Tìm hiểu về năng lượng mặt trời tập trung (CSP)

Hiện nay, ngành năng lượng mặt trời chủ yếu được biết đến với công nghệ quang điện (biến đổi quang năng thành điện năng) thông qua các hệ thống điện năng lượng mặt trời lắp đặt trên mái nhà, mặt đất hay trên mặt nước. Tuy nhiên, ngoài công nghệ quang điện còn một công nghệ khác cũng khai thác hiệu quả tiềm năng của nguồn năng lượng mặt trời, đó là công nghệ năng lượng mặt trời tập trung. Vậy năng lượng mặt trời tập trung là gì, cách hoạt động, ưu nhược điểm và sự khác biệt với điện mặt trời ra sao? Hãy cùng SUNEMIT tìm hiểu chi tiết trong bài viết sau.

Năng lượng mặt trời tập trung (CSP) là gì?

Năng lượng mặt trời tập trung (Concentrated Solar Power, viết tắt là CSP) là một công nghệ sử dụng gương hoặc thấu kính để tập trung ánh nắng mặt trời tại một điểm và chuyển đổi thành nhiệt năng. Nhiệt sau đó được sử dụng để tạo ra hơi nước, làm quay tua-bin và sản xuất điện năng. Hoặc nhiệt cũng có thể cung cấp trực tiếp cho các ngành công nghiệp cần nhiệt hơn cần điện như các ngành công nghiệp nặng, công nghiệp chế biến thực phẩm…

CSP hoạt động như thế nào?

Có hai loại công nghệ CSP chính, bao gồm: Một là CSP sử dụng gương hoặc thấu kính để hội tụ ánh nắng mặt trời, tạo ra nhiệt làm bốc hơi nước trong một bình được đặt song song với gương. Loại thứ hai sẽ hội tụ các tia nắng mặt trời tại một tiêu điểm duy nhất. Tuy nhiên, dù là công nghệ nào thì chúng cũng đều sử dụng nhiệt để làm bốc hơi nước, làm quay tua-bin và sinh ra điện năng.

Ngoài ra, các hệ thống CSP cũng thường kết hợp với hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt để lưu trữ lại nhiệt năng và sử dụng khi cần (chẳng hạn trong những thời điểm có ít ánh sáng mặt trời). Thông thường, nhiệt năng thu được từ hệ thống CSP sẽ được lưu trữ dưới nhiều dạng khác nhau như nước ở nhiệt độ cao, muối nóng chảy, dầu… Với khả năng lưu trữ nhiệt năng, hệ thống CSP vẫn có thể sử dụng được vào những ngày không có nắng, trước lúc mặt trời mọc hoặc sau khi mặt trời lặn.

Ưu điểm và nhược điểm của CSP

Ưu điểm của năng lượng mặt trời tập trung

• Là nguồn năng lượng tái tạo, không bao giờ cạn kiệt. Giúp giảm lượng khí thải cacbon, ngăn ngừa ô nhiễm môi trường và làm chậm quá trình biến đổi khí hậu. Điều này không giống với việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch, khi đốt cháy gây phát thải khí CO2 và làm ảnh hưởng đến môi trường.
• Tận dụng nguồn năng lượng mặt trời hiệu quả hơn so với hệ thống điện mặt trời PV. Bởi hiệu suất hoạt động của các tấm pin quang điện thường dao động từ 20% đến 22%. Do các tấm pin năng lượng chỉ thu được phần quang phổ nhìn thấy, trong khi đối với công nghệ CSP, chúng thu được cả phần quang phổ nhìn thấy và phần không nhìn thấy (các tia hồng ngoại). Điều này giúp hệ thống CSP có thể thu gấp đôi năng lượng trên cùng một đơn vị diện tích bề mặt so với hệ thống PV.
• Tính linh hoạt trong cung cấp năng lượng: Do hệ thống CSP sản xuất ra cả điện và nhiệt. Mà nhiệt là loại năng lượng chiếm đến ⅔ nhu cầu năng lượng của các ngành công nghiệp trên thế giới, chiếm tới ⅕ tổng mức tiêu thụ năng lượng của toàn thế giới. Do đó, việc khai thác năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt có ý nghĩa quan trọng, đặc biệt với các quốc gia có ngành công nghiệp nặng phát triển (cần nhiều nhiệt hơn điện).
• CSP có thể kết hợp với các nguồn năng lượng khác để cung cấp đủ nguồn năng lượng, đáp ứng nhu cầu điện trong tương lai. Đặc biệt, hầu hết các thiết bị CSP đều có khả năng tương thích với các thiết bị của công nghệ phát điện hiện nay nên hệ thống có thể dễ dàng tích hợp vào lưới điện.

