0,7um) Tính trung bình, lượng bức xạ mặt trời đến tại đỉnh khí quyển vào khoảng 342 W/m2 trong quá trình truyền qua lớp khí quyển để đến được bề mặt Trái đất nó đã bị phản xạ lại không trung khoảng 30% (107 W/m2) Phần còn lại bị hấp thụ bởi khí quyển (67 W/m2) và bề mặt Trái đất (168 W/m2) Khí quyển và bề mặt Trái đất sau khi được đốt nóng bởi bức xạ mặt trời sẽ ấm lên và phát xạ trở lại không trung Do nhiệt độ của

hệ thống Trái đất – khí quyển nhỏ hơn rất nhiều (vào khoảng 288 độ K, tương đương 15

độ C) nên bức xạ phát xạ của Trái đất là bức xạ sóng dài

Sơ đồ mô tả sự truyền bức xạ và các dòng năng lượng

trong hệ thống khí hậu (Nguồn: [1])

Tuy nhiên, do Trái đất chuyển động xung quanh mặt trời theo quĩ đạo ellip với tốc

độ một vòng trong một năm mà mặt trời nằm ở một trong hai tiêu điểm, đồng thời trục quay của Trái đất nằm nghiêng một góc so với mặt phẳng quĩ đạo nên lượng bức xạ mặt trời đến tại đỉnh khí quyển cũng biến thiên theo thời gian trong năm và ở các nơi khác nhau của Trái đất cũng nhận được lượng bức xạ mặt trời khác nhau tùy thuộc vào vĩ độ địa lí Ngoài ra, do sự khác nhau về khả năng hấp thụ và phản xạ bức xạ mặt trời giữa bề

mặt đất và bề mặt nước nên sự phân bố không đồng đều của lục địa và đại dương cũng là nhân tố gây nên sự khác biệt trong sự phân bố năng lượng bức xạ mặt trời nhận được

Bản đồ tổng lượng bức xạ mặt trời toàn cầu trung

bình/năm (KWh/m2) (Nguồn: [7])

Hoạt động sống của con người có thể làm thay đổi thành phần cấu tạo của khí quyển, làm biến đổi đất sử dụng gây nên sự biến đổi tính chất lớp phủ bề mặt, v.v cũng được xem là nhân tố bên ngoài tác động đến hệ thống khí hậu.Số năng lượng từ bức xạ mặt trời tới trái đất trong 1 giờ đồng hồ đủ để cũng cấp năng lượng cả năm cho toàn cầu, nhưng hiện năng lượng mặt trời mới chỉ chiếm 0,39% tổng số điện năng của toàn nước

Mỹ Theo đó, tổng mức năng lượng toàn thế giới cần năm 2030 là 198,721 nghìn tỷ Kwh

và khoảng 70% số thời gian trong năm là có ánh nắng mặt trời trên toàn cầu Như vậy, với mức chuyển hóa hiệu quả 20%, trái đất sẽ cần 496.805 km2 tấm pin mặt trời

1.1.1.2 Các hệ thống điện năng lượng mặt trời điển hình trên thế giới

Cuối tháng 11, Ấn Độ đã công bố hình ảnh về Dự án Điện Mặt Trời Kamuthi, giúp mọi người có thể quan sát toàn cảnh nhà máy điện năng lượng Mặt Trời lớn nhất thế giới tại Kamuthi, bang Tamil Nadu, Ấn Độ

Dự án Điện Mặt Trời Kamuthi (Nguồn: [7])

Nhà máy điện Mặt Trời nói trên được xây dựng chỉ trong 8 tháng với tổng kinh phí 679 triệu USD Nhà máy gồm 2,5 triệu tấm pin Mặt Trời, bao phủ diện tích hơn 10,36km2. Công suất hoạt động của nó lên tới 648 MW, đủ khả năng cấp điện cho 150.000 hộ gia đình Đây là một bước tiến lớn của Ấn Độ nhằm đưa năng lượng Mặt Trời tiếp cận tới nhiều người dân hơn

Dự án được khởi công vào tháng 12/2015 tại hồ chứa nước Yamakura, do Cơ quan

Quản lý Công của tỉnh Chiba điều hành Nhà máy sẽ được lắp đặt khoảng 51.000 module trên diện tích bề mặt nước 180.000m2, có công suất phát diện 16,170 MWh/năm, cung cấp điện cho khoảng 4.970 hộ gia đình

Toàn cảnh nhà máy điện Mặt trời nổi Yamakura

(Nguồn: Kyocera)

Tại Thái Lan, Malaysia, Trung Quốc, Hàn Quốc từ nhiều năm nay đã xem hướng phát triển năng lượng tái tạo như một quốc sách vì thế năng lượng mặt trời ở đây có sự tăng trưởng rất mạnh và chiếm một tỷ lệ đáng kể trong cơ cấu phân bổ điện năng Mỹ, Hungary, Đức, Thụy Sỹ từ nhiều năm nay cũng đã tăng nhanh tốc độ xây dựng các nhà máy sản xuất pin điện mặt trời, trong đó chủ yếu xây dựng các nhà máy sản xuất pin màng mỏng vô định hình

Trong vòng khoảng 15 năm qua ĐMT phát triển rất nhanh, với tốc độ trung bình

là 25%/năm Công nghiệp điện mặt trời bao gồm quang điện mặt trời (QĐMT) và nhiệt điện mặt trời (NĐMT)

Công nghiệp điện mặt trời hội tụ (concentrating solar power plant-CSP) mở ra nhiều khả năng cho phát triển cùng với các phương tiện sản xuất mới Chảo nhiệt điện mặt trời Stirling là một kế hoạch của hai cường quốc năng lượng mới thế giới CHLB

Đức và Tây Ban Nha với tham vọng độc chiếm thị trường NĐMT trong tương lai gần Nhiệt mặt trời cũng phát triển mạnh đạt mức gấp đôi Đun nước nóng mặt trời và năng lượng sưởi ấm tăng trưởng 15%/năm trong năm 2008, đạt khoảng 145 GWth, gấp đôi công suất năm 2004

Sản lượng điện mặt trời của thế giới 1995-2008 (Nguồn: [7])

Nhà máy Noor được đặt tại Ouarzazatelà tổ hợp 4 nhà máy điện mặt trời công suất lớn, trị giá 9 tỷ USD Nhà máy số 1 có 500.000 tấm gương thu ánh sáng mặt trời, xếp thành 800 hàng, công suất 160 MW điện một năm

Nhà máy Noor được đặt tại Ouarzazate sử

dụng công nghệ điện Mặt trời hội tụ (Nguồn: [7])

Ở nước Mỹ (Hoa Kỳ) là một trường hợp đặc biệt Nước này bước vào con đường phát triển điện mặt trời khá muộn màng, nhưng tốc độ và cách đi khá ấn tượng thể hiện tiềm năng lớn của quốc gia cường quốc giàu mạnh nhất thế giới.Chỉ khoảng 4-5 năm gần đây nhất nước Mỹ vượt qua nhiều nước để vươn lên vị trí thứ 5 của danh sách xếp hạng Và đặc biệt Mỹ đã tiến hành xây dựng các nhà máy điện mặt trời “khủng” nhất thế giới, chiếm hẳn 5 vị trí đầu về quy mô cả về điện mặt trời quang điện SVP và cả về điện mặt trời hội tụ nhiệt quang CSP

Điều này chứng tỏ tổng công suất và diện tích lắp đặt nhà máy năng lượng mặt trời tại Mỹ cũng tăng đột biến Cụ thể, theo số liệu từ các cơ quan thống kế, chỉ riêng trong năm qua 2014 các chỉ tiêu này ở Mỹ đã tăng gấp đôi và khả năng năm nay 2015 sẽ tiếp tục tăng lên cũng với tốc độ đó.Nếu so với một số nước ở châu Phi hay Nam Á có cùng hoàn cảnh, Việt Nam vẫn còn đi sau họ

