Điện mặt trời áp mái là một hệ thống quang điện được lắp trên mái nhà. Đây là hệ thống tận dụng các khoảng không của sân thượng, mái nhà và các khu đất cao nhiều ánh nắng mặt trời, để làm nơi lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời. Các tấm pin này sẽ chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện để sử dụng cho các thiết bị điện trong nhà hoặc bán lại cho lưới điện quốc gia.
Sự phát triển của điện mặt trời áp mái
Điện mặt trời áp mái là một trong những giải pháp năng lượng tái tạo được ưa chuộng và phát triển mạnh mẽ trên thế giới trong những năm gần đây. Theo báo cáo của Liên minh Năng lượng Mặt trời Quốc tế (ISEA), tổng công suất điện mặt trời áp mái toàn cầu đã đạt 583 GW vào cuối năm 2020, chiếm 47% tổng công suất điện mặt trời. Các quốc gia có công suất điện mặt trời áp mái cao nhất là Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản, Đức và Ấn Độ.
Tại Việt Nam, điện mặt trời áp mái cũng được coi là một ngành công nghiệp tiềm năng và có nhiều chính sách hỗ trợ từ phía chính phủ. Theo số liệu của Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN), tính đến tháng 6/2021, tổng công suất điện mặt trời áp mái đã lắp đặt và vận hành toàn quốc là 9.296 MWp, với hơn 101.000 khách hàng tham gia. Đây là kết quả khả quan của việc triển khai chính sách giá mua bán điện hòa lưới từ điện mặt trời áp mái theo Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ.
Nguyên lý hoạt động của điện mặt trời áp mái
A. Quá trình chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện
Để hiểu được nguyên lý hoạt động của điện mặt trời áp mái, ta cần biết về cấu tạo và chức năng của các tấm pin năng lượng mặt trời.
Tấm pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng. Tấm pin năng lượng mặt trời được cấu tạo từ các tế bào quang điện (solar cell) được ghép lại với nhau. Mỗi tế bào quang điện có khả năng chuyển đổi khoảng 0,5V điện áp, do đó để có được điện áp cao hơn, cần phải ghép nhiều tế bào quang điện lại với nhau.
Các tế bào quang điện thường được làm từ silic, một nguyên tố bán dẫn. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào các tế bào quang điện, các photon (hạt sáng) sẽ va chạm với các electron (hạt âm) trong silic, làm cho chúng thoát ra khỏi vị trí ban đầu và tạo ra dòng điện. Dòng điện này được gọi là dòng điện một chiều (DC), và cần phải được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC) để có thể sử dụng cho các thiết bị điện thông thường .
B. Cấu tạo của hệ thống điện mặt trời áp mái
Một hệ thống điện mặt trời áp mái thông thường bao gồm các thành phần sau :
- Tấm pin năng lượng mặt trời: là thiết bị chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng.
- Bộ biến tần: là thiết bị chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ tấm pin năng lượng mặt trời thành dòng điện xoay chiều (AC) để sử dụng cho các thiết bị điện thông thường.
- Bộ đo đếm: là thiết bị đo lường và ghi nhận lượng điện năng sản xuất và tiêu thụ của hệ thống.
- Bộ ngắt tự động: là thiết bị ngắt kết nối hệ thống với lưới điện quốc gia khi có sự cố xảy ra, để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và hệ thống.
- Hệ thống kết nối: là các dây cáp, ổ cắm, công tắc và các phụ kiện khác để kết nối các thành phần của hệ thống với nhau và với lưới điện quốc gia.
Lợi ích của điện mặt trời áp mái
A. Tiết kiệm chi phí điện
Một trong những lợi ích rõ ràng nhất của việc sử dụng điện mặt trời áp mái là tiết kiệm chi phí tiền điện hàng tháng. Bằng cách tự sản xuất và sử dụng năng lượng mặt trời, bạn có thể giảm được lượng điện tiêu thụ từ lưới điện quốc gia, và do đó giảm được số tiền phải trả cho EVN. Ngoài ra, bạn còn có thể kiếm được thu nhập từ việc bán lại cho EVN phần dư thừa của năng lượng mặt trời sản xuất được. Theo Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ, mức giá mua bán điện hòa lưới từ điện mặt trời áp mái được áp dụng từ 1/7/2020 đến 31/12/2020 là 1.943 đồng/kWh (tương đương 8,38 cent/kWh). Đây là mức giá khá hấp dẫn và có thể giúp bạn thu hồi vốn đầu tư trong vòng 5-7 năm.
