Mô hình một ngôi nhà thông minh trong tương lai gần ở VN: trên mái nhà là solar, trong nhà toàn bộ thiết bị điện đều sử dụng điện mặt trời, kể cả sạc cho ô tô điện - Ảnh: DNCC

Sự phát triển công nghệ vượt bậc của pin lithium-ion và inverter hybrid cùng với chủ trương, chính sách khuyến khích phát triển điện mặt trời của Nhà nước đang mở ra một chương mới: Điện mặt trời thế hệ tiếp theo.

Hơn 70 năm đưa ánh nắng thành điện

Năm 1954, tại Bell Labs - phòng thí nghiệm công nghệ nổi tiếng của Hoa Kỳ - ba nhà khoa học Daryl Chapin, Calvin Fuller và Gerald Pearson giới thiệu tế bào quang điện silicon có khả năng ứng dụng thực tế, với hiệu suất khoảng 6%. Một cánh cửa mới được mở ra: ánh sáng mặt trời có thể được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

Sharp (Nhật Bản) bắt đầu nghiên cứu tế bào quang điện từ năm 1959 và tiến tới sản xuất hàng loạt trong thập niên 1960.

Sau cú sốc dầu mỏ năm 1973, Nhật Bản tiếp tục đẩy mạnh nghiên cứu năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, điện mặt trời trong một thời gian dài vẫn đắt đỏ. Bài toán không chỉ là tăng hiệu suất tấm pin, mà còn là làm thế nào đưa nguồn điện này vào đời sống với chi phí chấp nhận được.

Khi điện mặt trời được nối với lưới điện

Một bước ngoặt quan trọng đến từ sự phát triển của inverter hòa lưới. Thay vì phải dựa nhiều vào ắc quy như các hệ thống độc lập trước đó, điện mặt trời có thể vận hành song song với lưới điện. SMA của Đức là một trong những doanh nghiệp tiên phong phát triển inverter hòa lưới từ thập niên 1980.

Nguyên lý khá đơn giản: điện mặt trời được ưu tiên sử dụng tại chỗ; khi sản xuất nhiều hơn nhu cầu, phần điện dư có thể đưa lên lưới; khi điện mặt trời không đủ, hộ gia đình lại nhận điện từ lưới.

Đức là một trong những quốc gia có vai trò quan trọng trong phát triển cơ chế giá mua điện ưu đãi Feed-in Tariff (FIT). Luật Năng lượng tái tạo năm 2000 tạo nền tảng cho cơ chế thanh toán dài hạn đối với điện tái tạo đưa lên lưới. Công nghệ hòa lưới và chính sách FIT gặp nhau. Người dân từ chỗ chỉ là người mua điện bắt đầu có thể trở thành người sản xuất điện.

Mô hình này nhanh chóng lan rộng ra toàn cầu, tạo ra làn sóng đầu tư mạnh mẽ vào năng lượng mặt trời áp mái. Tại Việt Nam, xu hướng ấy cũng ghi nhận một sự tăng trưởng mạnh mẽ.

Đến cuối năm 2020, cả nước có hơn 105.000 hệ thống điện mặt trời mái nhà, tổng công suất khoảng 7.755 MW; tổng công suất điện mặt trời cả nước đạt khoảng 16,6 GW. Có thể xem đây là điện mặt trời thế hệ đầu tiên của Việt Nam - dựa chủ yếu vào tấm quang điện, inverter hòa lưới và sự tương tác với hệ thống điện.

Thế hệ này đã hoàn thành một sứ mệnh quan trọng, đó là đưa điện mặt trời từ công nghệ đắt đỏ trở thành một nguồn điện ngày càng phổ biến. Điện mặt trời đã giải quyết rất tốt bài toán tạo ra điện. Nhưng vẫn thiếu một mảnh ghép: lưu trữ điện để sử dụng vào thời điểm khác.

Pin lithium-ion tạo ra sự thay đổi

Song song với cuộc cách mạng điện mặt trời là sự phát triển của pin lithium-ion. Những nghiên cứu của M. Stanley Whittingham, John B. Goodenough và Akira Yoshino đặt nền móng cho pin lithium-ion hiện đại. Năm 2019, ba nhà khoa học được trao Giải Nobel Hóa học cho những đóng góp vào sự phát triển của công nghệ này.

Pin lithium-ion đã góp phần thay đổi điện thoại, máy tính xách tay và xe điện. Giờ đây, công nghệ lưu trữ ấy đang tiến vào ngôi nhà, tòa nhà, nhà máy và hệ thống điện.

Đáng chú ý, sự trưởng thành của pin diễn ra trong lúc điện mặt trời ngày càng rẻ. Còn inverter hybrid, điện tử công suất, hệ thống quản lý pin BMS và quản lý năng lượng EMS cũng tiến bộ nhanh chóng.

Nếu inverter hòa lưới từng góp phần mở đường cho điện mặt trời thế hệ đầu tiên, thì sự hội tụ giữa pin lithium-ion và inverter hybrid đang mở thêm cánh cửa cho thế hệ điện mặt trời tiếp theo.

Khi ngôi nhà trở thành "nhà máy điện thông minh"

Ở thế hệ đầu tiên, điện mặt trời cấp cho thiết bị. Điện dư đưa lên lưới. Khi thiếu thì lấy điện từ lưới.

Ở thế hệ tiếp theo, bài toán không còn đơn thuần là sản xuất điện mà là quản trị năng lượng như thế nào cho hợp lý, khoa học. Điện nên sử dụng ngay hay lưu lại? Pin nên sạc và xả lúc nào? Khi mất điện, phụ tải nào được ưu tiên? Nếu có thêm xe điện, nguồn năng lượng nên được phân bổ ra sao?

Hãy hình dung một ngôi nhà trong tương lai gần: trên mái có điện mặt trời, trong nhà có pin lưu trữ, inverter hybrid điều phối dòng năng lượng, hệ thống quản lý theo dõi nhu cầu sử dụng, trong garage có một chiếc xe điện.

Ngôi nhà ấy không còn đơn thuần là một điểm tiêu thụ điện. Nó có khả năng sản xuất, lưu trữ, sử dụng, dự phòng và quản lý năng lượng của chính mình. Theo nghĩa đó, mỗi mái nhà có thể dần trở thành một "nhà máy điện thông minh".

Báo Điện tử Tuổi Trẻ phối hợp với Công ty CP Cơ điện Liên Thành Việt Nam (Lithaco) tổ chức buổi talkshow với chủ đề "Vì sao điện mặt trời ngày càng được quan tâm?".

Talkshow với chủ đề "Vì sao điện mặt trời ngày càng được quan tâm?" - Ảnh: BTC

Ông Trần Quốc Tâm (Tổng giám đốc Lithaco) sẽ giải đáp rõ hơn về điện mặt trời thế hệ tiếp theo, công nghệ pin lithium-ion, mức độ an toàn của thiết bị điện mặt trời hiện nay, hiệu quả đầu tư điện mặt trời và nhiều câu hỏi cụ thể khác của nhiều bạn đọc.

Talkshow sẽ được đăng tải trên Báo điện tử Tuổi Trẻ tại địa chỉ http://tuoitre.vn vào trưa thứ Hai, 24-8. Mời quý bạn đọc đón theo dõi.