Điện năng lượng mặt trời hay điện mặt trời (tiếng Anh: solar power) hay còn gọi là quang điện, quang năng là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật biến đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành điện năng nhờ pin mặt trời. Ngày nay, do nhu cầu năng lượng sạch ngày càng nhiều nên ngành sản xuất pin mặt trời phát triển cực kỳ nhanh chóng.

Bức xạ mặt trời là gì?

Bức xạ mặt trời hay còn gọi là bức xạ điện từ hoặc năng lượng mặt trời – được phát ra bởi mặt trời. Mặc dù mọi vị trí trên Trái đất đều nhận được một số ánh sáng mặt trời trong một năm, nhưng lượng bức xạ mặt trời đến điểm bất kỳ trên bề mặt Trái đất sẽ khác nhau. Các công nghệ năng lượng mặt trời thu nhận bức xạ này và biến nó thành các dạng năng lượng hữu ích gọi chung là năng lượng tái tạo hay năng lượng xanh.

Có hai loại công nghệ năng lượng mặt trời chính – quang điện (PV) và nhiệt điện mặt trời tập trung (CSP).

Quang điện (PV)

Quang điện (PV) được sử dụng trong các tấm pin mặt trời. Khi mặt trời chiếu vào bảng điều khiển năng lượng mặt trời, năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ được các tế bào PV trong bảng hấp thụ. Năng lượng này tạo ra các điện tích di chuyển để phản ứng với điện trường bên trong tế bào, gây ra dòng điện.

Nhiệt điện mặt trời tập trung (CSP)

Hệ thống nhiệt điện mặt trời tập trung (CSP) sử dụng gương để phản chiếu và tập trung ánh sáng mặt trời vào máy thu thu năng lượng mặt trời và chuyển nó thành nhiệt, sau đó có thể được sử dụng để sản xuất điện hoặc lưu trữ để sử dụng sau này. Nó được sử dụng chủ yếu trong các nhà máy điện rất lớn.

Quy mô của hệ thống điện năng lượng mặt trời

Hệ thống điện năng lượng mặt trời lắp đặt trên 3 quy mô chính:

Quy mô nhỏ: Năng lượng mặt trời quy mô nhỏ thường được lắp đặt trên nóc nhà của các hộ gia đình, doanh nghiệp nhỏ (Điện mặt trời áp mái) và thường có công suất từ ​​5 đến 20 kilowatt (kW), tùy thuộc vào diện tích lắp đặt.

Quy mô vừa: Các dự án năng lượng mặt trời ở quy mô vừa thường được lắp đặt ở quy mô lớn hơn so với năng lượng mặt trời dân dụng. Đó là các dự án điện mặt trời ở các doanh nghiệp lớn, trung tâm thương mại,… Mặc dù các dự án có thể khác nhau rất nhiều về diện tích lắp đặt, nhưng năng lượng mặt trời quy mô vừa phục vụ một mục đích nhất quán: cung cấp điện mặt trời tại chỗ cho các doanh nghiệp và tổ chức phi lợi nhuận.

Quy mô lớn: Các dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn thường có quy mô lắp đặt lớn, công suất cỡ vài megawatt (MW) cung cấp điện năng lượng mặt trời trên quy mô lớn.

Năng lượng mặt trời hoạt động như thế nào?

Một tấm pin mặt trời (còn được gọi là mô-đun năng lượng mặt trời) bao gồm một lớp tế bào silicon, một khung kim loại, một bộ phận vỏ thủy tinh và hệ thống dây điện để truyền dòng điện từ silicon. Silicon (nguyên tử số 14 trong bảng tuần hoàn) là một phi kim có đặc tính dẫn điện cho phép nó hấp thụ và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng sử dụng được. Khi ánh sáng chiếu vào một tế bào silicon, ánh sáng làm cho các electron trong silicon chuyển động, tạo ra một dòng điện. Đây được gọi là “hiệu ứng quang điện” và nó mô tả chức năng chung của công nghệ bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

Khoa học tạo ra điện bằng các tấm pin mặt trời bắt nguồn từ hiệu ứng quang điện này. Nó được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1839 bởi Edmond Becquerel và có thể được coi là thuộc tính của các vật liệu cụ thể (được gọi là chất bán dẫn) cho phép chúng tạo ra dòng điện khi chúng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.