B. Bảo vệ môi trường
Một lợi ích khác của điện mặt trời áp mái là góp phần bảo vệ môi trường và giảm thiểu biến đổi khí hậu. Bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo và sạch, bạn có thể giảm được lượng khí thải carbon dioxide (CO2) và các khí nhà kính khác vào bầu khí quyển, gây ra hiệu ứng nhà kính và nóng lên toàn cầu. Theo tính toán của Cục Năng lượng tái tạo (Bộ Công Thương), mỗi MWp điện mặt trời áp mái có thể giảm được khoảng 1.200 tấn CO2 trong suốt vòng đời của hệ thống. Đây là một đóng góp quan trọng cho việc thực hiện cam kết giảm phát thải của Việt Nam theo Thỏa thuận Paris về biến đổi khí hậu.
C. Độc lập về năng lượng
Một lợi ích nữa của điện mặt trời áp mái là tăng cường độc lập về năng lượng cho người sử dụng. Bằng cách tự sản xuất và sử dụng năng lượng mặt trời, bạn có thể giảm được sự phụ thuộc vào lưới điện quốc gia, đặc biệt trong những trường hợp có sự cố cung cấp điện hoặc thiếu hụt điện. Bạn cũng có thể tận dụng được năng lượng mặt trời để phục vụ cho các nhu cầu riêng, như sưởi ấm, làm mát, nấu ăn, chiếu sáng, giải trí, vv… Đây là một cách để nâng cao chất lượng cuộc sống và tạo ra giá trị gia tăng cho ngôi nhà của bạn.
Ưu điểm và hạn chế của điện mặt trời áp mái
A. Ưu điểm:
1. Nguồn năng lượng tái tạo và vô tận
Điện mặt trời áp mái sử dụng năng lượng mặt trời làm nguồn năng lượng chính. Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo, tức là không bị cạn kiệt và có thể tái sinh liên tục. Năng lượng mặt trời cũng là một nguồn năng lượng vô tận, tức là không bị giới hạn về số lượng và phạm vi phân bố. Theo ước tính của Tổ chức Năng lượng Quốc tế (IEA), năng lượng mặt trời chiếu xuống Trái đất trong một giờ có thể đáp ứng được nhu cầu năng lượng của loài người trong một năm. Do đó, điện mặt trời áp mái là một giải pháp bền vững về năng lượng cho tương lai.
2. Giảm ô nhiễm khí thải
Điện mặt trời áp mái không sử dụng các nguyên liệu hóa thạch như than, dầu, khí đốt để sản xuất điện, do đó không gây ra ô nhiễm khí thải và tiếng ồn. Điện mặt trời áp mái cũng giúp giảm được lượng điện truyền tải từ các nhà máy điện xa xôi, do đó giảm được tổn thất và rủi ro về an ninh năng lượng. Điện mặt trời áp mái cũng góp phần giảm được nhu cầu xây dựng các nhà máy điện mới, do đó giảm được sự chiếm dụng đất đai và ảnh hưởng đến cảnh quan và sinh thái.
3. Khả năng sản xuất năng lượng địa phương
Điện mặt trời áp mái có khả năng sản xuất năng lượng địa phương, tức là sản xuất năng lượng tại nơi tiêu thụ. Điều này mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, như tăng cường độc lập về năng lượng, giảm thiểu chi phí vận chuyển và truyền tải điện, tạo ra thu nhập từ việc bán lại điện dư thừa cho lưới điện quốc gia. Điện mặt trời áp mái cũng mang lại lợi ích cho xã hội, như tạo ra việc làm cho ngành công nghiệp điện mặt trời, tăng cường an ninh năng lượng quốc gia, phát triển kinh tế địa phương và xã hội.
