Nhà máy điện mặt trời và những điều chưa biết

Năng lượng mặt trời vốn là phần thô. Để có thể sử dụng được nhiệt và bức xạ của nó thì cần có một hệ thống chuyển đổi quang năng thành điện năng để đưa năng lượng vào sử dụng trong thực tiễn. Chính vì vậy, các nhà máy điện mặt trời được xây tạo, giữ vai trò cầu nối, chuyển hóa khối lượng lớn năng lượng, cung cấp cho các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người.

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo xanh, sạch, không thải các khí độc gây hại cho môi trường. Đồng thời, khả năng tái tạo liên tục biến nguồn năng lượng này trở thành một tài nguyên vô tận, có tiềm năng bù đắp phần thiếu hụt, thậm chí thay thế các nguồn nhiên liệu hóa thạch từ trước đến nay trong tương lai xa – khi công nghệ năng lượng mặt trời đạt đến đỉnh cao nhất.

Tuy nhiên, năng lượng mặt trời vốn vẫn là phần thô. Để có thể sử dụng được nhiệt và bức xạ của nó thì cần có một hệ thống chuyển đổi quang năng thành điện năng để đưa năng lượng vào sử dụng trong thực tiễn. Chính vì vậy, các nhà máy điện mặt trời được xây tạo, giữ vai trò cầu nối, chuyển hóa khối lượng lớn năng lượng, cung cấp cho các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người.

Nhắc đến nhà máy, người ta thường nghĩ đến các khu công nghiệp với cột khói nghi ngút xả khí đen lên bầu trời. Nhưng nếu tìm hiểu và được chiêm ngưỡng những nhà máy điện mặt trời trên thế giới, ta sẽ phải ngạc nhiên trước một viễn cảnh mang xu thế tương lai xuất hiện trước mắt – khi sự xâm nhập của công nghệ không làm tổn hại đến môi trường. Khi những sáng chế và phát minh khoa học không chỉ là sản phẩm của trí thông minh nhân loại mà còn là một tác phẩm nghệ thuật, những nhà máy điện mặt trời hoàn toàn không xả khí độc với thiết kế độc lạ và quy mô đồ sộ chắc chắn sẽ khiến bạn bất ngờ. 

Liệu bạn có thể kể tên 5 loại nhà máy điện mặt trời phổ biến nhất?

Nhà máy điện mặt trời máng parabol (Parabolic trough power plant)

Một trong những vật thể có dạng hình học hấp thụ được nhiều ánh sáng mặt trời là parabol. Nhà máy điện mặt trời máng parabol ứng dụng nguyên lý hội tụ ánh sáng bằng cách sử dụng nhiều tấm gương dạng hình máng tập trung ánh sáng vào một điểm trọng tâm. Các bộ thu ánh sáng được đặt cạnh nhau xếp thành các hàng dài đến trăm mét. Nhiều hàng được xếp song song tạo vùng thu ánh sáng cực rộng lớn.

Cụm nhà máy nhiệt điện mặt trời Solnova 1, 3 và 4 thuộc hãng Abengoa Solar ở Tây Ban Nha được xây dựng hoàn tất vào năm 2010 (Ảnh: Flickr.com)

Các gương cong định nhật thu nhận ánh sáng mặt trời và tập trung vào ống thu có chứa dầu tạo môi trường truyền nhiệt được làm nóng bởi bức xạ mặt trời tập trung. Lượng nhiệt này sẽ truyền qua nước khiến nước bốc hơi. Từ đó hơi nước làm quay tuabin của máy phát điện. Sau khi qua các tầng của tuabin nó sẽ ngưng đọng và được đưa lại máy bơm. Đây là nguyên lý sản xuất điện sử dụng hơi nước được gọi là chu trình Clausius-Rankin.

Hệ thống nhiệt điện mặt trời tối ưu hơn hệ thống quang điện ở chỗ nó sử dụng song song một buồng đốt để vận hành chu trình hơi nước nên đảm bảo công suất đầu ra ngay cả vào ban đêm hay trong tình trạng thời tiết xấu. Ngày nay ở Mỹ và một số nước châu Âu đã đưa ra nhiều chính sách để hỗ trợ phát triển loại hình nhà máy này. Ngoài ra còn có thể hóa hơi trực tiếp nước bằng ánh sáng mặt trời.

Nhà máy điện tháp mặt trời (Solar tower power plant)

Nhà máy điện tháp mặt trời được thiết kế theo quy mô hàng nghìn các tấm gương được đặt xung quanh một tháp. Những tấm gương – hay còn được gọi là kính định nhật – được điều khiển góc độ chính xác theo hướng mặt trời di chuyển bằng hệ thống máy tính, sao cho chúng có thể phản chiếu ánh sáng mặt trời vào khu vực trung tâm tháp. Ở tâm điểm tháp sẽ chứa bình thu được nung nóng làm tuabin khí bay hơi, điều khiển máy phát để biến nhiệt năng thành điện năng.