Nhược điểm của điện mặt trời tập trung

Mặc dù có nhiều lợi thế nhưng công nghệ CSP cũng có những nhược điểm nhất định, đó là:

• Phụ thuộc vào vị trí lắp đặt: Không giống như điện mặt trời có thể lắp đặt trên mái nhà, các hệ thống CSP cần một diện tích đất lớn để lắp đặt và vận hành. Điều này khiến CSP bị hạn chế ở các khu vực đông dân cư.
• Có thể gây các vấn đề về bức xạ mặt trời: Do năng lượng mặt trời tập trung sử dụng rất nhiều nước để chạy tua-bin hơi nước và làm mát các lò phản ứng nhiệt hóa học. Khi đó, nước biển có thể coi là giải pháp khả thi, nhưng điều này có thể gây ra các vấn đề về bức xạ mặt trời. Đồng thời, việc tập trung ánh sáng sẽ gây sức nóng và ảnh hưởng đến một số loài động vật xung quanh đó.
• Chi phí đầu tư không nhỏ: Mặc dù các nguyên vật liệu để sản xuất trang thiết bị cho hệ thống CSP khá phổ biến và rẻ nhưng suất đầu tư vào CSP vẫn tương đối cao. Do những tấm gương phản xạ của hệ thống CSP giống như cánh máy bay, chúng rất dễ bị mất cân bằng khi có những tác động nhỏ như gió. Điều này bắt buộc hệ thống phải có những cấu trúc kim loại phức tạp và đắt tiền để ổn định các tấm gương hay thấu kính. Do đó mà chi phí sẽ bị tăng lên đáng kể.
• Tốn kém để vận hành: Những vật liệu trong lưu trữ năng lượng nhiệt thường phải chịu được nhiệt độ cao nên thường hiếm và tốn kém hơn.

Sự khác biệt giữa điện mặt trời và năng lượng mặt trời tập trung CSP

Cho đến hiện tại, ngành năng lượng mặt trời cung cấp hai loại công nghệ cho năng lượng mặt trời là: Quang điện (PV) và Năng lượng mặt trời tập trung (CSP). So sánh giữa hai công nghệ này, chúng hoàn toàn khác nhau về cách sản xuất điện năng.

• Đối với hệ thống quang điện PV, các tấm pin mặt trời quang điện hấp thụ ánh sáng mặt trời (không phải nhiệt) và kích thích các electron tạo ra dòng điện. Dòng điện một chiều DC được tạo ra và chuyển qua biến tần thành dòng điện xoay chiều AC cung cấp cho các thiết bị điện.
• Đối với năng lượng mặt trời tập trung, hệ thống lấy nhiệt năng từ năng lượng mặt trời để chuyển đổi thành điện năng và phân phối lên lưới điện.

Như vậy, có thể thấy dù cách hoạt động của hai công nghệ CSP và PV là khác nhau nhưng chúng đều chung một lợi ích là tận dụng những nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo để thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần khan hiếm. Cả hai công nghệ đều có những ưu điểm vượt trội và đóng vai trò quan trọng trong ngành năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, do có nhiều rào cản liên quan đến công nghệ (khó khăn trong việc lắp đặt và ổn định các tấm gương phản xạ khổng lồ), hay chi phí đầu tư và vận hành đắt đỏ, khiến cho việc phát triển các nhà máy năng lượng mặt trời tập trung CSP còn bị hạn chế. Thay vào đó, ở thời điểm hiện tại, các hệ thống điện mặt trời quang điện vẫn là phương án khả thi, tối ưu nhất và được khuyến khích phát triển tại mọi quốc gia trên thế giới hiện nay.

Để hiểu rõ về hệ thống điện mặt trời quang điện, ưu nhược điểm và chi phí lắp đặt hệ thống, bạn có thể truy cập vào địa chỉ sunemit.com hoặc liên hệ trực tiếp hotline 0946868498 – 0943968848 để được Điện mặt trời SUNEMIT tư vấn chi tiết nhất.

Phạm Hân

Với niềm yêu thích đối với các nguồn năng lượng sạch, đặc biệt là năng lượng mặt trời, tôi hi vọng có thể mang đến cho độc giả những kiến thức bổ ích, giúp bất kỳ ai cũng có thể hiểu rõ về hệ thống điện mặt trời. Từ đó chọn sử dụng điện mặt trời không chỉ để giảm thiểu chi phí điện năng, mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và hướng đến một tương lai xanh, bền vững hơn.