Quá trình quang điện hoạt động qua các bước chính sau:

1. Pin mặt trời quang điện silicon hấp thụ bức xạ mặt trời
2. Khi tia nắng mặt trời tương tác với tế bào silicon, các electron bắt đầu chuyển động, tạo ra dòng điện
3. Dây điện bắt và cấp dòng điện một chiều (DC) này đến bộ biến tần năng lượng mặt trời để chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC).

Sơ lược về lịch sử của điện năng lượng mặt trời

Năm 1954, Bell Labs đã phát triển tế bào quang điện silicon đầu tiên. Mặc dù năng lượng mặt trời trước đây đã được thu nhận và chuyển đổi thành năng lượng sử dụng được thông qua nhiều phương pháp khác nhau, nhưng chỉ sau năm 1954, điện mặt trời mới bắt đầu trở thành nguồn điện khả thi để cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong thời gian dài. Các tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên đã chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng với hiệu suất 4% – để tham khảo, nhiều tấm pin mặt trời phổ biến hiện nay có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng mặt trời với hiệu suất trên 20%, một con số không ngừng tăng lên.

Mặc dù việc áp dụng năng lượng mặt trời lúc đầu còn chậm, một số chính sách và khuyến khích của tiểu bang và liên bang đã góp phần làm giảm giá thành của các tấm pin mặt trời đủ xa để được áp dụng rộng rãi hơn. Tại thời điểm này, điện mặt trời đã đủ công suất để cung cấp điện cho 11 triệu trong tổng số 126 triệu hộ gia đình trên cả nước.

So sánh điện năng lượng mặt trời và nguồn điện từ các loại nguyên liệu khác:

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo sạch, rẻ tiền có thể khai thác ở hầu hết mọi nơi trên thế giới – bất kỳ điểm nào mà ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt trái đất đều là vị trí tiềm năng để tạo ra năng lượng mặt trời. Và vì năng lượng mặt trời đến từ mặt trời nên nó đại diện cho một nguồn năng lượng vô hạn. Công nghệ năng lượng tái tạo tạo ra điện từ các nguồn tài nguyên là vô hạn.

Trong khi đó, Phải mất hàng trăm nghìn năm để hình thành dầu, khí đốt và than đá, vì vậy mỗi khi một trong những nguồn tài nguyên đó được đốt cháy để tạo ra điện, nguồn tài nguyên hữu hạn đó lại gần với sự cạn kiệt hơn một chút.

Sử dụng tài nguyên tái tạo – chẳng hạn như gió, mặt trời và thủy điện – để tạo ra điện, không làm cạn kiệt tài nguyên đó. Sẽ luôn có ánh sáng mặt trời nhất quán chiếu trên bề mặt Trái đất, và sau khi biến ánh sáng mặt trời thành điện năng, vẫn còn một lượng ánh sáng mặt trời vô hạn để biến thành điện năng trong tương lai. Đó là những gì làm cho năng lượng mặt trời, về bản chất, là năng lượng tái tạo.

Hệ thống điện mặt trời có thể lắp đặt ở đâu?

Hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể lắp đặt trên mái ngói, mái tôn (hệ lắp đặt kiểu áp mái), hệ lắp đặt trên mặt đất hay hệ thống điện mặt trời nổi ở ao hồ rộng. Trong đó, hệ lắp đặt điện mặt trời áp mái được sử dụng phổ biến nhất trong các hộ gia đình, doanh nghiệp, nhà xưởng.