Sơ đồ hoạt động của tháp điện mặt trời

Nhà máy Shams 1 có công suất 100MW cung cấp điện cho 20.000 hộ gia đình ở UAE đã đi vào hoạt động từ tháng 3/2013. Shams sẽ cắt giảm lượng khí thải CO2 của UAE khoảng 175.000 tấn mỗi năm, tương đương với trồng 1.5 triệu cây xanh hay cắt giảm 15.000 xe hơi trên đường phố.

Nhà máy điện sử dụng động cơ Stirling (Dish-Stirling power plant)

Đây là dạng nhà máy điện quy mô nhỏ hơn 2 dạng trên (3~25KW) phù hợp để cung cấp điện cho các khu dân cư hay các ngôi làng ở vùng hẻo lánh. Kết cấu hệ thống bao gồm một gương cầu lõm kích thước lớn để tập trung ánh sáng vào tâm. Gắn kèm với gương là trục quay có tác dụng điều khiển gương dựa theo sự di chuyển của mặt trời để tối đa hóa lượng ánh sáng thu được. So với thông thường, khi đạt đến mức độ tập trung cao nhất, cường độ thu năng lượng có thể lên gấp 2000 lần. Nhiệt sẽ được truyền vào tâm của hệ thống – động cơ stirling để chuyển hóa thành động năng và chạy máy phát, tạo ra điện.

(Nhà máy điện sử dụng động cơ Stirling)

Nhà máy điện mặt trời có ống khói (Solar Chimney power plant)

Khác biệt so với 3 loại nhà máy điện mặt trời ở trên hoạt động dựa trên sự tập trung ánh sáng thì nhà máy điện mặt trời có ống khói vận hành nhờ nhiệt độ không khí. Những khu thu thập được xây dựng nên một vùng diện tích lớn bao phủ bởi mái kính hoặc nhựa, lấy trung tâm là một ống khói cao cùng các mái hấp thụ đặt vuông góc ống khói. Không khí sẽ di chuyển tự do dưới mái kính, được mặt trời làm ấm, đi qua phần dốc của mái và chảy qua ống khói với tốc độ cao. Dòng không khí di chuyển sẽ điều khiển tuabin gió, vận hành máy phát tạo ra điện. Tuy nhiên, dạng nhà máy này cần diện tích lớn nhưng hiệu suất chưa thể bằng các dạng khác nên các nhà khoa học đang nghiên cứu thêm để áp dụng vào các vùng sa mạc trên thế giới có tiềm năng.

Nhà máy điện mặt trời sử dụng pin quang điện (Concentrating photovoltaic power plant)

Cuối cùng là nhà máy điện mặt trời sử dụng pin quang điện để chuyển đổi dòng điện một chiều hấp thụ được từ bức xạ mặt trời thành dòng điện xoay chiều sử dụng trong sản xuất, sinh hoạt. Đây có lẽ là cách biến đổi năng lượng mặt trời thành điện thông dụng được nhiều người biết đến nhất. Hiện nay ở Việt Nam, các sản phẩm năng lượng mặt trời vận hành nhờ hệ thống pin quang điện, tấm năng lượng cũng đã được sản xuất và hiện diện trong các công trình, doanh nghiệp, nhà máy hay hộ gia đình với công suất và quy mô từ nhỏ đến lớn, phù hợp với nhu cầu lắp đặt và mục đích sử dụng.

> Tham khảo một số sản phẩm đèn năng lượng mặt trời chính hãng chất lượng cao

Những tấm pin năng lượng mặt trời được làm từ chất liệu đặc biệt giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng gấp nhiều lần so với các pin thông thường. Chính vì vậy mà người ta có thể tiết kiệm được vật liệu làm pin mặt trời nhờ vào nguyên lý cơ bản của mặt trời tập trung là sử dụng thấu kính phẳng, hội tụ ánh sáng vào tấm pin mặt trời nhỏ có hiệu suất cao.

Nhà máy điện mặt trời Thiên Tân (Việt Nam)

Ngoài ra, khi nhắc đến nhà máy điện mặt trời lớn nhất Đông Nam Á, tại Việt Nam chúng ta không thể bỏ qua nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng. Nhà máy này có công suất lên đến 420MW và tạo ra sản lượng điện mỗi năm lên đến 690KWh. Đây là nhà máy được xây dựng ở Tân Châu, Tây Ninh, sử dụng 1,3 triệu tấm pin, được khánh thành vào ngày 7/9/2019 và được coi là dự án điện mặt trời có công suất khủng nhất, được đầu tư bài bản nhất ở nước ta cũng như khu vực Đông Nam Á.

Tiểu kết

Các nhà máy điện mặt trời đang góp một phần quan trọng trong việc cung cấp năng lượng sạch, bảo vệ môi trường sống của con người và các loài sinh vật khác trên Trái Đất. Các nhà nghiên cứu đã dự đoán trong tương lai gần, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời sẽ còn cất cánh phát triển xa hơn nữa, gỡ bỏ các rào cản nhược điểm bằng công nghệ tối tân, tiến gần hơn với đích đến tương lai là một thế giới mới sử dụng hoàn toàn 100% năng lượng xanh.

Vậy trong thế giới mới đó, năng lượng mặt trời được ứng dụng như thế nào trong đời sống?

⇒ Tham khảo: Năng lượng mặt trời và ứng dụng trong đời sống