Với tổng lượng bức xạ trung bình năm ớ mức cao, Việt Nam được đánh giá là nơi có tiềm năng đặc biệt để phát triển điện mặt trời. Trong xu thế thế giới đang chuyển dịch cơ cấu ngành năng lượng theo hướng sạch và bền vững, cần đẩy mạnh hơn nữa các hoạt động nghiên cứu, ứng dụng công nghệ phục vụ sản xuất điện mặt trời tại Việt Nam.

Xu hướng chuyển dịch cơ cấu năng lượng

Năng lượng hóa thạch từng đóng một vai trò rất quan trọng, bởi phần lớn tổng năng lượng toàn cầu đều xuất phát từ dầu mỏ, khí đốt, than đá. Trong đó, than là nguồn cung cấp năng lượng chính. Tuy nhiên, nguồn tài nguyên này dần trở nên cạn kiệt do tốc độ tiêu thụ quá nhanh của con người. Bên cạnh đó, việc đốt và khai thác nhiên liệu hóa thạch còn kéo theo nhiều hệ lụy cho môi trường. Theo đánh giá của Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi khí hậu (IPCC) năm 2004, việc sử dụng năng lượng hóa thạch chiếm 56,6% tổng lượng khí nhà kính do hoạt động của con người. Ước tính, mỗi tỉ kWh điện sản xuất từ than đá gây ra 24,5 ca tử vong, 225 ca bệnh nghiêm trọng và hơn 13.000 vấn đề sức khỏe khác. Khai thác than đá cũng gây xói mòn đất, sụt lún và ô nhiễm nguồn nước,…

Những vấn đề trên thúc đẩy các quốc gia chuyển dịch cơ cấu ngành năng lượng theo hướng sạch và bền vững, trong đó, phát triển năng lượng tái tạo (NLTT) là giải pháp và xu hướng tất yếu. Ở Châu Âu, theo số liệu của cơ quan nghiên cứu khí hậu Ember, 6 tháng đầu năm 2020, NLTT và năng lượng sinh học đã tạo ra 40% tổng sản lượng điện của 27 quốc gia thuộc Liên hiệp châu Âu (EU), tăng 11% so cùng kỳ năm 2019. Để đạt được các mục tiêu về chống biến đổi khí hậu, hướng 10 năm tới EU sẽ sử dụng NLTT là chủ yếu để sản xuất điện.

Năng lượng tái tạo là những nguồn năng lượng vô hạn, liên tục (Nguồn: Internet)

Tại Mỹ, hạ tầng sản xuất NLTT cũng rất phát triển. Hai nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới đã được xây dựng tại California (giai đoạn 2011-2014). Năm 2019, Mỹ sản xuất được 720,4 TWh điện tái tạo từ các nguồn điện mặt trời, năng lượng địa nhiệt.

Các quốc gia dẫn đầu trong việc sử dụng NLTT tại Châu Á phải kể đến Hàn Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, Ấn Độ, Trung Quốc,… Trong đó, Nhật Bản và Hàn Quốc đều có kế hoạch giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính vào năm 2050, tăng tỷ trọng NLTT trong sản xuất điện lên ít nhất 50%. Tại Trung Quốc, nhiều quy định, tiêu chuẩn đối với các sản phẩm NLTT đã được ban hành, như điều chỉnh giá điện từ nguồn tái tạo, hủy bỏ các kế hoạch triển khai dự án điện chạy than, khuyến khích nhà đầu tư nước ngoài sản suất NLTT,… Năm 2015, Trung Quốc đạt 33 GWh điện gió, gấp ba lần công suất NLTT tại Pháp. Năm 2017, năng lượng điện mặt trời của Trung Quốc đạt công suất 126 GWh, tăng 67% so với năm 2016.

