Trong thời đại phát triển mạnh mẽ như hiện nay, nhu cầu năng lượng không có dấu hiệu giảm đi mà ngày càng tăng mạnh. Để đáp ứng điều này, các nguồn năng lượng truyền thông như dầu thô, than đá, thuỷ điện được khai thác triệt để trong cả thế kỷ qua.
Thế nhưng, cùng với những hậu quả mà nó gây ra như khí thải gây hiệu ứng nhà kính, các đập nước nhân tạo làm thay đổi hệ sinh thái của cả một vùng rộng lớn, việc các nguồn năng lượng hoá thạch đang dần cạn kiệt đã buộc con người phải tìm đến các nguồn năng lượng sạch và tái tạo.
Điện gió và điện Mặt Trời đã trở thành những lựa chọn khả thi để thay đổi nguồn cung cấp năng lượng cho con người.
Hệ thống pin Mặt Trời đặt trên mặt nước. (Ảnh: Nguyễn Tuyến-Gia Quân/Vietnam+)
Trong số hai loại nguồn điện tái tạo nói trên, điện Mặt Trời hiện chiếm ưu thế hơn nhờ yếu tố linh hoạt có thể lắp đặt cả quy mô nhỏ như hộ gia đình lẫn quy mô lớn cho cả một khu vực.
Tuy nhiên, không thể phủ nhận, điện Mặt trời vẫn có một số nhược điểm. Trước hết, chất bán dẫn Silicon sử dụng cho các tấm pin năng lượng Mặt Trời là vật liệu tốt nhất nhưng cũng khá đắt đỏ. Ngoài ra, khi chạy máy phát điện, các tấm pin năng lượng Mặt Trời sẽ nóng lên, làm giảm hiệu suất phát điện.
Bên cạnh đó, nếu xây dựng một trạm phát điện quy mô lớn, các nhà máy điện Mặt Trời sẽ chiếm nhiều diện tích đất, đây đặc biệt là điều khó khăn đối với những quốc gia không có nhiều địa hình bằng phẳng.
Từ những khó khăn trên, công nghệ điện Mặt Trời nổi trên mặt nước đã ra đời, giảm tối đa những hạn hế của công nghệ điện Mặt Trời lắp đặt trên mặt đất đang vướng phải.
Nắm bắt được nhu cầu cũng như sự phù hợp của loại hình công nghệ mới này, Tập đoàn Kyocera của Nhật Bản đã nhanh chóng tập trung nguồn lực khai thác, trở thành một trong những tập đoàn hàng đầu thế giới về điện Mặt Trời nổi trên mặt nước.
Từ năm 1975, Kyocera của Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu và phát triển năng lượng Mặt Trời. Tuy nhiên, do Nhật Bản là một đất nước khá hẹp về diện tích đất đai bằng phẳng và không đủ diện tích để xây dựng các nhà máy điện Mặt Trời cỡ lớn, nên công nghệ điện Mặt Trời chủ yếu là ứng dụng với phạm vi nhỏ hẹp như trong sản xuất điện cho đèn đường, biển báo giao thông và trạm viễn thông ở khu vực miền núi.
Công nghệ điện Mặt Trời nổi trên mặt nước ra đời đã giúp Nhật Bản giải quyết được hạn chế về địa hình vì nước Nhật có tiềm năng về các hồ tích nước trong nông nghiệp, hồ kiểm soát lũ, hơn thế nữa, toàn bộ đất nước Phù Tang bao quanh bởi đại dương bao la. Rõ ràng đây là tài sản quý giá để đặt các tấm panô pin cho các nhà máy điện Mặt Trời kích cỡ khác nhau.
Không thể không kể đến cú hích quan trọng cho thị trường năng lượng tái tạo của Nhật Bản nói chung cũng như công nghệ điện Mặt trời nổi nói riêng là chính sách ưu tiên phát triển năng lượng tái tạo của chính phủ công bố năm 2012. Chính sách này bắt buộc tất cả các công ty kinh doanh điện trên toàn Nhật Bản phải mua một sản lượng điện nhất định từ các nguồn năng lượng tái tạo.
