Điện mặt trời 4.0 ở Trung Quốc [Phần 1]

Công nghệ và kỹ thuật của quang điện
Quang điện: Lựa chọn các tấm pin mặt trời thế nào?

1. Đặt vấn đề

Mặt trời tuy rất xa (cách trái đất khoảng 149,88 triệu km) nhưng đang ngày càng rất “gần” với hành tinh xanh, đặc biệt trong giai đoạn hiện nay - khi loài người đang tiến nhanh vào cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 (CMCN4.0).

Từ xa xưa, Thượng đế nhìn thấy trái đất (hành tinh xanh) của chúng ta là nhờ có bức xạ mặt trời. Ngày nay, sẽ không quá cường điệu nếu cho rằng, hành tinh xanh sẽ bước vào cuộc CMCN4.0 trong lĩnh vực năng lượng chắc chắn cũng phải dựa vào bức xạ mặt trời (quang, phong điện, thủy điện và biomass).

Trong văn hóa của Việt Nam (và Trung Quốc), mặt trời tượng trưng cho ban ngày (‘nhật’, ‘dương’), mặt trăng tượng trưng cho ban đêm (‘nguyệt’, ‘âm’). Từ cách đây hàng nghìn năm, ở Việt Nam, trong các văn tự chính thức mặt trời đã được mô tả duy nhất bằng ký tự 日 (‘nhật’). Ở Trung Quốc, mặt trời được mô tả bằng nhiều ký tự: bằng ký tự 太阳 (tiếng Trung giản thể) và 太陽 (tiếng Trung phồn thể). Mặc dù trong truyền khẩu dân gian, người Việt thường quen miệng nói “trời tròn, đất vuông”, nhưng trong văn tự, mặt trời lại được viết thành hình chữ nhật đứng (日) - rất giống với hình dạng chuẩn của một tấm pin mặt trời (PV) hiện đại.

Điều lý thú này có lẽ chỉ duy nhất ở Việt Nam. 

Trong các cuộc cách mạng công nghiệp 1,2,3 trước đây, “năng lượng” thường gắn với “ô nhiễm”. Để xóa bỏ ấn tượng này, trong bối cảnh nền kinh tế toàn cầu bước vào cuộc cách mạng CN4.0, ngành năng lượng đang được đặt ra yêu cầu bức thiết ngày càng phải “sạch” hơn, do đó, ngành năng lượng đang chuyển đổi rất mạnh và rất nhanh từ “năng lượng ô nhiễm” sang “năng lượng không phát thải”.

2. Chinh phục năng lượng mặt trời ở Trung Quốc

Trung Quốc (quốc gia đông dân nhất trên hành tinh xanh, có nền kinh tế đứng “thứ hai” về qui mô, nhưng đứng “thứ nhất” về phát thải) đang đi đầu trong lĩnh vực năng lượng sạch, trong đó đáng kể nhất phải nói đến lĩnh vực chinh phục năng lượng mặt trời của quốc gia này.

Nếu, vào ngày 17/9/2019 ta đánh từ khóa“中國的太陽能”(năng lượng mặt trời ở Trung Quốc) trong Google, thì trong 0,36 giây sẽ tìm kiếm được 73,4 triệu thông tin, rất phong phú về nội dung và rất chi tiết về công nghệ.

Rất nhiều các  “ông lớn” trong lĩnh vực sản xuất và cung ứng pin năng lượng mặt trời (PV) của Trung Quốc thường xuyên có mặt trong bảng xếp hạng chất lượng Tier 1 (chất lượng cao nhất)  của Tạp chí Bloomberg New Energy Finace. Số lượng các nhà chế tạo PV của Trung Quốc có tên trong Tier 1 thường chiếm hơn 50% của thế giới và có xu hướng ngày một tăng lên.

Gần đây, trong số các nhà sản xuất “tiên phong” và đi rất nhanh trong lĩnh vực chinh phục năng lượng mặt trời ở Trung Quốc phải kể đến những cái tên sau:

Sunsport Power (http://www.sunportpower.com);

Arctech Solar (http://www.arctechsolar.us/index.php/home);

Seraphim Energy (http://www.seraphim-energy.com);

Risen Energy (http://www.risenenergy.com);

Ginlong Solis (http://www.ginlong.com) v.v...