Nhận thức được xu thế chuyển dịch cơ cấu năng lượng, Việt Nam đã có nhiều nỗ lực nhằm thúc đẩy việc sản xuất và sử dụng NLTT ở tất cả các lĩnh vực công nghiệp, thương mại và sinh hoạt. Nhiều quy định, chính sách nhằm quản lý và thúc đẩy phát triển NLTT đã được ban hành, như chính sách ưu đãi và hỗ trợ các doanh nghiệp để phát triển NLTT tại Việt Nam (2007); ban hành Luật điện lực khuyến khích đầu tư cho NLTT (2012); và tạo ra các cơ chế hỗ trợ phát triển dự án điện sinh khối (2014).

Năm 2015, Chiến lược phát triển phát triển NLTT của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 được Thủ tướng phê duyệt đã xác định: tập trung nguồn lực, khai thác và sử dụng tối đa tiềm năng NLTT trong nước; phát triển mạnh mẽ thị trường công nghệ NLTT, ngành công nghiệp sản xuất máy móc thiết bị, cung cấp dịch vụ NLTT trong nước; và tăng cường mạnh tiềm lực cho nghiên cứu, phát triển, chuyển giao và ứng dụng các dạng NLTT mới. Phát triển điện mặt trời đã được đưa vào như một mục tiêu chiến lược, nhằm tăng mức điện từ năng lượng mặt trời từ 10 triệu kWh (năm 2015) lên 1,4 tỷ kWH vào năm 2020, 35,4 tỷ kWh (năm 2030) và 210 tỷ kWh (năm 2050).

Phát triển năng lượng tái tạo từ pin mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng về phát triển điện mặt trời do nằm ở khu vực cận xích đạo, với tổng số giờ nắng cao lên đến 2.500 giờ/năm, tổng lượng bức xạ trung bình năm vào khoảng 230-250 kcal/cm2/ngày. Vì thế, sử dụng năng lượng mặt trời cho phép phát huy tiềm năng sẵn có để đáp ứng nhu cầu điện tăng cao và phù hợp với chiến lược phát triển NLTT.

Tuy nhiên, ngoài những ưu điểm rõ ràng của NLTT, quá trình sản xuất điện từ năng lượng mặt trời vẫn còn những hạn chế cần giải quyết. Chẳng hạn, một số công nghệ chế tạo tấm pin mặt trời gây phát thải các loại khí nhà kính; vấn đề xử lý các tấm pin mặt trời khi hết niên hạn sử dụng còn đang bỏ ngỏ; ở quy mô lớn, việc lắp đặt những cánh đồng pin mặt trời cũng chiếm rất nhiều diện tích đất đai, trong khi có thể được dùng cho mục đích nông nghiệp hay phát triển thảm thực vật nói chung,... Ngoài ra, xét theo khía cạnh kinh tế, việc sản xuất các tấm pin mặt trời màng mỏng đòi hỏi phải sử dụng cadmium telluride (CdTe) hoặc gallium selenide indi (CIGS) - những chất rất quý hiếm và đắt tiền, làm gia tăng chi phí.

Việt Nam đẩy mạnh tìm kiếm các giải pháp tối ưu trong việc sản xuất điện từ năng lượng mặt trời
(Nguồn: Bộ Công Thương)

Theo nhiều chuyên gia, để giải quyết những tồn tại trên, cần có những chính sách phù hợp, khuyến khích các hoạt động nghiên cứu về pin mặt trời, nghiên cứu tận dụng và giảm thiểu các tác động tiêu cực của các tấm pin năng lượng mặt trời đã hỏng, thúc đẩy phát triển kinh tế tuần hoàn theo xu hướng chung của thế giới.

Tại Hội thảo “Kinh nghiệm quốc tế về tái chế pin năng lượng mặt trời, áp dụng đối với Việt Nam” tổ chức vào tháng 4/2021, ông Nguyễn Văn Hội (Viện trưởng Viện Nghiên cứu chiến lược, chính sách Công Thương cho biết) cho biết, theo dự thảo Quy hoạch điện VIII, tại Việt Nam, ước tính khối lượng tích lũy các tấm pin năng lượng mặt trời thải loại vào khoảng 404 nghìn tấn vào năm 2035 và khoảng 1,9 triệu tấn (năm 2045). Khối lượng này tuy khá nhỏ so với các nước dẫn đầu trên thế giới, nhưng để đảm bảo phát triển bền vững, Nhà nước cần sớm có chính sách, cơ chế phù hợp liên quan tới thu nhận và xử lý các tấm pin năng lượng mặt trời thải loại. Đây cũng có thể là cơ hội để nước ta phát triển công nghiệp tái chế pin năng lượng mặt trời trong tương lai.

