Điện mặt trời gắn trên khung đỡ điện sóng biển

Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ, có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh sáng mặt trời. Ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triển với tốc độ rất nhanh, nhất là ở các nước phát triển. Ngày nay ứng dụng năng lượng mặt trời để chạy xe thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống. Từ dưới vĩ tuyến 17 ở nước ta, bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà còn rất ổn định trong suốt thời gian của năm, chỉ giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa.

Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời còn khá cao, nên ở những nước đang phát triển, pin mặt trời hiện mới có khả năng cung cấp năng lượng điện sử dụng cho các vùng sâu, vùng xa, nơi đường điện quốc gia chưa có.

Khi hòa vào điện lưới quốc gia, pin mặt trời có ưu điểm là chỉ phát điện vào ban ngày, khi đó nhu cầu điện đang cần rất lớn. Nhưng ta cũng cần xem những nơi nào có thể gắn được pin mặt trời? Trên nóc nhà thì có nhà muốn làm, có nhà chưa muốn làm. Trên đồng ruộng hoặc trên rừng cây thì chắc là chẳng ai cho làm. Trên bãi cát ven biển thì đã và sẽ có các khu nghỉ mát, diện tích còn lại phải trồng cây chắn sóng bảo vệ bờ biển. Như vậy muốn làm lớn thì phải vươn ra ngoài biển.

Trong tầng liên kết trên của khung đỡ điện sóng biển rất ít khi có người qua lại vì trên đó chỉ có bánh lăn để đỡ thanh thép có răng và nếu làm thêm điện gió thì có thêm một số cột điện gió nhỏ bằng thép không rỉ với đường kính trong 0,22 m cắm vào đầu một số ống thép cột chống của khung đỡ. Đường nhỏ cho công nhân đi lại để kiểm tra và làm việc chỉ chiếm khoảng hơn 10% diện tích tầng liên kết trên. Như vậy còn diện tích rất lớn có thể dành cho pin mặt trời. Nhưng cần xem một số vấn đề sau:

- Tuy ở cao hơn mực nước biển trên 16 m, nhưng hơi mặn từ nước biển vẫn bốc lên thì pin mặt trời có chịu đựng được hay không? Bài: “Tấm năng lượng Mặt trời” trong Bách khoa toàn thư mở Wikipedia có đoạn: “Module năng lượng mặt trời phải chịu được mưa, mưa đá, tuyết, và chu kỳ của nhiệt và lạnh trong nhiều năm. Nhiều nhà sản xuất mô-đun tinh thể silicon cung cấp bảo hành đảm bảo sản xuất điện trong 10 năm ở mức 90% sản lượng điện năng đánh giá và 25 năm ở mức 80%.” Nhưng cũng chưa thấy nói gì về pin mặt trời có chịu được hơi mặn từ nước biển bốc lên hay không?

- Pin mặt trời đang phát triển rất nhanh và giá thành phát điện ngày càng giảm nhưng bao giờ ở phía nam nước ta điện mặt trời mới có thể rẻ gần ngang với giá điện thông thường?

- Khi gắn thêm pin mặt trời trong tầng liên kết trên của khung đỡ thì khung đỡ phải làm rất chắc chắn cho có thể chịu đựng được khi có bão rất lớn vì khi đó gió bão tác động rất mạnh vào các tấm pin mặt trời.

Để các bạn thấy rõ nguồn điện to lớn này xin phép tính thử trong trường hợp 3 vấn đề trên có thể giải quyết được như sau:

1. Khả năng phát điện của pin mặt trời:

Bài: “Các Ứng dụng thiết kế hệ thống pin mặt trời + các tài liệu về năng lượng bức xạ mặt trời tại Việt Nam” của wd.support đưa trên Diễn đàn webdien.com ngày 16/04/2015 trong mục Ứng dụng năng lượng mặt trời đã cho bảng số liệu về lượng bức xạ mặt trời tại các vùng miền nước ta như sau:



Từ biểu này ta tạm rút ra cường độ bức xạ mặt trời trên mỗi m2/ngày bình quân vùng Tây Nguyên và Nam Trung Bộ là: (4,9+5,7)/2 = 5,3 KWh, vùng Nam Bộ là: (4,3+4,9)/2 = 4,6 KWh. Không biết đấy có phải là bình quân ngày trong 365 ngày của năm hay không? Hay chỉ là cho những ngày có nắng? Nếu điều đó là đúng thì cường độ bức xạ mặt trời trên mỗi m2/năm bình quân vùng Tây Nguyên và Nam Trung Bộ là: 5,3x365 = 1.934,5 KWh, vùng Nam Bộ là: 4,6 x365 = 1.679 KWh.