1.1.2 Việt Nam

1.1.2.1 Tiềm năng phát triển điện mặt trời ở Việt Nam

Với vị trí địa lý của Việt Nam nằm trong giới hạn giữa xích đạo và chí tuyến Bắc, thuộc vùng nội chí tuyến có ánh nắng mặt trời chiếu sáng quanh năm, nhất là khu vực nam bộ Với tổng số giờ nắng trong năm dao động trong khoảng 1.400-3.000 giờ, tổng lượng bức xạ trung bình năm vào khoảng 230-250 lcal/cm2/ngày tăng dần từ Bắc vào Nam, với kết quả này có thể đánh giá Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời Hiện nay việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này còn hạn chế, nhất là sử dụng cho phát điện, đun nước nóng và vào sấy khô…Một trong những nguyên nhân cơ bản là giá sử dụng nguồn năng lượng này so với các nguồn năng lượng khác kém cạnh tranh trên thị trường, mặt khác cơ chế chính sách khuyến khích sử dụng năng lượng mặt trời và nhận thức của người dân cũng còn hạn chế Trong tương lai khi mà khai thác các nguồn năng lượng khác đã đến mức tới hạn thì nguồn năng lượng mặt trời là một tiềm năng lớn

Bức xạ mặt trời của Viêt Nam 1999-2011 ((Nguồn: [2]))

Theo tài liệu khảo sát lượng bức xạ mặt trời cả nước:

- Vùng Tây Bắc:

Nhiều nắng vào các tháng 8 Thời gian có nắng dài nhất vào các tháng 4,5 và 9,10 Các tháng 6,7 rất hiếm nắng, mây và mưa rất nhiều Lượng tổng xạ trung bình ngày lớn nhất vào khoảng 5,234 kWh/m2ngày và trung bình trong năm là 3,489 kWh/m2/ngày Vùng núi cao khoảng 1500m trở nên thường ít nắng Mây phủ và mưa nhiều, nhất

là vào khoảng tháng 6 đến thàng 1 Cường độ bức xạ trung bình thấp (< 3,489 kWh/m2/ ngày)

- Vùng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ

Tổng bức xạ trung bình cao nhất ở Bắc Bộ khoảng từ thàng 5, ở Bắc Trung Bộ tù tháng 4 Số giờ nắng trung bình thấp nhất là trong tháng 2 3 khoảng 2h/ngày, nhiều nhất vào tháng 5 với khoảng 6 – 7h/ngày và duy trì ở mức cao từ tháng 7

- Vùng Trung Bộ

Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều nhất vào các tháng giữa năm với khoảng 8 – 10h/ngày Trung bình từ tháng 3 đến tháng 9, thời gian nắng từ 5 – 6 h/ngày với lượng tổng xạ trung bình trên 3,489 kWh/m2/ngày (có ngày đạt 5,815 kWh/m2/ngày)

- Vùng phía Nam:

Ở vùng này, quanh năm dồi dào nắng Trong các tháng 1, 3, 4 thường có nắng từ 7h sáng đến 17h Cường độ bức xạ trung bình thường lớn hơn 3,489 kWh/m2/ngày Đặc biệt là các khu vực Nha Trang, cường độ bức xạ lớn hơn 5,815 kWh/m2/ngày trong thời gian 8 tháng/năm

Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam (Nguồn: [8])

Bên cạnh đó theo Quy hoạch điện VII, nhu cầu điện toàn quốc được dự báo sẽ tăng gần 10%/năm trong giai đoạn 2016-2020 Cân đối trữ lượng tài nguyên cho thấy, bên cạnh những nguồn năng lượng hóa thạch, Việt Nam phải sớm tính tới việc khai thác các nguồn năng lượng mới, nhất là nguồn điện gió, điện sinh khối, điện mặt trời…Tuy nhiên, việc ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam cho đến nay chưa phát triển, còn nhỏ lẻ, mới chỉ khoảng chục năm trở lại đây và chỉ dừng lại ở một số ứng dụng như đun nước nóng hay tích điện chiếu sáng ngoài trời Chi phí đầu tư lớn là rào cản chủ yếu cho việc phát triển các dự án điện mặt trời ở Việt Nam

1.1.2.2 Các dự án đã triển khai

TP Hồ Chí Minh với nguồn "tài nguyên nắng” lớn, và các điều kiện thuận lợi về

cơ sở hạ tầng cũng như chất lượng lực lượng sản xuất, là một trung tâm có tiềm năng phát triển công nghiệp NLMT nhất trong cả nước Vì vậy, TP Hồ Chí Minh được đánh giá là một “điểm tựa”, đột phá xuất khẩu cho ngành công nghiệp ĐMT Việt Nam với lộ trình 20 năm

Đồ thị bức xạ mặt trời & số giờ năng trung bình/ ngày

của đại diện 3 vùng của Việt Nam (Nguồn: [3])

Tính đến nay, công nghiệp điện mặt trời TP Hồ Chí Minh đã tạo dựng được một

số cơ sở sản xuất tiêu biểu như nhà máy sản xuất Module PMT quy mô công nghiệp đầu tiên tại Việt Nam, cơ sở hạ tầng công nghiệp sản xuất chế tạo các thiết bị điện tử ngoại

vi phục vụ cho ĐMT xây dựng dựa trên sự hợp tác giữa Solar và Công ty CP Nam Thái

Hà, nhà máy “Solar Materials Incorporated” có khả năng cung cấp cả hai loại Silic khối (mono and multi-crystalline) sử dụng cho công nghiệp sản xuất PMT

Pin điện năng lượng mặt trời tại trung tâm hội nghị

quốc gia Mỹ Đình (Nguồn: [7])

Dàn pin điện mặt trời tại Trung tâm Y tế Tam Kỳ (Quảng Nam) Công suất 3kWp, trị giá 720 triệu đồng Do Chính phủ Tây Ban Nha tài trợ 50% hoàn thành T5/2010

Pin điện năng lượng mặt trời tại xã Thượng

Dự án điện mặt trời nối lưới đầu tiên ở Việt Nam trên nóc tòa nhà Bộ Công Thương

Dự án có công suất 12kWp gồm 52module x 230Wp Sử dụng pin của hãng SolarWorld

1.1.2.3 Khó khăn trong phát triển thi trường điện mặt trời ở Việt Nam

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng thời gian qua, các sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi mà chỉ tập trung tại nông thôn, miền núi – nơi mức sống tương đối thấp Rào cản lớn nhất của vấn đề này bắt nguồn từ kinh phí Dù năng lượng mặt trời ở dạng “nguyên liệu thô”, nhưng chi phí đầu tư để khai thác, sử dụng lại rất cao do công nghệ, thiết bị sản xuất đều nhập từ nước ngoài Phần lớn những

dự án điện mặt trời đã và đang triển khai đều sử dụng nguồn vốn tài trợ hoặc vốn vay nước ngoài Do đó, mới chỉ có một vài tổ chức, viện nghiên cứu và các trường đại học tham gia Để các sản phẩm từ năng lượng mặt trời được ứng dụng rộng rãi

Có rất nhiều khó khăn, trong đó vốn đầu tư và việc nối lưới các dự án này được cho là những nguyên nhân căn bản Qua thực tế nghiên cứu tại một số quốc gia phát triển điện mặt trời (như Đức) cho thấy “vấn đề đau đầu nhất” chính là vận hành an toàn

và hiệu quả hệ thống điện khi công suất điện mặt trời lớn "Điện mặt trời lên/xuống gần như tức thời Nhưng điện sản xuất ra là phải tiêu thụ ngay Vì tính chất điện mặt trời như vậy nên rất khó khăn cho việc vận hành hệ thống Đó là EVN phải có 1 lượng công suất dự trữ rất lớn và các nhà máy nhiệt điện không được huy động ở công suất đặt đặc biệt là mùa khô Khi mà điện mặt trời không phát nữa thì phải huy động nhiệt điện ngay lập tức để bù vào phần công suất thiếu hụt như vậy, nên chi phí vận hành của Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN chắc chắn sẽ tăng

Mô hình nhà thân thiện môi trường thế hệ mới(Nguồn: [2])