B. Hạn chế:
1. Chi phí ban đầu cao
Một trong những hạn chế của điện mặt trời áp mái là chi phí ban đầu cao để mua sắm, lắp đặt và vận hành hệ thống. Theo báo cáo của Cục Năng lượng tái tạo (Bộ Công Thương), chi phí trung bình của một hệ thống điện mặt trời áp mái là khoảng 18-20 triệu đồng/kWp. Tuy nhiên, chi phí này có thể dao động tùy thuộc vào loại và chất lượng của các thiết bị, diện tích và hướng của mái nhà, vị trí và khoảng cách của hệ thống với lưới điện quốc gia, vv… Do đó, người sử dụng cần có kế hoạch tài chính kỹ lưỡng và tìm kiếm các nguồn hỗ trợ tài chính từ các chương trình khuyến khích phát triển điện mặt trời áp mái.
2. Phụ thuộc vào tình hình thời tiết
Một hạn chế khác của điện mặt trời áp mái là phụ thuộc vào tình hình thời tiết và vị trí địa lý. Năng suất của hệ thống điện mặt trời áp mái sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mây che, mưa, bụi bẩn, nhiệt độ, vv… Do đó, người sử dụng cần có biện pháp để bù đắp cho sự thiếu hụt của năng lượng mặt trời vào các thời điểm khác nhau trong ngày và trong năm. Một số giải pháp có thể là sử dụng các thiết bị lưu trữ năng lượng như ắc quy, kết hợp với các nguồn năng lượng khác như lưới điện quốc gia, máy phát điện dự phòng, vv… Ngoài ra, người sử dụng cũng cần chọn lựa vị trí lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái sao cho có thể tiếp nhận được nhiều ánh sáng mặt trời nhất, ví dụ như hướng về phía nam, tránh bị che bởi các vật cản như cây xanh, tòa nhà, vv…
3. Yêu cầu không gian rộng lớn
Một hạn chế nữa của điện mặt trời áp mái là yêu cầu không gian rộng lớn để lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời. Theo báo cáo của Cục Năng lượng tái tạo (Bộ Công Thương), diện tích cần thiết để lắp đặt một kWp điện mặt trời áp mái là khoảng 6-8 m2. Do đó, để có được công suất điện mặt trời áp mái đủ cho nhu cầu sử dụng, người sử dụng cần có một mái nhà hoặc sân thượng rộng rãi và bền chắc. Đây là một điều kiện khó khăn đối với nhiều người dân ở các khu vực đô thị hay các khu dân cư có không gian sinh hoạt hạn chế.
Các yếu tố cần xem xét khi lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái
A. Đánh giá năng lượng mặt trời tiềm năng
Trước khi quyết định lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái, người sử dụng cần đánh giá năng lượng mặt trời tiềm năng tại vị trí của mình. Đây là bước quan trọng để xác định công suất và diện tích cần thiết cho hệ thống, cũng như để ước tính hiệu quả và thời gian thu hồi vốn của hệ thống. Có nhiều cách để đánh giá năng lượng mặt trời tiềm năng, như sử dụng các công cụ tính toán trực tuyến, các bản đồ năng lượng mặt trời, hoặc thuê các chuyên gia tư vấn.
B. Thiết kế hệ thống phù hợp
Sau khi đánh giá năng lượng mặt trời tiềm năng, người sử dụng cần thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái phù hợp với nhu cầu và điều kiện của mình. Có nhiều yếu tố cần xem xét khi thiết kế hệ thống, như loại và chất lượng của các thiết bị, hướng và góc nghiêng của mái nhà, khoảng cách và phương thức kết nối với lưới điện quốc gia, vv… Người sử dụng có thể tự thiết kế hoặc thuê các công ty chuyên về điện mặt trời áp mái để thiết kế cho mình.
C. Kỹ thuật lắp đặt và bảo trì
Sau khi thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái, người sử dụng cần thực hiện kỹ thuật lắp đặt và bảo trì hệ thống. Kỹ thuật lắp đặt bao gồm các bước như lắp đặt các khung giá đỡ, lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời, lắp đặt bộ biến tần và bộ ngắt tự động, kết nối các dây cáp và ổ cắm, kiểm tra và vận hành hệ thống. Kỹ thuật bảo trì bao gồm các hoạt động như làm sạch và vệ sinh các tấm pin năng lượng mặt trời, kiểm tra và thay thế các thiết bị hỏng hóc, theo dõi và đánh giá hiệu quả của hệ thống. Người sử dụng có thể tự lắp đặt và bảo trì hoặc thuê các công ty chuyên về điện mặt trời áp mái để lắp đặt và bảo trì cho mình.