Việc nghiên cứu về pin mặt trời ở Việt Nam thời gian qua luôn được các chuyên gia quan tâm và đã có nhiều kết quả khả quan, tập trung giải quyết những vấn đề về nguồn vật liệu chế tạo hoặc các quy trình kỹ thuật, nhằm gia tăng tuổi thọ pin và giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường.

Có thể điểm qua công trình của TS. Phạm Văn Trình và các cộng sự thuộc Viện Khoa học vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) về nghiên cứu chế tạo pin mặt trời sử dụng cấu trúc lai. Theo nội dung nghiên cứu, pin mặt trời cấu trúc lai (sử dụng kết hợp vật liệu SiNW và vật liệu hữu cơ) yêu cầu nhiệt độ chế tạo thấp do đặc tính của vật liệu hữu cơ nên giảm được chi phí sản xuất. Ngoài ra, các pin mặt trời cấu trúc lai có trọng lượng thấp, tính linh hoạt cơ học và khả năng thay thế cao nên đang được quan tâm phát triển mạnh. Kết quả nghiên cứu này được kỳ vọng sẽ đóng góp tốt cho sự phát triển của công nghiệp pin mặt trời, với mục tiêu nâng cao hiệu suất và hạ giá thành sản phẩm. Thông qua đó, phát triển ngành công nghiệp năng lượng sạch sử dụng pin mặt trời trong tương lai.

Tại TP.HCM, gần đây, nhóm chuyên gia tại Trường Đại học Bách khoa (Đại học Quốc gia TP.HCM) đã chế tạo thành công pin mặt trời chất màu nhạy quang (Dyesensitized Solar Sell - DSSC) có sử dụng vật liệu nanocomposite trên cơ sở graphene làm các điện cực catot và anot, cho kết quả cải thiện hiệu suất hơn 20% so với pin dùng vật liệu Pt và TiO2 truyền thống, đồng thời giảm đáng kể lượng vật liệu Pt và TiO2 cần sử dụng. Đây là kết quả từ nhiệm vụ KH&CN “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite trên cơ sở graphene ứng dụng trong pin mặt trời chất màu nhạy quang”, nhằm nghiên cứu ứng dụng của các loại vật liệu nanocomposite mới trên cơ sở graphene (Gr) như graphene-platin (Gr-Pt) và graphene-titan dioxit (Gr-TiO2), hướng đến mục tiêu vừa giảm chi phí sản xuất, vừa đảm bảo hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin DSSC.

Theo TS. Phạm Trọng Liêm Châu (chủ nhiệm đề tài), catot làm từ Pt có điểm mạnh là dẫn điện tốt, khả năng xúc tác, độ bền hóa học và hoạt động ổn định. Anot chế tạo bằng TiO2 lại khá phổ biến bởi ưu điểm về độ bền khi chịu tác động của ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, Pt là kim loại quý có giá thành cao nên chi phí sản xuất pin DSSC cũng tăng theo. Còn với TiO2, các điện tử và lỗ trống trong hợp chất dễ tái tổ hợp, làm giảm hiệu suất của pin. Trong khi đó, Gr có nhiều ưu điểm như khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt cao, gần như trong suốt, diện tích bề mặt lớn, mềm dẻo, dễ thay đổi hình dạng,… được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực năng lượng. Hơn thế, nhờ diện tích bề mặt lớn và khả năng dẫn điện tốt, Gr tạo thuận lợi cho quá trình xúc tác các phản ứng trở nên dễ dàng, tăng khả năng hấp phụ chất màu nhạy quang của điện cực, nâng cao hiệu suất chuyển hóa của pin DSSC. Do vậy, việc chế tạo vật liệu nanocomposite kết hợp Gr với Pt và Gr với TiO2 được thực hiện nhằm tăng cường khả năng chuyển hóa năng lượng và giảm chi phí sản xuất pin. Cụ thể, việc kết hợp vật liệu Gr và Pt sẽ tiết kiệm tối đa vật liệu Pt khi sản xuất. Đối với TiO2, sự kết hợp với Gr giúp hạn chế sự tái tổ hợp của điện tử và lỗ trống, giúp gia tăng khả năng dẫn điện và hiệu suất của pin.

Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời chất màu nhạy quang
(Nguồn: Sở KHCN TP.HCM)

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm chuyên gia đã phối hợp với công ty TNHH Pacifico Energy Vietnam để triển khai các công đoạn tiếp nhận quy trình tổng hợp vật liệu, sản xuất thử nghiệm pin DSSC, cũng như thực hiện các đo đạc liên quan về chất lượng, hiệu suất của sản phẩm pin mặt trời hoàn thiện.

Ứng dụng loại pin này từ vật liệu mới,nhóm nghiên cứu đã ghi nhận chi phí tiết kiệm hơn, khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt cao hơn, hiệu suất pin giảm không quá 2% sau khi chiếu sáng 1.000 giờ. Nghiên cứu đã mở ra một hướng phát triển hoàn toàn mới cho việc sản xuất pin quang năng từ vật liệu nanocomposite trên cơ sở graphene ở quy mô lớn, với ưu điểm rõ ràng về chi phí nguyên vật liệu, khả năng sẵn sàng ở mức cao về nguồn nguyên liệu đầu vào cũng như nguồn nhân lực chuyên gia tại chỗ.

Theo dự báo của Bộ Công Thương, nhu cầu điện cho phát triển kinh tế tại Việt Nam từ năm 2021 trở đi vẫn tăng ở mức cao 8-10%/năm, nhưng nguồn năng lượng sơ cấp trong nước đã tới hạn, phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu than và khí. Ngoài ra, biến đổi khí hậu khiến các hồ thủy điện thiếu nước để sản xuất, một số dự án nhiệt điện bị chậm tiến độ, gây áp lực lớn đảm bảo nguồn cung điện. Trong xu thế thế giới đang chuyển dịch cơ cấu ngành năng lượng theo hướng sạch và bền vững, Việt Nam lại được đánh giá là nơi có tiềm năng phát triển NLTT đặc biệt là điện mặt trời, do vậy, việc đẩy mạnh các nghiên cứu, ứng dụng công nghệ phục vụ sản xuất điện mặt trời là rất cần thiết. Bên cạnh đó, cũng cần tăng cường các khâu thông tin, tuyên truyền để cộng đồng doanh nghiệp và người dân hiểu đúng và ủng hộ xu thế phát triển điện mặt trời tại Việt Nam.

Thu Hà

--------------------------------------------------------------------------------

Tài liệu tham khảo chính

[1] Tiến Đạt, Tái chế pin năng lượng mặt trời, thúc đẩy kinh tế tuần hoàn https://nangluongsachvietnam.vn/d6/vi-VN/news/Tai-che-pin-nang-luong-mat-troi-thuc-day-kinh-te-tuan-hoan-6-165-10019
[2] ThS. Đào Minh Hiển, Pin năng lượng mặt trời ‘hết hạn sử dụng’ và phương án giải quyết. https://nangluongvietnam.vn/pin-nang-luong-mat-troi-het-han-su-dung-va-phuong-an-giai-quyet-25588.html
[3] Hướng phát triển mới cho pin năng lượng mặt trời. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/huong-phat-trien-moi-cho-pin-nang-luong-mat-troi/
[4] Phát triển điện mặt trời trong tương lai: Xu hướng công nghệ và giải pháp. https://vjst.vn/vn/_layouts/15/ICT.Webparts.TCKHCN/mt_poup/Intrangweb.aspx?IdNews=5359