Lưới điện Việt Nam là lưới xoay chiều, trong khi điện mặt trời là điện 1 chiều nên phải dùng thêm một thiết bị inverter Nếu các thiết bị inverter không tốt sẽ ảnh hưởng trực tiếp Tuy nhiên, theo ông Đặng Đình Thống, Hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam,

điều này hoàn toàn có thể khắc phục được Ông Thống cho rằng, hiện nay các thiết bị inverter tiên tiến hiện đại của thế giới đã cực kỳ hoàn chỉnh rồi Hiệu suất cao trên 95-96%, tổn hao không đáng kể Hơn nữa, con số về hài, về ổn định tần số, ổn định pha rất tốt nên có thể giải quyết được tất cả các lo ngại này

Diện tích chiếm đất lớn được cho là khó khăn trong đầu tư phát triển năng lượng mặt trời bởi các tấm pin/lưới năng lượng cần diện tích rất rộng Để tiết kiệm quỹ đất, EVN và các nhà đầu tư đã nghiên cứu tận dụng các hồ thủy điện, thủy lợi để tận dụng diện tích mặt nước trên các hồ Cơ hội này lại song hành với các khó khăn khác, trong

đó dao động bất thường của mực nước trên các hồ thực sự là thách thức không nhỏ

Úng dung pin điện mặt trời ở Việt Nam (Nguồn: [1])

Khó khăn hiện nay đối với sự phát triển của sản phẩm này tại Việt Nam là giá thành sản xuất cao do nguyên liệu phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nhập khẩu Theo ông Diệp Bảo Cánh, Giám đốc Công ty cổ phần Năng lượng Mặt Trời Đỏ (Red Sun Energy), chính sách thuế còn chưa hợp lý nên không khuyến khích được sản xuất trong nước Ví

dụ thuế nhập khẩu tấm pin điện năng lượng mặt trời thành phẩm là 0%, nhưng một số

nguyên vật liệu sản xuất thì có thuế suất nhập khẩu 3-15%.(Nguồn: [7])

Thị trường tiêu thụ tấm pin điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam đã tăng đáng

kể, chủ yếu là các công trình công cộng sử dụng vốn nhà nước, các địa phương chưa có điện lưới, đèn đường, điện phục vụ nông nghiệp Nhưng dù có tăng so với trước thì thị trường pin điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam hiện vẫn rất nhỏ bé, chỉ bằng 1/10.000 của thế giới

Trong khi đó, theo tính toán của các chuyên gia năng lượng, để tạo ra 1kWh điện phải sử dụng 8 m2 tấm pin điện năng lượng mặt trời với giá khoảng 12.000 đô la Mỹ, nhưng sản phẩm này có thời hạn sử dụng đến 30 năm và người sử dụng không phải trả thêm tiền

1.1.2.4 Ưu và nhược điểm của hệ thống điện năng lượng mặt trời

a Tiết kiệm tiền

- Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ mặt trời là thiết thực miễn phí

- Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tư này có thể rất ngắn tùy thuộc vào bao nhiêu hộ gia đình sử dụng điện

- Các chính sách ưu đãi của chính phủ đối với hệ thống điện năng lượng mặt trời

- Nếu hệ thống pin điện mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn sử dụng, chính phủ có thể mua điện

- Giúp tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của hàng tháng

- Năng lượng mặt trời không đòi hỏi bất cứ nhiên liệu

- Không bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó không phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu

- Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới

- Việc sử dụng năng lượng mặt trời gián tiếp làm giảm chi phí y tế

b Thân thiện môi trường

- Năng lượng mặt trời sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường

- Không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit nitơ, khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức truyền thống của các thế hệ thống điện

- Vì vậy năng lượng mặt trời không đóng góp cho sự nóng lên toàn cầu, mưa axit hoặc sương mù

- Tích cực góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại

- Bằng cách không sử dụng bất kỳ nhiên liệu, năng lượng mặt trời không đóng góp cho các chi phí và các vấn đề của việc thu hồi và vận chuyển nhiên liệu hoặc lưu trữ chất thải phóng xạ

c Tự chủ nguồn năng lượng

- Năng lượng Mặt trời có thể được sử dụng để bù đắp năng lượng tiêu thụ, cung cấp tiện ích Không chỉ giúp giảm hóa đơn điện, nhưng cũng sẽ tiếp tục cung cấp điện trong trường hợp bị cúp điện

- Một hệ thống năng lượng mặt trời có thể hoạt động hoàn toàn độc lập, không đòi hỏi một kết nối đến một mạng lưới điện Hệ thống do đó có thể được cài đặt trong vị trí

từ xa (giống như đăng nhập cabins kỳ nghỉ), làm cho thực tế hơn và hiệu quả hơn tiện ích cung cấp điện cho một trang mạng lưới mới

- Việc sử dụng năng lượng mặt trời làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nước ngoài và / hoặc tập trung năng lượng, ảnh hưởng do thiên tai, các sự kiện quốc tế và vì thế góp phần vào một tương lai bền vững

- Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc đẩy nền kinh tế địa phương

- Các hệ thống năng lượng mặt trời hầu như bảo dưỡng miễn phí và sẽ kéo dài trong nhiều thập kỷ

- Sau khi cài đặt, không có chi phí định kỳ

- Thiết bị hoạt động âm thầm, không có bộ phận chuyển động, không có mùi khó chịu phát hành và không yêu cầu phải thêm bất kỳ nhiên liệu

- Thêm tấm pin điện mặt trời có thể dễ dàng được thêm vào trong tương lai khi nhu cầu của gia đình

d Nhược điểm năng lượng mặt trời

- Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng mặt trời, phần lớn là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn được sử dụng trong việc xây dựng một

- Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện ích-cung cấp điện không tái tạo Như tình trạng thiếu năng lượng đang trở nên phổ biến hơn, năng lượng mặt trời ngày càng trở nên giá cạnh tranh

- Tấm năng lượng mặt trời đòi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt được một mức độ tốt hiệu quả

- Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn đề này

có thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định

- Việc sản xuất năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các đám mây, gây ô nhiễm trong không khí

1.1.2.5 Cơ sở pháp lý và cơ chế hỗ trợ, phát triển năng lượng điện mặt trời ở Việt Nam

Tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới cũng góp phần thúc đẩy Việt Nam

có chính sách đầu tư phát triển toàn diện nền công nghiệp điện năng nước nhà Đồng thời, bên cạnh sự phát triển nhiệt điện khí, nhiệt điện than, điện hạt nhân, không thể không có chính sách hợp lý đối với sử dụng năng lượng tái tạo, trước hết là điện gió và điện mặt trời

Quyết định số 2068/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 [8]:

- Với quan điểm phát triển kết hợp phát triển năng lượng tái tạo với triển khai thực hiện các mục tiêu kinh tế, xã hội và môi trường; Phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo kết hợp với phát triển công nghiệp năng lượng tái tạo, ưu tiên phát triển nhanh những lĩnh vực năng lượng tái tạo có nguồn tài nguyên lớn và triển vọng thương mại tốt, như điện gió, điện Mặt trời và điện sinh khối, thực hiện các biện pháp cần thiết để mở rộng thị trường, đồng thời tăng cường hợp tác quốc tế để chuyển giao công nghệ phát triển công nghiệp chế tạo thiết bị, tiếp thu, tiến tới tự chủ về công nghệ, nâng cao khả năng chế tạo thiết bị và khả năng cạnh tranh trên thị trường năng lượng tái tạo nhằm đáp ứng bền vững, ổn định cho nhu cầu thị trường, tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp năng lượng tái tạo phát triển với quy mô lớn Kết hợp sử dụng công nghệ ngắn hạn với phát triển công nghệ dài hạn; kết hợp chính sách ưu đãi, hỗ trợ với cơ chế thị trường và kết hợp tái cơ cấu với nâng cao năng lực quản lý nhà nước trong lĩnh vực năng lượng tái tạo

- Định hướng phát triển theo các giai đoạn như sau:

 Giai đoạn từ nay đến 2030: Phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo độc lập nhằm đáp ứng mục tiêu điện khí hóa nông thôn Đầu tư phát triển các nhà máy phát điện sử dụng năng lượng tái tạo nối lưới.Phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo

để cung cấp nhiệt năng như việc tăng cường hỗ trợ hoạt động đầu tư, nghiên cứu, phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo cho mục đích sử dụng nhiệt nhằm giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch và bảo vệ môi trường Đồng thời chính phu hỗ trợ giai đoạn đầu một phần chi phí để khuyến khích lắp đặt và phát triển công nghệ năng lượng tái tạo Phát triển và sử dụng nguồn nhiên liệu sinh học

 Định hướng đến 2050: Tập trung nguồn lực, khai thác và sử dụng tối đa tiềm năng năng lượng tái tạo trong nước bằng những công nghệ tiên tiến, phù hợp với điều kiện thực tế của từng vùng miền, mang lại hiệu quả cao về kinh tế, xã hội và môi trường Phát triển mạnh mẽ thị trường công nghệ năng lượng tái tạo, ngành công nghiệp sản xuất máy móc thiết bị, cung cấp dịch vụ năng lượng tái tạo trong nước Tăng cường

mạnh tiềm lực cho nghiên cứu, phát triển, chuyển giao và ứng dụng các dạng năng lượng tái tạo mới

- Định hướng phát triển theo các lĩnh vực thủy điện, nguồn năng lượng sinh khối, nguồn điện gió Trong đó định hướng phát triển nguồn năng lượng Mặt trời cụ thể như sau:

 Phát triển điện Mặt trời để cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia và khu vực biên giới, hải đảo, vùng sâu, vùng xa chưa thể cấp điện từ nguồn điện lưới quốc gia Điện năng sản xuất từ năng lượng Mặt trời tăng từ khoảng 10 triệu kWh năm 2015 lên khoảng 1,4 tỷ kWh vào năm 2020; khoảng 34,5 tỷ kWh vào năm 2030 và khoảng 210

tỷ kWh vào năm 2050 Đưa tỷ lệ điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng Mặt trời trong tổng sản lượng điện sản xuất từ mức không đáng kể hiện nay lên đạt khoảng 0,5% vào năm 2020, khoảng 6% vào năm 2030 và khoảng 20% vào năm 2050

 Phát triển các thiết bị sử dụng năng lượng Mặt trời để cung cấp nhiệt cho các hộ gia đình; sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ Tổng năng lượng mặt trời cung cấp nhiệt tăng từ 1,1 triệu TOE năm 2020 lên khoảng 3,1 triệu TOE và 6 triệu TOE năm

2050

- Chiến lược còn xây dựng các cơ chế, chính sách để thực hiện như sau:

 Khuyến khích các tổ chức, cá nhân với các hình thức sở hữu khác nhau tham gia vào việc phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo, Nhà nước bảo hộ các quyền và lợi ích hợp pháp của các tổ chức, cá nhân phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo

 Các đơn vị điện lực có trách nhiệm mua toàn bộ điện năng được sản xuất từ việc

sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới thuộc địa bàn do đơn vị mình quản lý Việc mua bán điện được thực hiện thông qua hợp đồng mua bán điện mẫu do Bộ Công Thương quy định Các dự án điện sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất điện được ưu tiên đấu nối với hệ thống điện quốc gia

 Các tổ chức, cá nhân hoạt động trong lĩnh vực điện lực có trách nhiệm đóng góp vào việc phát triển ngành năng lượng tái tạo của đất nước

 Các khách hàng sử dụng điện cuối cùng đang mua điện từ hệ thống điện quốc gia, thực hiện phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo với mục đích chính là tự đảm bảo cho nhu cầu điện của mình, được áp dụng cơ chế thanh toán bù trừ

 Các dự án phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo được hưởng các ưu đãi về tín dụng đầu tư theo các quy định pháp luật hiện hành về tín dụng đầu tư và tín dụng xuất khẩu của Nhà nước

 Các dự án phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo được miễn thuế nhập khẩu đối với hàng hóa nhập khẩu để tạo tài sản cố định cho dự án; hàng hóa nhập khẩu

là nguyên liệu, vật tư, bán thành phẩm trong nước chưa sản xuất được nhập khẩu để

phục vụ sản xuất của dự án theo quy định của pháp luật hiện hành về thuế xuất khẩu, thuế nhập khẩu

 Việc miễn, giảm thuế thu nhập doanh nghiệp đối với các dự án phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo được thực hiện như đối với dự án thuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư theo quy định của pháp luật hiện hành về thuế

 Các dự án phát triển và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo được miễn, giảm tiền

sử dụng đất, tiền thuê đất theo quy định của pháp luật hiện hành áp dụng đối với dự án thuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư

 Ưu tiên cho các nghiên cứu liên quan đến phát triển và sử dụng tài nguyên năng lượng tái tạo trong lĩnh vực phát triển khoa học và công nghệ và phát triển công nghiệp công nghệ cao; bố trí kinh phí từ các quỹ để hỗ trợ các nghiên cứu khoa học và công nghệ tại các dự án thí điểm, dự án công nghiệp hóa cho phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo, thúc đẩy cải tiến công nghệ liên quan đến sự phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo, giảm chi phí sản xuất của các sản phẩm năng lượng tái tạo và nâng cao chất lượng sản phẩm v.v…

- Các giải pháp thực hiện chiến lược

 Tăng cường quản lý nhà nước trong phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo

 Điều tra tài nguyên nguồn năng lượng tái tạo

 Lập ra quy hoạch và kế hoạch phát triển nguồn năng lượng tái tạo

 Xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuản quốc gia

 Các giải pháp nâng cao tỷ lệ phát triển và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo Đối với giải pháp phát triển và sử dụng năng lượng Mặt trời :Khuyến khích các tổ chức,

cá nhân phát triển và sử dụng hệ thống năng lượng Mặt trời để đun nóng nước, hệ thống sưởi, làm lạnh sử dụng năng lượng Mặt trời và hệ thống phát điện sử dụng năng lượng Mặt trời Doanh nghiệp phát triển bất động sản có trách nhiệm thực hiện các yêu cầu về

sử dụng năng lượng mặt trời khi thiết kế và xây dựng các tòa nhà, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật do các cơ quan có thẩm quyền của Nhà nước ban hành Đối với tòa một tòa nhà đã đươc hoàn thành, người sử dụng có thể lắp đặt hệ thống sử dụng năng lượng Mặt trời, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật có liên quan và các tiêu chuẩn sản phẩm, với điều kiện không gây ảnh hưởng đến chất lượng và sự an toàn của tòa nhà

 Hỗ trợ tài chính cho phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo: Thành lập Quỹ phát triển năng lượng bền vững sử dụng các nguồn vốn từ ngân sách nhà nước, nguồn thu từ phí môi trường đối với nhiên liệu hóa thạch, các nguồn tài trợ, đóng góp của các tổ chức,

cá nhân trong, ngoài nước và các nguồn vốn hợp pháp khác nhằm hỗ trợ tài chính cho các hoạt động khuyến khích phát triển ngành năng lượng trên phạm vi toàn quốc Bù đắp cho chi phí phát sinh của các đơn vị điện lực: Đầu tư hệ thống điện độc lập sử dụng nguồn điện độc lập sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo Xây dựng các hệ thống

phát điện độc lập bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo ở vùng sâu, vùng xa

và hải đảo Khuyến khích và hỗ trợ phát triển các dịch vụ và các tổ chức tư vấn trong lĩnh vực năng lượng tái tạo Khuyến khích và hỗ trợ các trường đại học, các cơ sở dạy nghề phát triển giáo trình và giảng dạy các môn học mới liên quan tới năng lượng tái tạo Xây dựng và phát triển ngành công nghiệp năng lượng tái tạo, khuyến khích nghiên cứu, chuyển giao, tiếp nhận và ứng dụng có hiệu quả các tiến bộ kỹ thuật, công nghệ mới vào sản xuất, sử dụng năng lượng tái tạo.Hình thành và phát triển thị trường công nghệ năng lượng tái tạo, tạo sự bình đẳng trên cơ sở cạnh tranh lành mạnh giữa các doanh nghiệp thuộc mọi thành phần kinh tế, hỗ trợ thúc đẩy phát triển các dự án sản xuất, kinh doanh và dịch vụ năng lượng tái tạo v.v…Đơn vị quản lý lưới điện ký thỏa thuận đấu nối lưới điện với các doanh nghiệp sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo để phát điện đã được cấp giấy phép hoặc có trong danh mục các dự án nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo đã được cấp có thẩm quyền phê duyệt, mua toàn bộ sản lượng điện sản xuất từ các dự án nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật kết nối lưới điện trong khu vực thuộc phạm vi hệ thống lưới điện do các đơn vị điện lực quản lý