Nên cường độ bức xạ mặt trời của mỗi m2/năm trên khung đỡ điện sóng biển vùng biển Quảng Ngãi đến Ninh Thuận cũng xin tạm tính là 1.934,5 KWh, vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau cũng xin tạm tính là 1.679 KWh.

Bài: “Pin mặt trời” trên Bách khoa toàn thư mở Wikipedia cho biết: “Các pin năng lượng thương mại và hệ thống công nghệ cho nó có hiệu suất từ 5% đến 15%. Giá của 1 đơn vị điện từ 50 Eurocent/kWh (Trung Âu) giảm xuống tới 25 eurocent/kWh trong vùng có ánh Mặt trời nhiều.”

Khoa học kỹ thuật về pin mặt trời đang phát triển rất nhanh, bài: “Tấm năng lượng Mặt trời” có đoạn viết: “tùy theo cấu trúc, nhưng đa số module quang điện được thiết kế với nhiều tần số ánh sáng, nhưng không phải là tất cả, thường thì các module quang điện này không thể bao gồm toàn bộ phạm vi của áng sáng mặt trời (cụ thể, tia cực tím, tia hồng ngoại và thấp hoặc ánh sáng khuếch tán) do đó khá là lãng phí, vì vậy đã có một ý tưởng được đưa ra là chia ánh sáng thành các tần số khác nhau và chia chúng vào các module quang điện phù hợp, điều này có thể nâng hiệu suất lên tới 50%. Hiện tại, tỷ lệ chuyển đổi ánh sáng mặt trời tốt nhất đạt được là khoảng 21,5% trong các sản phẩm thương mại”. Vì vậy tôi xin phép tạm tính hiệu suất 15%. Như vậy sản lượng điện của mỗi m2/năm trên khung đỡ điện sóng biển vùng biển Quảng Ngãi đến Ninh Thuận tạm tính là 1.934,5x0,15 = 290,175 KWh, vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau tạm tính là 1.679 x0,15 = 251,85 KWh.

2. Tiềm năng điện mặt trời trong các khung đỡ điện sóng biển trên vùng biển Quảng Ngãi đến Cà Mau:

2.1. Diện tích tầng liên kết trên của mỗi khung đỡ điện sóng biển:

2.1.1. Khung đỡ hình thang cân song song với hướng của đường bờ biển:

Hình thang cân này có đáy nhỏ dài: 11,8x755 = 8.909 m, đáy lớn dài: 11,8x761 = 8.979,8 m, cạnh bên dài: 11,8x6 = 70,8 m và cạnh bên làm thành góc 60 độ với đáy lớn, chiều cao dài: 70,8x0,866 = 61,31 m (0,866 là ½ của căn 3) và diện tích là: (8.909+8.979,8)x61,31/2 = 548.422 m2.

2.1.2. Khung đỡ hình lượn sóng thẳng góc với hướng của đường bờ biển:

Khung đỡ này có 2 hình tam giác đều ở 2 đầu và vùng lượn sóng có: 712/2 = 356 hình bình hành. Tam giác đều có cạnh dài: 11,8x7 = 82,6 m và diện tích là: 82,6x82,6x0,866 = 5.909 m2. Hình bình hành có đáy dài 82,6 m, chiều cao: 11,8x2x0,866 = 20,4 m và diện tích là: 82,6x20,4 = 1.688 m2. Như vậy diện tích khung đỡ là: 5.909x2+1.688x356 = 612.815 m2.