Với tất cả các ưu thế trên, chỉ trong một thời gian ngắn, Kyocera đã hoàn thành ba trạm điện Mặt Trời nổi trên mặt nước, trong đó trạm lớn nhất của Kyocera đặt tại hồ Sakasamaike, thành phố Kasai, tỉnh Hyogo, hoàn thành ngày 24/5/2015 với công suất 2,3 megawatt (MGW), đủ đáp ứng nhu cầu điện cho 820 hộ dân.
Trạm điện tại Kasai lắp đặt 9.072 tấm pin năng lượng mặt trời, có tổng cộng chiều dài 333 m, rộng 77 m có tổng diện tích bề mặt hấp thụ ánh nắng 25.000 mét vuông. Các tấm pin silicon trên mặt nước, có diện tích nhỏ hơn so với các tấm pin mặt trời lắp đặt trên đất liền, sẽ được một mạng lưới làm từ sợi thuỷ tinh và chất dẻo siêu nhẹ nâng nổi trên mặt nước.
Để cho tia sáng Mặt Trời luôn hội tụ trong các tấm silicon, tấm lưới nâng được xoay dần dần theo sự di chuyển của mặt trời trong ngày nhờ một động cơ nhỏ điều khiển từ xa qua ăng-ten. Ngoài việc không tốn diện tích đất, công nghệ này còn có những lợi thế như bề mặt thiết bị chỉ cần 5% lượng silicon so với các tấm silicon cùng cỡ đặt trên đất liền nên sẽ giúp giảm giá thành.
Các tấm pin Mặt Trời trên mặt nước còn giúp ngăn chặn 90% nước bốc hơi, ngăn chặn sự phát triển của tảo và các sinh vật hữu cơ trong môi trường nước bằng cách giữ mát cho bề mặt nước.
Trạm bán điện cho Công ty điện lực Kansai ở Osaka với tổng giá trị khoảng 96 triệu yên (780.000 USD)/năm. Theo chuyên gia của Kyocera, chi phí và thời gian lắp đặt các trạm điện này giảm nhiều so với các trạm điện lắp đặt trên đất liền. Các kết nối bền vững song không cố định mà có độ linh hoạt nên có khả năng chịu được các yếu tố thời tiết tiêu cực như bão, lốc cao hơn so với các tấm pin được lắp đặt trên đất liên. Bên cạnh đó, hoạt động vận hành và bảo trì cũng không đòi hỏi nhiều công sức nên nhân lực để vận hành cho trạm điện tại Kasai chỉ có khoảng từ 4-6 người.
Tất nhiên, khi phát triển công nghệ điện Mặt Trời nổi, các nhà khoa học cũng đã cân nhắc đến những tác động tiêu cực mà công nghệ này có thể gây ra liên quan đến yếu tố môi trường, kỹ thuật.
Theo Kyocera, các tấm pin sử dụng tại nhà máy ở Kasai được làm từ chất polyoethelene có khả năng chịu được tia tử ngoại và ăn mòn, đảm bảo pin không bị ăn mòn, không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước. Tuy nhiên, có một hạn chế không thể phủ nhận là trạm điện Mặt Trời khó có thể hoạt động khi mùa Đông đến do không đủ ánh nắng để phát điện.
Kể từ năm 2011, khi xảy ra thảm họa động đất sóng thần với nhà máy điện hạt nhân ở Fukushima, Nhật Bản chú trọng phát triển các nguồn năng lượng tái tạo. Nhận định điện Mặt Trời nổi là một công nghệ có tiềm năng phát triển đầy hứa hẹn, Kyocera đã lên kế hoạch phát triển thêm từ 10 đến 15 dự án.
Hiện tại, Kyocera cũng đang xây dựng nhà máy điện Mặt Trời nổi tại hồ chứa ở tỉnh Chiba với công suất là 13,4 megawatt. Kyocera hy vọng các nhà máy điện Mặt Trời nổi của mình sẽ đóng góp cho nỗ lực phát triển các nguồn năng lượng tái tạo của Nhật Bản.
Với những ưu thế của mình, các nhà máy điện Mặt Trời nổi trên mặt nước rõ ràng là một hình mẫu về mô hình nhà máy điện bền vững, đặc biệt trong bối cảnh thế giới đang nỗ lực giải quyết tình trạng biến đổi khí hậu.
Một số hình ảnh về Nhà máy điện Mặt Trời nổi trên mặt nước của Kyocera:
Nguyễn Tuyến, Gia Quân
(Vietnam+)