Các hệ thống lắp đặt điện mặt trời phổ biến:

– Hệ thống điện năng lượng mặt trời áp mái

1. Hệ thống điện mặt trời áp mái nhà xe
2. Hệ thống lắp đặt hình tam giác
3. Hệ thống lắp đặt trên mái ngói
4. Hệ thống lắp đặt trên mái tôn dân dụng
5. Hệ thống lắp đặt trên mái tôn công nghiệp, nhà xưởng

– Hệ thống điện năng lượng mặt trời mặt đất

1. Hệ thống lắp đặt có trụ bê tông
2. Hệ thống điện mặt trời 2 cột mặt đất
3. Hệ thống điện mặt trời 1 cột mặt đất
4. Hệ thống điện mặt trời lắp đặt cho nhà kính

– Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới

– Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập

– Hệ thống điện năng lượng mặt trời nổi

– Hệ thống điện năng lượng mặt trời kết hợp: Kết hợp giữa hòa lưới và độc lập

Tùy vào nhu cầu và quy mô lắp đặt mà các hệ thống điện mặt trời này phù hợp với các đối tượng khác nhau như: Hộ gia đình, doanh nghiệp, nhà xưởng, bãi đỗ xe, văn phòng, tòa nhà, ao hồ, bệnh viện, trường học, siêu thị, trung tâm thương mại, sân bay, nhà ga,…

Các thiết bị trong hệ thống điện mặt trời gồm: tấm pin năng lượng mặt trời, Bộ Inverter (biến tần hòa lưới), tủ bảo vệ DC/AC, đồng hồ 2 chiều. Ngoài ra, còn có các phụ kiện, linh kiện lắp đặt như: Thanh rail, mini rail, bộ kẹp, bích kẹp, giắc kết nối, kìm mở giắc, cáp solar,…

Chắc có rất nhiều nhà đầu tư thắc mắc đặt câu hỏi: Có tiền nhàn rỗi nên gửi ngân hàng hay đầu tư điện mặt trời? Cái nào lợi hơn? Vì thế hôm nay Intech Energy sẽ phân tích cho các bạn hai bài toán kinh tế đầu tư để quý vị hiểu rõ hơn trước khi đưa ra quyết định phù hợp.

+ Gửi tiền ngân hàng với số tiền ban đầu là 150 triệu trong vòng 20 năm.

+ Đầu tư điện mặt trời hệ 10kw giá trị khoảng 150 triệu vận hành trong vòng 20 năm.

1. Phân tích tài chính của nhà đầu tư có ý định gửi tiền vào ngân hàng.

Mọi người có biết kỳ quan thứ 8 là gì không? Đó chính là lãi suất kép. Intech Energy xin phép tính lãi suất kép cho trường hợp gửi ngân hàng trong vòng 20 năm luôn.

Công thức tính lãi suất kép: T = a(1+r)^n   (*)

Trong đó:   a    số tiền vốn bắt đầu tính lãi ( a = 150 triệu )

                   r    lãi suất trung bình ngân hàng trong 20 năm ( lấy r = 6% )

                   n   số năm gửi ngân hàng ( n = 20 năm )

                   T   số tiền nhận được bao gồm cả vốn và lãi.

Thay vào ta có:  T = 150(1+0.06)^20 = 481 triệu đồng.

Tổng kết sau 20 năm gửi ngân hàng với lãi suất trung bình 6% một năm, với số tiền ban đầu 150 triệu, nhà đầu tư thu về tổng 481 triệu, lợi nhuận gộp 331 triệu.