2.1. Sunport Power - khởi nghiệp từ khoa học và đồng hành cùng bảo hiểm

Sunport Power chuyên sản xuất các tế bào quang điện và các modul PV hiệu suất cao, có trụ sở tại Nam Kinh, do tiến sỹ Fengming Zhang - nhà vật lý hàng đầu về năng lượng mặt trời, giáo sư của Đại học tổng hợp Nam Kinh, sáng lập năm 2012.

Sunport Power đã rất thành công trong việc sáng chế (được cấp nhiều bản quyền) các tế bào quang điện và các modul PV hiệu suất cao thuộc thế hệ công nghệ MWT (bọc kim loại/metal wrap through).

Các PV được tích hợp với công nghệ MWT là những tế bào quang điện dựa trên silic vô định hình và silic tinh thể (amorphous and crystalline silicon), đạt hiệu suất trên 25%. Các tế bào quang điện MWT có cấu trúc rất mới với “tiếp xúc hoàn toàn phía sau” (các điện cực phía trước được chuyển ra phía sau nhờ sử dụng keo dẫn điện). Đây là một thiết kế sáng tạo và tiên tiến. Do không còn các tiếp xúc phía trước nên tối đa hóa được việc tận dụng ánh sáng và tăng độ tin cậy của PV.

Ngoài giải pháp “tiếp xúc phía sau”, các PV thế hệ MWT của Sunport Power còn được thiết kế và tích hợp với giải pháp “mềm dẻo” (SPP Flex1.0). Giải pháp thiết kế này giúp cho PV vừa nhẹ, vừa có hiệu suất cao, và đặc biệt thích ứng cho các dự án điện mặt trời trên mái nhà.

SPP Flex1.0 (MWT + mềm dẻo)

SPP Flex1.0 của Sunport Power trên mái nhà.

Độ tin cậy của các PV công nghệ MWT được thể hiện ở 2 thông số:

1/ Hiệu suất chuyển đổi năng lượng tăng; và

2/ Thời gian phục vụ tăng thêm 5 năm (từ 25 năm lên 30 năm).

Các thông số này đã làm giảm chi phí và tăng doanh thu cho chủ đầu tư so với các loại PV thông thường. Cụ thể như được xác định trong bảng sau:

Các dòng sản phẩm mới của Sunport Power như “Dual Glass” (kính hai mặt) có khả năng thích ứng với mọi thời tiết, được chế tạo rất kín, và rất đa năng: Bảo vệ PV khỏi sự ngưng tụ của hơi nước hoặc khí (amoniac và metan); chống dính chất béo, dầu, các dung môi khác; chịu được các môi trường axit và bazơ. Bên cạnh đó, dòng MWT All-Black (tất cả ở phía sau) rất bắt mắt, có thẩm mỹ cao. Các giải pháp này giúp cho PV trở nên thông dụng cho các dự án điện mặt trời lắp trên mái nhà, tường nhà hoặc cửa sổ.

Sunport Power có 3 cơ sở công nghiệp tại Nam Kinh, Từ Châu và Vô Tích (Giang Tô) chuyên sản xuất các tế bào quang điện (công suất 1,6 GW) và modul PV (công suất 1,4 MGW) thế hệ MWT.

Điều rất đáng quan tâm và cần phải học tập để một doanh nghiệp khởi nghiệp chưa lâu nhưng đã đi được rất xa như Sunport Power là có sự đồng hành của các định chế tài chính. Đối tác tài chính đồng hành cùng của Sunport Power là Lloyd - công ty bảo hiểm hàng đầu của thế giới. Lloyd chịu trách nhiệm bảo hiểm về chất lượng cho các PV của Sunport Power.