 Đưa ra các giải pháp về nguồn nhân lực , về hỗ trợ hình thành thị trường và công nghệ năng lượng tái tạo

 Tăng cường công tác thông tin tuyên truyền, nâng cao nhận thức của người dân, cộng đồng về phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo

 Tăng cường hợp tác quốc tế trong lĩnh vực năng lượng tái tạo

Quyết định 428/QĐ-TTg phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến 2030 đưa ra những nội dung sau[7]:

- Quan điểm phát triển ưu tiên phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo, tạo đột phá trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo tồn tài nguyên năng lượng, giảm thiểu tác động tiêu cực tới môi trường trong sản xuất điện

- Mục tiêu: Đẩy mạnh phát triển và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo cho sản xuất điện, từng bước nâng cao tỷ trọng nguồn điện sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo nhằm giảm nhẹ sự phụ thuộc vào nguồn điện sản xuất từ than nhập khẩu, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, giảm nhẹ biến đổi khí hậu, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế- xã hội bền vững, hình thành và phát triển hệ thống điện thông minh, có khả năng tích hợp với nguồn năng lượng tái tạo Với mục tiêu cụ thể là tăng tỷ lệ điện năng sản xuất

từ các nguồn năng lượng tái tạo (không kể nguồn thủy điện lớn và vừa, thủy điện tích năng) đạt khoảng 7% năm 2020 và trên 10% năm 2030

- Quy hoạch phát triển nguồn điện: Đẩy nhanh phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng Mặt trời, bao gồm cả nguồn tập trung lắp đặt trên mặt đất và nguồn phân tấn lắp đặt trên mái nhà: Đưa tổng công suất nguồn điện Mặt trời từ mức không đáng kể hiện

nay lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4000 MW vào năm 2025 và khoảng

12000 MW vào năm 2030 Điện năng sản xuất từ nguồn điện Mặt trời chiếm tỷ trọng khoảng 0,5% năm 2020, khoảng 1,6% năm 2025 và khoảng 3,3 % vào năm 2030

- Cơ cấu nguồn điện: Năm 2020, tổng công suất các nhà máy điện khoảng 60000

MW trong đó nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo ( gồm: thủy điện nhỏ, điện gió, điện Mặt trời, điện sinh khối) chiếm 9,9% Điện năng sản xuất và nhập khẩu khoảng 265 tỷ kWh, trong đó trong đó nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo chiếm 6,5% Năm 2025, tổng công suất các nhà máy điện khoảng 96500 MW trong đó nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo (gồm: thủy điện nhỏ, điện gió, điện Mặt trời, điện sinh khối) chiếm 12,5 % Điện năng sản xuất và nhập khẩu khoảng 400 tỷ kWh trong đó trong đó nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo chiếm 6,9 % Năm 2030, tổng công suất các nhà máy điện khoảng

129500 MW trong đó nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo (gồm: thủy điện nhỏ, điện gió, điện Mặt trời, điện sinh khối) chiếm 21 % Điện năng sản xuất và nhập khẩu khoảng

572 tỷ kWh trong đó nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo chiếm 10,7 %

- Các giải pháp thực hiện quy hoạch: xây dựng các cơ chế, chính sách, văn bản quy phạm pháp luật với các cơ chế khuyến khích phù hợp để đẩy nhanh phát triển nguồn điện sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, trong đó tập trung vào cơ chế giá hỗ trợ cho các

dự án sử dụng năng lượng gió, mặt trời, sinh khối, địa nhiệt…

Dự thảo Quyết định về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam Trong đó cơ chế hỗ trợ phát triển dự án điện Mặt trời gồm [6]:

- Theo dự thảo, nhà đầu tư được huy động vốn từ các tổ chức, cá nhân trong và ngoài nước để đầu tư thực hiện các dự án điện mặt trời theo quy định của pháp luật hiện hành Các dự án điện mặt trời được hưởng các ưu đãi về tín dụng đầu tư theo các quy định pháp luật hiện hành về tín dụng đầu tư và tín dụng xuất khẩu của Nhà nước

- Dự án điện mặt trời được miễn thuế nhập khẩu đối với hàng hóa nhập khẩu để tạo tài sản cố định cho dự án; hàng hóa nhập khẩu là nguyên liệu, vật tư, bán thành phẩm trong nước chưa sản xuất được nhập khẩu để phục vụ sản xuất của dự án theo quy định của pháp luật hiện hành về thuế xuất khẩu, thuế nhập khẩu

- Về thuế thu nhập doanh nghiệp, việc miễn, giảm thuế thu nhập doanh nghiệp đối với dự án điện mặt trời được thực hiện như đối với dự án thuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư theo quy định của pháp luật hiện hành về thuế

- Các dự án điện mặt trời và công trình đường dây và trạm biến áp để đấu nối với lưới điện quốc gia được miễn, giảm tiền sử dụng đất, tiền thuê đất theo quy định của pháp luật hiện hành áp dụng đối với dự án thuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư

- Căn cứ vào quy hoạch được cấp có thẩm quyền phê duyệt, Ủy ban nhân dân cấp tỉnh có trách nhiệm bố trí đủ quỹ đất để chủ đầu tư thực hiện các dự án điện mặt trời Việc bồi thường, hỗ trợ giải phóng mặt bằng được thực hiện theo quy định của pháp luật hiện hành về đất đai

- Dự thảo cũng quy định, việc đầu tư xây dựng dự án điện mặt trời phải phù hợp với Quy hoạch phát triển điện mặt trời và quy hoạch phát triển điện lực các cấp được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt Việc đầu tư xây dựng các dự án điện mặt trời được thực hiện theo quy định của pháp luật về xây dựng, phòng cháy chữa cháy, bảo vệ môi trường

và các quy định khác có liên quan

- Việc đấu nối dự án điện mặt trời vào lưới điện quốc gia phải phù hợp với quy hoạch phát triển điện lực đã được phê duyệt Điểm đấu nối do Bên bán điện và Bên mua điện thỏa thuận trên nguyên tắc Bên bán điện chịu trách nhiệm đầu tư đường dây tải điện tới điểm đấu nối vào lưới điện quốc gia gần nhất hiện có theo quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Trường hợp điểm đấu nối vào lưới điện quốc gia chưa có trong quy hoạch phát triển điện lực, chủ đầu tư cần thoả thuận điểm đấu nối với đơn vị phân phối hoặc đơn vị truyền tải điện làm cơ sở thực hiện bổ sung quy hoạch phát triển điện lực cấp tỉnh theo quy định hiện hành Trường hợp không thỏa thuận được điểm đấu nối, Bên bán điện có trách nhiệm trình Bộ Công Thương xem xét, quyết định

- Chủ đầu tư dự án điện mặt trời chịu trách nhiệm đầu tư, vận hành, bảo dưỡng đường dây và trạm biến áp tăng áp (nếu có) từ nhà máy điện của Bên bán điện đến điểm đấu nối theo thỏa thuận đấu nối với Bên mua điện