2. Phân tích tài chính của nhà đầu tư có ý định đầu tư điện năng lượng mặt trời hòa lưới.

Cũng tính theo công thức (*) cho hệ đầu tư điện mặt trời, tính tất cả các biến động như là: hao mòn sản lượng điện qua các năm, giá điện bán tăng mỗi năm, giá điện mua tăng mỗi năm, chi phí bảo trì hàng năm… Tóm lại theo thống kê thì sẽ cho ra tỷ suất sinh lợi dự án IRR là 14,7% (cách tính và chi tiết khách hàng và nhà đầu tư tham khảo phía dưới), mất 5 năm để thu hồi vốn tức n ở đây là 15, vậy ta có T = 150*(1+0.147)^15 = 1 tỷ 175 triệu. Vậy tổng thu nhập bao gồm cả vốn và lợi nhuận 20 năm khai thác hệ thống điện mặt trời 10kW là 1 tỷ 325 triệu đồng, lợi nhuận là 1 tỷ 175 triệu. So sánh với con số lợi nhuận 331 triệu từ gửi tiết kiệm ngân hàng, chúng ta có mức lợi nhuận gấp 3.55 lần.

Tính toán chi tiết:

Giả sử nhà khách hàng có ý định lắp đặt hệ thống điện mặt trời 10kW hòa lưới của Intech Energy chúng tôi với chi phí trung bình khoảng 15 triệu/kW, tổng tiền đầu tư 150 triệu. Hóa đơn tiền điện trung bình hàng tháng nhà khách hàng là từ 3 – 4 triệu đồng, tương ứng mức tiêu thụ khoảng 1000-1400 kWh/tháng. Do đặc thù hệ thống điện mặt trời chỉ tạo ra điện năng vào ban ngày, nên giả sử điện năng tạo ra từ hệ thống điện mặt trời cung cấp 30% nhu cầu điện năng cho khách hàng dùng ban ngày còn 70% mua của EVN. Intech Energy sử dụng phần mềm chạy sản lượng dự toán hệ thống điện mặt trời trong vòng 20 năm như bảng dưới:

Bảng 1: Sản lượng dự kiến trong vòng 20 năm

Tính trung bình trong 20 năm, mỗi năm hệ thống tạo ra 16,2 MWh. Số kWh tiêu thụ nhà khách hàng ví dụ là 1200 kWh/tháng. Điện năng tạo ra từ hệ thống điện mặt trời sẽ cung cấp 30% nhu cầu của khách hàng, tương ứng 360 kWh/tháng. Giá điện sinh hoạt ở Việt Nam tính theo bậc thang, chi tiết hóa đơn tiền điện với mức tiêu thụ 1200 kWh/tháng ở dưới:

Bảng 2: Hóa đơn tiền điện cho 1200kWh/tháng

Với mức tiêu thụ 1200 kWh/tháng, hóa đơn tiền điện của khách hàng khi chưa lắp điện năng lượng mặt trời là 3,57 triệu. Sau khi lắp điện mặt trời số kWh điện khách hàng dùng của EVN chỉ còn 1200-360 = 840 kWh. Số tiền điện khách hàng phải trả là 2,42 triệu đồng. Trung bình một tháng khách hàng tiết kiệm 1,16 triệu đồng, tương ứng một năm khách hàng tiết kiệm 13,9 triệu hóa đơn tiền điện.

Ngoài số tiền tiết kiệm hóa đơn tiền điện, hàng năm khách hàng sẽ có thu nhập từ việc bán lại lượng điện dư thừa từ hệ thống điện mặt trời lên lưới điện quốc gia với giá bán 1943 đồng/kWh trung bình thu nhập mỗi năm từ bán điện là 24,87 triệu . Tuy nhiên để khai thác sinh lời hệ thống trong 20 năm cần chi phí vận hành bảo dưỡng. Với hệ thống 10kW cần số tiền vận hành và bảo dưỡng khoảng 2,2 triệu đồng cho năm đầu tiên và tăng khoảng 3% từng năm.

Vậy tổng thu nhập từng năm của hệ thống là số tiền tiết kiệm hóa đơn tiền điện cộng với thu nhập từ việc bán lại điện trừ đi chi phí vận hành bảo dưỡng.

Bảng chi tiết tính toán lợi nhuận bằng cách tái đầu tư số tiền thu được hàng năm

Bảng 3

Vậy Intech Energy chúng tôi đã phân tích rõ con số chênh lệch giữa gửi tiết kiệm ngân hàng và đầu tư điện mặt trời.