2.2. Arctech Solar - hướng theo mặt trời

Là một trong bốn nhà sản xuất và cung ứng các giải pháp hàng đầu thế giới về các hệ thống điện mặt trời có điều chỉnh hướng theo quĩ đạo mặt trời, tính đến nay Arctech Solar đã có tổng công suất lắp đặt lên tới 19 GW điện mặt trời có chỉnh hướng cho hơn 700 dự án ở hơn 24 quốc gia. Với 90 bản quyền công nghệ và 11 chứng chỉ các loại, Arctech Solar đang là nhà cung cấp các hệ thống giá đỡ có chỉnh hướng số 1 tính theo tổng công suất điện mặt trời đã được lắp đặt (theo đánh giá của Wood Mackenzie).

Cũng như ở Việt Nam, trong khi các ưu đãi về thuế đang liên tục được thu hẹp, các chủ đầu tư điện lượng mặt trời, các nhà tài chính và các doanh nghiệp phải chịu áp lực ngày càng tăng để tối đa hóa lợi tức đầu tư của dự án năng lượng mặt trời (ROI).

Để tăng ROI cho các dự án, Arctech Solar đã đưa ra các giải pháp kỹ thuật chủ yếu như sau: 

1/ Giải pháp nâng cao hiệu suất của PV bằng các giá đỡ - chỉnh hướng:

Các hệ thống giá đỡ và chỉnh hướng (racking & tracking system - tracker) các modul PV theo mặt trời cho các dự án điện mặt trời của Arctech là những giải pháp nhằm nâng cao lợi tức cho chủ đầu tư và làm cho các dự án năng lượng mặt trời có lợi nhuận kinh tế cao. Đặc biệt, giá đỡ đơn có chỉnh hướng theo trục ngang có dự phòng của ArcTech là giải pháp hấp dẫn nhất về lợi nhuận và độ tin cậy. Loại giá đỡ trục đơn tiêu chuẩn của Arctech phù hợp nhất cho các dự án có vĩ độ tương đối thấp, trong khi đó bộ giá đỡ trục đơn ngang với các mô - đun nghiêng và giá đỡ trục đơn nghiêng thường được sử dụng cho các dự án có vĩ độ cao hơn.

Giải pháp này được thể hiện trong 2 dòng sản phẩm mang tên SkyLine - “Đường chân trời” và SkySmart - “Bầu trời thông minh”:

+ SkyLine: Hệ thống giá đỡ - chỉnh hướng có trục đơn ngang độc lập (Horizontal Single  -axis Tracker) của Arctech Solar có phạm vi điều chỉnh +60 độ, được điều khiển bằng ổ đĩa xoay với động cơ 1 chiều 24V được cấp điện từ PV hoặc từ pin nạp (ác qui) Li-ion, có thể lắp được tới 90 modul trên một giá đỡ, có sức chịu đựng gió có vận tốc lên tới 18m/s (vận tốc gió theo thiết kế tiêu chuẩn là 47m/s) và có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ từ âm -30 độ C đến dương +60 độ C.

Hệ thống này có thể điều chỉnh các PV theo hướng mặt trời với góc chỉnh độ dốc Bắc - Nam (slope tolerance) đến 20%.

Dòng sản phẩm SkyLine Tracking.

+ SkySmart: Hệ thống giá đỡ-chỉnh hướng có trục đơn ngang độc lập (Horizontal Single-axis Tracker) của Arctech Solar cũng có phạm vi điều chỉnh +60 độ, được điều khiển bằng ổ đĩa xoay với động cơ 1 chiều 24V được cấp điện từ PV hoặc từ pin nạp (ác qui) Li-ion, có thể lắp được tới 90 modul trên một giá đỡ, có sức chịu đựng gió có vận tốc lên tới 18m/s (vận tốc gió theo thiết kế tiêu chuẩn là 47m/s) và có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ từ âm -30 độ C đến dương +60 độ C.

Hệ thống này có thể điều chỉnh các PV theo hướng mặt trời theo địa hình (Terrain Adaption) với góc chỉnh độ dốc Bắc - Nam đến 20%.

SkySmart Tracking

Các giải pháp gắn trên mặt đất nói trên của Arcechech được thiết kế và chế tạo cho từng điều kiện tại chỗ của khách hàng cụ thể để giảm thiểu chi phí lắp đặt (không yêu cầu phải hàn, khoan, hoặc các chi tiết chế tạo khác).