- Tùy theo cấp điện áp đấu nối, Đơn vị phân phối điện hoặc Đơn vị truyền tải điện

có trách nhiệm đầu tư đường dây tải điện từ điểm đấu nối vào lưới điện quốc gia theo quy hoạch phát triển điện lực được duyệt và ký thỏa thuận đấu nối với chủ đầu tư các

dự án điện mặt trời

- Sau khi hoàn thành đầu tư và nghiệm thu đưa vào vận hành thương mại, nhà máy điện mặt trời được ưu tiên khai thác toàn bộ công suất và điện năng phát phù hợp với khả năng cung cấp năng lượng mặt trời của khu vực nhà máy

- Đối với các dự án điện mặt trời, bên mua điện có trách nhiệm mua toàn bộ sản lượng điện từ các Dự án điện mặt trời với giá mua điện tại điểm giao nhận điện là 1.800 đồng và 3.500 đồng 11,2 cents Giá điện này chỉ áp dụng cho các dự án điện mặt trời nối lưới có hiệu suất của tế bào quang điện (solar cell) lớn hơn 16% và quy mô công suất không quá 100 MW

- Đối với các dự án điện mặt trời lắp trên mái nhà, các dự án điện mặt trời lắp trên mái nhà có lắp đặt hệ thống công tơ hai chiều thì sản lượng điện phát và tiêu thụ trong chu kỳ xác nhận đo đếm công tơ giữa hai bên được xác định trên nguyên tắc bù trừ năng lượng giữa lượng điện phát và tiêu thụ như sau: Khi lượng điện phát nhiều hơn tiêu thụ thì lượng điện dư sẽ được đơn vị mua điện tại điểm giao nhận là 3150 đồng/kWh (chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng, tương đương 15 UScents/kWh) Giá mua điện được điều chỉnh theo biến động của tỷ giá đồng/USD Khi lượng điện phát ra nhỏ hơn lượng điện tiêu thụ thì giá điện nhận từ lưới về phải trả theo giá điện bậc thang sinh hoạt mà đơn vị bán điện thực hiện Giá điện này áp dụng cho tất cả các dự án điện mặt trời trên mái nhà

đã và đang thoả thuận với EVN để được đấu nối vào lưới điện và giá điện này cũng được

áp dụng cho các dự án điện đã đấu nối vào lưới điện của EVN và có hợp đồng với EVN giá bán điện bằng không đồng Trong vòng 12 tháng kể từ khi được cấp Giấy chứng nhận đầu tư, Chủ đầu tư không khởi công xây dựng hạng mục chính của công trình hoặc tối đa 24 tháng kể từ ngày cam kết vận hành trong Giấy chứng nhận đầu tư mà công trình dự án điện mặt trời không được đưa vào vận hành, Ủy ban nhân dân cấp tỉnh có trách nhiệm xem xét để thu hồi Giấy chứng nhận đầu tư theo quy định, báo cáo cơ quan nhà nước có thẩm quyền giao dự án cho nhà đầu tư khác thực hiện Trừ trường hợp có

lý do chính đáng và được cấp có thẩm quyền chấp nhận việc tạm ngừng hoặc giãn tiến

độ thực hiện dự án

- Thủ tướng Chính phủ giao Bộ Công Thương tăng cường công tác giám sát cung - cầu điện, tiến độ thực hiện các dự án nguồn và lưới điện trong quy hoạch được duyệt để thực hiện hoặc báo cáo Thủ tướng Chính phủ cho phép thực hiện các giải pháp nhằm bảo đảm cung ứng điện cho phát triển kinh tế - xã hội; tính toán cơ cấu nguồn điện hợp lý, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và hiệu quả kinh tế hệ thống điện Đồng thời thực hiện

rà soát, đánh giá hiệu quả các cơ chế hỗ trợ các nguồn năng lượng tái tạo đã được Thủ tướng Chính phủ ban hành (cơ chế hỗ trợ phát triển điện gió, điện sinh khối, phát điện sử dụng chất thải rắn), báo cáo Thủ tướng Chính phủ xem xét, điều chỉnh nếu cần thiết

- Thủ tướng Chính phủ giao Tập đoàn Điện lực Việt Nam giữ vai trò chính trong việc đảm bảo cung cấp điện ổn định, an toàn cho sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội; thực hiện đầu tư các dự án nguồn điện theo nhiệm vụ được giao, đầu tư phát triển các công trình lưới điện đồng bộ nhằm nâng cao hiệu quả đầu tư, đồng thời nghiên cứu triển khai thực hiện các dự án điện mặt trời tại các khu vực thuận lợi, có tiềm năng và tại các đảo xa bờ

Thêm vào đó, EVN đã phê duyệt Nghị quyết về việc định hướng nghiên cứu phát triển điện mặt trời, nhằm bổ sung nguồn điện xanh, sạch cho đất nước; trên cơ sở đó, so sánh đánh giá và xác định chi phí hợp lý và hiệu quả của dự án điện mặt trời, làm cơ sở tham mưu cho Chính phủ ban hành các chính sách hỗ trợ phát triển điện mặt trời, năng lượng tái tạo của Việt Nam Theo đó, EVN sẽ tập trung nghiên cứu phát triển một số dự

án nhà máy điện mặt trời tại các địa phương có tiềm năng thuộc khu vực Tây Nguyên, Nam Trung bộ và Nam Bộ Trong đó, Tập đoàn ưu tiên lựa chọn các địa điểm gần hoặc thuộc phạm vi địa giới các nguồn điện hiện có của EVN; xem xét đầu tư các dự án điện mặt trời nổi trên mặt nước tại các hồ chứa thủy điện và trên quỹ đất thuộc vành đai bảo

vệ và vận hành công trình thủy điện, tạo thuận lợi cho đấu nối lưới điện, giảm chi phí đền bù giải phóng mặt bằng và hạn chế những phát sinh lớn về lực lượng quản lý vận hành khi các dự án đi vào hoạt động

Các văn bản quy định chiến lược và chính sách phát triển năng lượng tái tạo được Chính phủ ban hành đã định hướng sử dụng nguồn năng lượng Mặt trời cho phát triển

kinh tế - xã hội phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới, đã mở ra hướng đi mới cho ngành điện năng lượng Mặt trời Giúp làn sóng đầu tư vào lĩnh vực điện Mặt trời sẽ lan rộng, đẩy nhanh lộ trình phát triển nguồn năng lượng tái tạo, tăng trưởng xanh và phát triển bền vững tại Việt Nam Các chiến lược và chính sách đã đưa ra kế hoạch phát triển năng lượng Mặt trời theo từng giai đoạn cụ thể, phù hợp với điều kiện, công nghệ của đất nước.Có những chính sách hỗ trợ, khuyến khích về pháp lý, nguồn nhân lực, tài chính,… tạo điều kiện để phát triển điện Mặt trời Dự thảo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ quy định cơ chế hỗ trợ phát triển điện Mặt trời tại Việt Nam sẽ là hành lang pháp lý cụ thể cho hoạt động quản lý Nhà nước về phát triển điện Mặt trời Góp phần thu hút vốn đầu tư vào các dự án, giúp các dự án được nhân rộng về quy mô và chất lượng, khuyến khích các doanh nghiệp, các hộ gia đình đầu tư Ngoài ra dự thảo đã đưa

ra hướng quản lý toàn diện cho lĩnh vực điện Mặt trời [9]

Tuy nhiên, các chính sách về năng lượng sạch, đặc biệt là năng lượng Mặt trời chưa đầy đủ, thiếu sự đồng bộ và chưa gắn kết Nguồn nhân lực hỗ trợ cho hoạt động sản xuất, ứng dụng năng lượng sạch còn hạn chế, công tác quản lý nhà nước còn nhiều bất cập Trong khi đó, đầu tư vào lĩnh vực này cần nhiều vốn nhưng chi phí đầu ra chưa

rõ ràng, nên làm cản trở đầu tư Nhà nước cũng cần sớm có bộ tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến điện Mặt trời đầy đủ hơn (ví dụ như tiêu chuẩn tấm pin Inverter chuyển điện, giàn khung đỡ…) để giúp người tiêu dùng mua đúng sản phẩm chất lượng Hiện nay còn thiếu các quy chuẩn về khai thác và sử dụng năng lượng Mặt trời, đồng thời chưa

có cơ chế khuyến khích sản xuất các thiết bị ứng dụng, sử dụng điện Mặt trời trong nước Dự thảo cần nhanh chóng được ban hành để mô hình điện Mặt trời được nhanh chóng nhân rộng phù hợp với nhu cầu phát triển của đất nước