Thiên tai và rủi ro thì sao?

Các đơn vị lắp đặt chỉ bảo hành kỹ thuật, hiệu suất pin,… chứ không ai bảo hành nếu có thiên tai xảy ra như mưa đá, giông lốc, bão… Vậy làm sao để khắc phục điều này, đó là vấn đề đang khá khó để bàn luận, trước mắt giải pháp được đưa ra là chọn đơn vị uy tín để đảm bảo chất lượng lắp đặt, khung, giá đỡ và chất lượng thiết bị. Đảm bảo mái lắp kiên cố để phòng giông bão, thậm chí có thể tháo dỡ giàn pin trước những cơn bão lớn.

Vậy thì trừ trường hợp thiên tai rủi ro thì đầu tư hệ điện mặt trời đang là một kênh đầu tư rất là phù hợp hiện nay, cũng chính vì vậy mà nước ngoài và các công ty lớn cũng không bỏ qua cơ hội này, sự thật cho chúng ta thấy rõ nhất là các công ty đổ dồn thuê mái xưởng để đầu tư. Tại sao chúng ta lại không tận dụng mái nhà của mình, không tính bài toán kinh tế khi mà giá điện hàng năm vẫn cứ tăng và nhu cầu sử dụng điện vào mùa hè rất cao.

3. Vậy có nên lắp điện năng lượng mặt trời không?

Lắp đặt điện năng lượng mặt trời là lựa chọn rất phù hợp với các hộ gia đình và doanh nghiệp muốn sử dụng nguồn năng lượng xanh và tiết kiệm tiền điện.

Ngoài ra đây cũng là một kênh đầu tư có mức sinh lời rất tốt cho các nhà đầu tư khi lắp đặt các hệ thống nhà máy điện mặt trời công suất trung bình và lớn.

4. Nên chọn công ty nào để lắp đặt điện năng lượng mặt trời.

Intech Energy là tổng thầu EPC với hàng nghìn dự án điện năng lượng mặt trời đã triển khai trên toàn quốc và là đối tác hỗ trợ đầu tư, hợp tác đầu tư các dự án điện năng lượng mặt trời uy tín đã được hàng trăm đối tác đầu tư tin tưởng và hợp tác cùng kiến tạo ngành công nghiệp năng lượng xanh.

Lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời là lựa chọn thông minh dành cho các hộ gia đình, doanh nghiệp và chủ đầu tư. Hệ thống điện năng lượng mặt trời không chỉ mang giá trị về kinh tế mà còn mang giá trị về môi trường. Các mô-đun từ tấm pin mặt trời không chỉ loại bỏ hàng tấn carbon mỗi năm mà chúng còn kiếm được tiền cho bạn bằng cách giảm hóa đơn tiền điện hàng tháng của bạn và bán lại lượng điện dư thừa cho EVN.

Đối với hộ gia đình:

1. Tiết kiệm chi phí tiền điện hàng tháng
2. An toàn và thân thiện với môi trường.
3. Xua tan nỗi lo mất điện
4. Hệ thống điện mặt trời sử dụng đơn giản
5. Thời gian thu hồi vốn nhanh, hệ thống hoạt động ổn định, bền bỉ
6. Điện mặt trời có thể lắp đặt ở mọi nơi trên các loại địa hình

Đối với doanh nghiệp:

1. Tiết kiệm chi phí điện năng
2. Mang lại hiệu quả kinh tế cao và bền vững
3. Tiết kiệm chi phí đầu tư – Tuổi thọ cao
4. Hưởng lợi với chính sách mua điện của nhà nước
5. Hệ thống điện mặt trời cho doanh nghiệp thân thiện với môi trường

– Ngày 11/4/2017, Chính phủ đã có chủ trương khuyến khích người dân lắp đặt các hệ thống điện mặt trời trên mái nhà để sử dụng và có thể bán lại phần điện dư cho ngành điện, ban hành theo Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg và ngày 08/01/2019 ban hành Quyết định số  02/2019/QĐ-TTg.