2/ Giải pháp giảm chi phí xây dựng bằng các kết cấu được chế tạo sẵn:

Giải pháp này được dựa trên các yếu tố sau:

+ Tiêu chuẩn hóa thiết kế cho toàn bộ các ứng dụng.

+ Tích hợp nối đất với các liên kết.

+ Giảm thiểu các chi tiết.

+ Dễ thích ứng với mọi tải trọng của mưa và gió.

+ Được tôi, hoặc mạ kẽm trước.

+ Có thể định cấu hình cho mọi loại địa hình.

+ Được thử nghiệm trong buồng gió và được cấp chứng chỉ UL 2703.

Chất lượng các sản phẩm của Arctech được kiểm soát theo ISO 9000. Nhờ vào khả năng sản xuất tích hợp theo chiều dọc, Arctech Solar có thể kiểm soát chất lượng của từng bước sản xuất từ việc lựa chọn các tấm kim loại cho đến mạ kẽm nhúng nóng.

Theo Arctech, chi phí vật liệu luôn là vấn đề trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời cạnh tranh cao này. Tuy nhiên, với sự trưởng thành phát triển của công nghệ, giá vật liệu không còn là chỉ số duy nhất để đánh giá khả năng cạnh tranh của sản phẩm. Việc sử dụng giải pháp của Arctech không chỉ giúp giảm chi phí vật liệu, mà còn giảm thời gian xây dựng.

Arctech cố gắng mở rộng giá trị gia tăng của sản phẩm, và lợi nhuận của dự án bằng cách chế tạo theo thiết kế mẫu, lắp ráp sẵn, tích hợp sẵn hệ thống dây điện, để dễ dàng cài đặt, lắp ráp, duy tu vận hành. Đồng thời Arctech quản lý chặt khâu đóng gói, cung cấp sản phẩm và tổ chức đào tạo cho khách hàng.

Tổng công suất lắp đặt của Arctech đã đạt 19GW. Arctech đã cung cấp trọn gói sản phẩm của mình theo các điều kiện khí hậu cụ thể ở các quốc gia có điều kiện khí hậu khác nhau và với qui mô khác nhau (Mexico - 144 MW Skyline; Tây Ba Nha - 50 MW SkySmart; Mỹ - 6 MW Arctracker; Trung Quốc- 93 MW SkySnart; v.v...).

Đặc biệt, Arctech còn đưa ra các giải pháp giá đỡ - chỉnh hướng riêng phục vụ cho các dự án được triển khai trên đất canh tác nông nghiệp hoặc nuôi trồng thủy sản (kết hợp với nhà kính) ở Trung Quốc (giải pháp Agriculture Tracker Solution) có qui mô công suất tới 40 MW. Chính vì vậy, khách hàng của Arctech đã đánh giá cao phạm vi dịch vụ rộng lớn dựa trên yêu cầu của dự án.

Arctech luôn cố gắng mang lại giá trị cho khách hàng bằng cách phát triển các giải pháp sáng tạo và tiết kiệm chi phí với đội ngũ R & D khoảng 70 người. Các kỹ sư của Arctech tham gia tất cả các tổ chức quốc tế để tiêu chuẩn hóa các sản phẩm của mình. Ngoài ra, những nghiên cứu chung với một số trường đại học cũng được thực hiện để tận dụng các nguồn lực kỹ thuật từ bên ngoài. Kết quả là Arctech đã có hơn 70 bằng sáng chế và là thành viên của các tổ chức quốc tế và thành viên của Nhóm Tiêu chuẩn hóa Giá đỡ hướng theo mặt trời của Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế (IEC)./. (Còn nữa...)

HỒNG MINH

Các tài liệu tham khảo

1. http://www.sunportpower.com

2. http://www.risenenergy.com

3. http://www.ginlong.com

4. http://www.arctechsolar.us/index.php/home

5. http://www.seraphim-energy.com

6. https://www.dropbox.com/sh/bwunw41h8z9d9c7/AADddXcQott3dsJNUtrdD3WRa?dl=0