1.2 Kỹ thuật phát triển điện năng lượng mặt trời

1.2.1 Hiệu ứng quang điện

1.2.1.1 Lịch sử hình thành thuyết quang điện (Nguồn: [1])

Alexandre Edmond Becquerel lần đầu tiên quan sát thấy hiệu ứng quang điện xảy

ra với một điện cực được nhúng trong dung dịch dẫn điện được chiếu sáng vào năm

1839 Năm 1873, Willoughby Smith phát hiện rằng selen (Se) có tính quang dẫn Năm 1887, Heinrich Hertz quan sát thấy hiệu ứng quang điện ngoài đối với các kim loại (cũng là năm ông thực hiện thí nghiệm phát và thu sóng điện từ Sau đó Aleksandr Grigorievich Stoletov (Александр Григорьевич Столетов, 1839-1896)) đã tiến hành nghiên cứu một cách tỉ mỉ và xây dựng nên các định luật quang điện

Một trong các công trình của Albert Einstein xuất bản trên tạp chí Annal der Physik

đã lý giải một cách thành công hiệu ứng quang điện cũng như các định luật quang điện dựa trên mô hình hạt ánh sáng, theo Thuyết lượng tử vừa được công bố vào năm 1900

của Max Planck Các công trình này đã dẫn đến sự công nhận về bản chất hạt của ánh sáng, và sự phát triển của lý thuyết lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng

1.2.1.2 Lịch sử hình thành pin điện mặt trời (Nguồn: [1])

Nguyên lý cơ bản về pin điện mặt trời lần đầu tiên được phát minh ra vào năm

1839 bởi nhà vật lý học người Pháp Alexandre Edmont Becquerel (24/3/1820 11/5/1891) Tuy nhiên, mãi cho đến tận năm 1884, việc phát ra dòng điện bằng nguyên

-lý sử dụng ánh sáng mặt trời mới trở thành hiện thực bởi nhà phát minh Charles Fritts người Mỹ Cấu trúc pin điện mặt trời mà Charles Fritts đã sử dụng là sử dụng Selen (Selenium) tiếp xúc với một màng kim loại vàng vô cùng mỏng Tuy nhiên, hiệu suất đạt được lúc bấy giờ chỉ chừng 1% Phát minh của ông sau đó đã được sử dụng trong đồng hồ đo độ phơi sáng của máy ảnh cho tới tận năm 1960 với tên gọi là pin điện mặt trời Selen Tuy nhiên, từ khi việc chế tạo chất bán dẫn Silicon có độ thuần khiết cao (99.999999%) trở nên phổ biến, pin điện mặt trời Selen đã biến mất khỏi thị trường Vào năm 1954, các thành viên của viện nghiên cứu Bell gồm Daryl Chapin, Calvin Fuller, Gerald Pearson đã sử dụng pin điện mặt trời sử dụng kết tinh Silicon trong thiết

bị đo công nguồn điện (điện lực kế) Ngòai ra, chúng còn được sử dụng trong những thiết bị truyền thông cỡ nhỏ do nguồn pin điện thời bấy giờ không chịu được thời tiết

ẩm thấp của vùng nhiệt đới Và do được viện nghiên cứu Bell phát minh ra, còn được gọi là Bell Solar Battery Hiệu suất của Bell Solar Battery đạt tới 6%

1.2.1.3 Cách thức hoạt động của pin điện mặt trời

Pin điện năng lượng mặt trời (pin điện mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện

tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất

Tấm pin điện mặt trời, những tấm có bề mặt lớn thu thập ánh nắng mặt trời và biến thành điện năng, được làm bằng nhiều tế bào quang điện có nhiệm vụ thực hiện quá trình tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời

Pin điện mặt trời dạng xoay (Nguồn: [2])

Để tăng độ dẫn điện của silicon, các nhà khoa học đã “tạp chất hóa” bằng cách kết hợp với các vật liệu khác Quá trình này được gọi là “doping” và silicon pha tạp với các tạp chất tạo ra nhiều electron tự do và lỗ trống Một chất bán dẫn silicon có hai phần, mỗi phần được pha tạp với một loại vật liệu khác Phần đầu tiên được pha với phốt pho, phốt pho cần 5 electron để trung hòa điện tích và có đủ 5 electron trong vỏ Khi kết hợp với silicon, một electron sẽ bị dư ra Electron đặc trưng cho điện tích âm nên phần này

sẽ được gọi là silicon loại N (điện cực N) Để tạo ra silicon loại P (điện cực P), các nhà khoa học kết hợp silicon với boron Boron chỉ cần 3 electron để trung hòa điện tích và khi kết hợp với silicon sẽ tạo ra những lỗ trống cần được lấp đầy bởi electron

Hiện tưởng di chuyển của electron trên bề

mặt chất bán dẫn Khi chất bán dẫn silicon tiếp xúc với năng lượng, các electron tự do ở điện cực N

sẽ di chuyển sang để lấp đầy các lỗ trống bên điện cực P Sau đó, các electron từ điện cực N và điện cực P sẽ cùng nhau tạo ra điện trường Các tế bào năng lượng mặt trời sẽ trở thành một diode, cho phép electron di chuyển từ điện cực P đến điện cực N, không cho phép di chuyển ngược lại

Nguyên lý hoạt động của pin điện mặt trời

Tất nhiên, để kích hoạt quá trình cần có năng lượng tiếp xúc với các tế bào silicon Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời, các hạt nhỏ năng lượng có thể tiếp xúc với các tế bào năng lượng mặt trời và nới lỏng liên kết của các electron ở điện cực N Sự di chuyển của các elentron tự do từ điện cực N tới điện cực P tạo ra dòng điện

Khi điện trường đã được tạo ra, tất cả những gì cần làm là thu thập và chuyển thành dòng điện có thể sử dụng Một bộ biến tần được gắn với các tế bào năng lượng mặt trời

sẽ biến dòng điện từ một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) Dòng điện xoay chiều là dòng điện đang sử dụng ở khắp mọi nơi

1.2.1.4 Pin điện mặt trời

a Amorphous silicon

Cho tới nay thì vật liệu chủ yếu cho pin điện mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn)

là các silic tinh thể Pin điện mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại :

Pin điện mặt trời silicon

 Một tinh thể hay đơn tinh thể module Mono Crystallie sản xuất dựa trên quá trình Czochralski Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16% Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module

 Đa tinh thể Poly Crystallinelàm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn Các pin điện này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của

 Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon Các công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các loại trên có độ dày 300 μm tạo thành và xếp lại để tạo nên module

Cấu tạo & hoạt động của Pin điện Mặt Trời Silic

Vật liệu xuất phát để làm pin điện Mặt trời silic phải là bán dẫn silic tinh khiết Ở dạng tinh khiết, còn gọi là bán dẫn ròng số hạt tải (hạt mang điện) là electron và số hạt tải là lỗ trống (hole) như nhau

Để làm pin điện Mặt trời từ bán dẫn tinh khiết phải làm ra bán dẫn loại n và bán dẫn loại p rồi ghép lại với nhau cho có được tiếp xúc p - n

Cấu trúc của một tế bào điện mặt trời cơ bản (Nguồn: [7])

Thực tế thì xuất phát từ một phiến bán dẫn tinh khiết tức là chỉ có các nguyên tử

Si để tiếp xúc p - n, phải pha thêm vào một ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp Nguyên

tử Si có 4 electron ở vành ngoài, cùng dùng để liên kết với bốn nguyên tử Si gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương) Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phôt-pho P có 5 electron

ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng để liên kết nên dễ chuyển động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện electron, tức là bán dẫn loại n (negatif - âm) Ngược lại nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử bo B có 3 electron ở vành ngoài, tức là thiếu một electron mới đủ tạo thành 4 mối liên kết nên có thể nói là tạo thành lỗ trống (hole) Vì là thiếu electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif -dương) Vậy trên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp là bán dẫn loại n, có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loạị chính là lớp chuyển tiếp p - n Ở chỗ tiếp xúc p - n này một ít electron

ở bán dẫn loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống thiếu electron, ở đó Kết quả

là ở lớp tiếp xúc p-n có một vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, gọi đó là vùng nghèo Sự dịch chuyển điện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng tạo nên hiệu thế gọi là hiệu thế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ tiếp xúc không tạo ra dòng điện được

Nhưng nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p - n phơi cho ánh sáng mặt trời chiếu vào thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm cho điện tử đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống

vì thiếu electron, gọi là photon đến tạo ra cặp electron - lỗ trống Nếu cặp electron - lỗ trống này sinh ra ở gần chỗ có tiếp p - n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ đẩy electron về một bên (bên bán dẫn n) đẩy lỗ trống về một bên (bên bán dẫn p) Nhưng cơ bản là electron

đã nhảy từ miền hoá trị (dùng để liên kết) lên miền dẫn ở mức cao hơn, có thể chuyển

động tự do Càng có nhiều photon chiếu đến càng có nhiều cơ hội để electron nhảy lên miền dẫn

Nếu ở bên ngoài dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p (qua một phụ tải như lèn LED chẳng hạn) thì electron từ miền dẫn của bán dẫn loại n sẽ qua mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống Đó là dòng điện pin điện Mặt trời silic sinh ra khi được chiếu sáng Dùng bán dẫn silic tạo ra tiếp xúc p - n để từ đó làm pin điện Mặt trời là một tiến bộ lớn trên con đường trực tiếp biến ánh sáng Mặt trời thành dòng điện để sử dụng Tuy nhiên pin điện Mặt trời silic có một số hạn chế về kinh

- Đối với silic, để đưa electron từ miền hoá trị lên miền dẫn phải tốn năng lượng

cỡ 1,1 eV Vậy năng lượng của photon đến phải bằng hoặc cao hơn 1,1eV một chút là

đủ để kích thích eletron nhảy lên miền dẫn, từ đó tham gia tạo thành dòng điện của pin điện Mặt trời Photon ứng với năng lượng 1,1 eV có bước sóng cỡ 1 m tức là hồng ngoại Vậy photon có các bước sóng lục, lam, tử ngoại là có năng lượng quá thừa thãi để kích thích điện tử của Si nhảy lên miền dẫn Do đó pin điện Mặt trời Si sử dụng lãng phí năng lượng Mặt trời để biến ra điện

b Pin điện Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell)

DSC là một loại pin điện Mặt trời mới, giá rẻ, dễ làm Loại pin điện này do Michael Gratzel ở trường Bách khoa Lausane (Thuỵ Sĩ) chế tạo lần đầu vào năm 1991 nên còn

có tên là pin điện Gratzel

Pin điện Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC

Cấu tạo nguyên thuỷ của pin điện DSC gồm ba phần chính Trên cùng là một lớp mỏng chất dẫn điện trong suốt, đóng vai trò anôt làm bằng oxyt thiếc pha tạp fluo (SnO2: F) Lớp này phủ lên tấm thuỷ tinh trong suốt Tiếp đó là một lớp có diện tích bề mặt rất lớn Lớp dẫn điện SnO2: F và lớp hạt bột oxyt titan TiO2 được nhúng vào hỗn hợp chất màu nhạy quang ruthenium -polypyridin và dung môi Sau khi nhúng, một lớp mỏng chất màu nhạy quang bám dính vào các hạt TiO2 bằng liên kết cộng hoá trị Tiếp đó mặt sau được tráng bằng một lớp mỏng chất điện ly iôt và đậy kín bằng tấm điện cực kim loại, thường là platin Toàn bộ được dán kín sao cho dung dịch không bị rò chảy ra Pin điện DSC hoạt động như sau: ánh sáng Mặt trời qua tấm kính, qua lớp điện cực trong suốt SnO2:F chiếu vào chất màu nhạy quang dính trên bề mặt các hạt TiO2 Photon kích thích các phân tử chất màu nhạy quang làm cho electron ở đó bị bứt ra nhảy vào miền dẫn của TiO2 rồi từ đó dễ dàng chuyển động chạy về điện cực trong suốt ở phía trên Khi bị mất electron để nhận thêm cho phân tử không bị phân huỷ Phân tử chất màu nhạy quang bèn lấy electron của iôt ở dung dịch điện phân, biến anion iôt một I- thành anion iôt ba I3- Các anion iôt này khi tiếp xúc với điện cực kim loại sẽ lấy lại electron từ điện cực trong suốt qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại Như vậy đã thực hiện cơ chế photon kích thích làm cho electron nhảy lên, đến điện cực trong suốt rồi qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại tạo ra dòng điện

Vì nhiều lí do, hiệu suất của loại pin điện này chỉ vào cỡ 11% thấp hơn hiệu suất của pin điện Mặt trời silic (12 - 15%) Tuy nhiên ưu điểm rõ rệt của loại pin điện này là:

- Vật liệu chế tạo rẻ, dễ kiếm Đặc biệt TiO2 là chất bột trắng hay dùng để làm sơn trắng rất phổ biến

- Kỹ thuật chế tạo đơn giản, không phải cần máy móc cao cấp đắt tiền như ở trường hợp pin điện Mặt trời silic Thậm chí có thể làm pin điện mặt trời kiểu này theo cách thủ công

- Dễ dàng cải tiến nhiều khâu kỹ thuật, nhất là ứng dụng công nghệ nano để làm bột TiO2 có diện tích mặt ngoài cực lớn Nhược điểm của loại pin điện này là có chứa chất lỏng phải có các biện pháp chống rò rỉ khi dùng lâu (Loại pin điện này tuổi thọ là

10 năm, bằng một nửa tuổi thọ của pin điện Mặt trời silic)

Hiện nay đã có nhiều cải tiến đối với chất màu nhạy quang làm cho ánh sáng thuộc nhiều bước sóng trong phổ ánh sáng Mặt trời đều dễ dàng bị hấp thụ để kích thích làm thoát điện tử tạo ra dòng điện Nhờ đó, khác với pin điện Mặt trời silic, loại pin điện Mặt trời mới này vẫn hoạt động tốt khi nắng yếu, đặc biệt là hoạt động với ánh sáng trong nhà

c Pin điện mặt trời dạng keo nước (lá nhân tạo)

Pin điện mặt trời dạng keo nước còn được gọi là Lá nhân tạo Đây là loại Pin điện mặt trời có thể uốn cong, có thành phần là keo nước chứa các phân tử nhạy sáng kết hợp với các điện cực phủ chất liệu cacbon, ví dụ như ống nano cacbon hoặc than chì Các phân tử nhạy sáng trở nên “kích động” khi ánh sáng mặt trời chiếu vào và sản sinh ra điện năng; cơ chế này tương tự như cơ chế kích thích tổng hợp đường để sinh trưởng của phân tử thực vật.Hiện tại, việc ứng dụng loại pin điện này vẫn chưa được công bố

do hiệu suất hoạt động của pin điện vẫn còn thấp

1.2.2 Các thiết bị trong hệ thống pin điện mặt trời

1.2.2.1 Pin điện mặt trời

Tấm năng lượng mặt trời là cách nói chung để ám chỉ một tập hợp các module quang điện được kết nối trên một cấu trúc hỗ trợ nhất định Module quang điện là một tập hợp của các tế bào năng lượng mặt trời

Hệ thống pin điện mặt trời

Tấm năng lượng mặt trời có thể là một thành phần của hệ thống quang điện lớn hơn để tạo ra và cung cấp điện cho các ứng dụng thương mại

1.2.2.2 Bộ điều khiển sạc

Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc-quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy và giúp hệ thống pin điện mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài - Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc-quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải

- Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp (<10,5V) Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác nhận bình ắc-quy đã được nạp đầy hoặc điện áp bình quá thấp