– Ngày 06/01/2020, Bộ Công Thương đã có văn bản số 89/BCT-ĐL về việc thực hiện các thỏa thuận với điện mặt trời áp mái. Trong đó, Bộ Công Thương chỉ đạo: EVN tiếp tục nhận và giải quyết các yêu cầu bán điện từ các dự án điện mặt trời áp mái. EVN chịu trách nhiệm đảm bảo các hệ thống điện mặt trời mái nhà đấu nối vào hệ thống điện quốc gia tuân thủ đúng quy định của pháp luật và không gây quá tải lên hệ thống điện hiện hữu.

– Ngày 6/4/2020, Thủ tướng chính phủ ban hành Quyết định 13/2020/QĐ-TTg về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời tại Việt Nam, thay thế Quyết định 11/2017/QĐ-TTg hết hiệu lực từ ngày 30/6/2019.

– Theo quyết định 13/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời tại Việt Nam thì các hệ thống nối lưới mái nhà có thể bán điện cho EVN theo cơ chế bù trừ sản lượng. Hệ thống điện mặt trời sẽ được được lắp công tơ hai chiều để tính toán sản lượng nhận từ EVN và sản lượng dư thừa phát từ hệ thống điện mặt trời từ đó sẽ tính toán sản lượng thanh toán. Hiện nay, EVN đã ra văn bản chính thức về quy trình, thủ tục mua lượng điện dư thừa từ các hệ thống điện mặt trời áp mái, vì vậy các hộ gia đình, doanh nghiệp và chủ đầu tư hoàn toàn có thể yên tâm về nguồn điện dư từ hệ thống điện mặt trời sẽ được EVN mua lại. Trong năm 2020, đối với dự án điện mặt trời mái nhà hòa lưới có ngày vận hành thương mại trước 31/12/2020 thì EVN áp dụng hợp đồng mua bán điện trong 20 năm. Khi khách hàng lắp đặt hệ thống điện mặt trời, EVN sẽ mua lại công suất phát lên lưới với giá 1.940đ/kWp (hệ thống áp mái).

– Hiện nay, kể từ ngày 01/01/2021 trở đi, EVN tạm dựng mua điện mặt trời lắp mới. Lý do bởi vì loại hình và giá mua bán điện đối với ĐMTMN chưa được xác định. Trong thời gian tới, cần phải chờ Quyết định hoặc chính sách mới của Chính phủ và các Ban ngành liên quan.

Nếu không có các yếu tố ngoại cảnh (như thiên tai, cháy nổ, sét) thì hệ tấm pin mặt trời có thể hoạt động trong 30 năm. Trong đó hệ thống inverter có thể hoạt động đến 10 năm trước khi cần thay mới. Do đó, với mức giá điện là 1940 VND/kWh, việc đầu tư hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể hoàn vốn trong 6 -7 năm ở khu vực miền Bắc và từ 4-5 năm khu vực miền Trung và miền Nam.

>> Dự toán chi phí lắp đặt điện mặt trời.

Hệ thống Điện mặt trời hòa lưới cần phải hòa đồng bộ với một nguồn khác (nguồn lưới), do đó, hệ thống sẽ ngừng hoạt động ngay khi bị mất lưới (ngay cả khi đang có nắng). Với cơ sở hạ tầng điện hiện nay, việc điện lưới cúp ở các thành phố là rất hạn chế nên không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả đầu tư của hệ thống.

Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động và hệ thống giám sát online sẽ liên tục cập nhật các dữ liệu để kỹ sư INTECH ENERGY (và nhân viên bảo trì của khách hàng) theo dõi và chủ động khi có sự cố kỹ thuật. Tuy nhiên, khách hàng cần thường xuyên vệ sinh tấm pin để tẩy sạch các bụi bẩn trên bề mặt, giúp nâng cao khả năng hấp thụ ánh sáng nhằm tối ưu hiệu quả làm việc của hệ thống.