2.2. Sản lượng điện mặt trời trên mỗi khung đỡ điện sóng biển:

Khi gắn các tấm pin mặt trời trong tầng liên kết trên của khung đỡ ta phải làm thêm đường nhỏ có lan can ở hai bên cho công nhân lắp đặt pin mặt trời và thỉnh thoảng đi kiểm tra. Chỗ gắn pin mặt trời cần cao hơn đường đi (thí dụ như cao hơn 1 m chẳng hạn) để gió có thể qua lại dễ dàng giữa phía trên và phía dưới của chỗ gắn pin. Do chênh lệch chỉ khoảng 1 m, nên lan can chỉ là những thanh thép tròn nhỏ dài khoảng 1 m gắn vào thanh thép chịu lực ở mép đường đi và gắn vào thanh thép chịu lực đỡ giá đỡ các tấm pin mặt trời, như vậy lại càng chắc chắn hơn. Tuy đã có những chỗ cho gió lưu thông, nhưng ta cũng không nên lấp đầy tầng liên kết trên vì làm như thế sức mạnh của gió tác động vào sẽ rất lớn, nhất là những khi có bão lớn. Vì vậy tôi chỉ tạm tính phần có pin mặt trời chỉ chiếm khoảng 50% diện tích của tầng liên kết trên. Pin mặt trời gắn trong phạm vi rộng, khi truyền điện về và biến đổi điện để hòa vào lưới điện quốc gia sẽ có hao hụt, sản lượng điện sẽ giảm bớt khi dùng sau nhiều năm, nên tôi phải tạm giảm bớt 25% sản lượng điện cho an toàn. Như vậy sản lượng điện mặt trời hàng năm của mỗi khung đỡ là:

- Khung đỡ song song với hướng của đường bờ biển trên vùng biển Quảng Ngãi đến Ninh Thuận: 548.422x0,5x290,175x0,75 = 59.676.883 KWh, tính tròn là 59,7 triệu KWh.

- Khung đỡ song song với hướng của đường bờ biển trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau: 548.422x0,5x251,85x0,75 = 51.795.030 KWh, tính tròn là 51,8 triệu KWh.

- Khung đỡ thẳng góc với hướng của đường bờ biển trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau: 612.815x0,5x251,85x0,75 = 57.876.547 KWh, tính tròn là 57,9 triệu KWh.

- Cụm điện trên vùng biển Bình Thuận đến Cà Mau: 51,8+57,9x30 = 1.788,8 triệu KWh.

2.3. Tiềm năng điện mặt trời trong các khung đỡ điện sóng biển trên vùng biển Quảng Ngãi đến Cà Mau:



So với sản lượng điện hàng năm của Nhà máy Thủy điện Sơn La là 10.246 triệu kWh thì tiềm năng điện mặt trời này lớn gấp: 98.983,2/10.246 = 9,66 lần. Nếu so sánh với lượng điện sản xuất và mua của cả nước năm 2016 là 176,99 tỷ kWh thì tiềm năng điện mặt trời này bằng khoảng: 98,9832x100/176,99 = 55,93%.

3. Tiềm năng 3 loại điện gắn trên các khung đỡ điện sóng biển trong vùng biển Quảng Ngãi đến Cà Mau:

Nếu 3 vấn đề về điện mặt trời đã nêu ở cuối phần mở đầu có thể thực hiện được thì 3 loại điện gắn trên các khung đỡ điện sóng biển trong vùng biển Quảng Ngãi đến Cà Mau sẽ có tiềm năng như sau:



Khung đỡ gắn thiết bị của cả 3 loại điện và nằm trên biển luôn luôn có sóng và gió lớn, nên đòi hỏi phải rất chắc chắn để có thể chống được các cơn bão rất lớn. Vì vậy cần phải thuê các chuyên gia công trình biển giỏi để thiết kế, khi thi công cũng phải giám sát rất chặt chẽ và các chuyên gia này cần phải có mặt trong hội đồng nghiệm thu.

Trong bài này có tồn tại rất lớn là pin mặt trời có chịu đựng được hơi mặn từ nước biển bốc lên hay không? Rất mong các bạn sưu tầm giúp và cho biết thông tin này. Xin chân thành cám ơn.