Hệ thống nổi-pin năng lượng mặt trời ở Nhật Bản.

Nhật bản là một nước có nguồn tài nguyên ít ỏi, nhưng lại sở hữu hệ thống mặt nước rất lớn. Đặc biệt, sau thảm họa sóng thần năm 2011, nhận thấy việc sử dụng năng lượng hạt nhân để giải quyết vấn đề năng lượng là quá nguy hiểm, cần phải tìm một nguồn năng lượng tái sinh khác. Hệ thống nổi-pin năng lượng mặt trời đã được tạo ra để giải quyết các vấn đề đó.

Công trình được xây dựng ở 2 hồ Nishihira và Higashihara, thành phố Kato, tỉnh Hyogo, miền Trung Nhật Bản, bởi hai công ty chuyên về lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời là Kyocera và Century Tokyo Leasing, được khởi công từ tháng 9/2014 và đã được khánh thành vào tháng 3 năm nay.

Vị trí của tỉnh Hyogo trên bản đồ nước Nhật

Công trình dài 333m, rộng 77m (tổng diện tích bề mặt hấp thụ ánh nắng là 25.000m² – đủ lớn để việc lắp đặt các tấm pin năng lượng có hiệu quả), gồm có 9072 tấm panel được đặt trên mặt nước, có tổng công suất là 2,9MW (1,7MW ở hồ Nishihira và 1,2 MW ở hồ Higashihara), cung cấp đủ điện năng để đáp ứng cho 920 hộ gia đình, và sẽ được chuyển giao cho công ty điện lực Kansai theo chương trình “giá bán điện năng (feed-in tariff)” của Nhật Bản.

Nhà máy pin năng lượng mặt trời ở hồ Nishihira

Hệ thống pin năng lượng mặt trời chuyển hoá năng lượng quang năng thành năng lượng điện năng dựa theo hiệu ứng quang điện, là khả năng phát ra điện tử khi ánh sáng chiếu vào vật chất bán dẫn, tạo ra dòng electron sinh ra điện năng. Hiệu suất là một tiêu chí rất quan trọng quyết định đến việc có lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời hay không, phụ thuộc rất lớn vào các tác động bên ngoài là độ mạnh yếu, sự liên tục của ánh sáng mặt trời; và nhiệt độ của các tấm pin.

Cơ chế làm việc của pin năng lượng mặt trời

Với sự tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, nên dù được làm từ các loại vật liệu bền, các bộ phận của công trình vẫn không tránh khỏi bị hư hại. Để giải quyết điều này, các kĩ sư đã thiết kế các tấm (tab connection) liên kết các hàng panel với nhau, đồng thời tạo lối đi cho công nhân để sữa chữa công trình.

Lối đi cho các công nhân sửa chữa

Công trình được xây dựng ở trên mặt nước, vị trí thuận lợi để tiếp nhận liên tục ánh sáng mặt trời, đồng thời sử dụng nước sông để làm mát cho hệ thống, theo tính toán sẽ đạt hiệu suất cao hơn 11% so với khi đặt trên đất liền. Cùng với đó, công trình cũng sẽ tác động ngược lại cho con sông, giảm đi sự bốc hơi nước và hạn chế sự phát triển của các loài tảo bằng cách dùng các tấm panel hạn chế ánh sáng mặt trời rọi trực tiếp xuống mặt nước.

Các tấm pin được làm từ vật liệu polyetylen tỷ trọng lớn, hoàn toàn có thể tái chế được, có thể chịu được ảnh hưởng của tia cực tím và không bị ăn mòn bởi tác động của môi trường.

Các tấm pin được làm từ vật liệu polyethylene

Với hệ thống chịu lực được thiết kế bởi các kỹ sư thiết kế, công trình đã được tính toán và thử nghiệm có thể chịu được các các tác động cơ học của môi trường, đặc biệt là các cơn bão xảy ra thường xuyên ở Nhật Bản, và do có thể tích lớn, công trình có thể nổi lên mặt nước do tác dụng của lực đẩy Acsimet, vì vậy có thể di chuyển lên xuống theo mực nước của sông.

Hệ thống có thể nổi trên bề mặt và lên xuống theo mực nước sông

Năng lượng ánh sáng mặt trời sẽ được hấp thụ và điện năng được tạo ra bởi các tấm pin, truyền qua các sợi cáp được cách điện và bảo vệ bằng vỏ cao su, đồng thời để đảm bảo an toàn, các sợi cáp này được đặt trên các bóng nổi để không chạm vào mặt nước, điện năng được truyền vào hệ thống xử lí, chuyển điện một chiều từ pin thành điện xoay chiều sử dụng cho các thiết bị điện gia dụng, và chính thức đưa vào hoạt động vào tháng 4 năm nay.

Các sợi cáp truyền năng lượng điện được bảo vệ bằng vỏ cao su

Đây là trạm điện sử dụng năng lượng mặt trời thứ 3 ở Nhật Bản, sau khi đã thử nghiệm ở các hồ có diện tích nhỏ hơn, và dự kiến sẽ tiếp tục phát triển với dự án lớn hơn ở hồ thủy lợi Yamakura của tỉnh Chiba với công suất lớn hơn rất nhiều (13,4 MW) và lượng khí thải CO₂ sẽ được giảm đi 7800 tấn mỗi năm, đây hứa hẹn sẽ là nguồn năng lượng rất quan trọng đối với quốc gia này trong tương lai, dần thay thế các nhà máy năng lượng hạt nhân luôn mang các rủi ro tiềm tàng.

Hồ thủy lợi Yamakura – địa điểm tiếp theo của dự án

Đối với Việt Nam ta, mặc dù có nguồn tài nguyên dồi dào, nhưng chúng không phải vô hạn, việc tìm kiếm và sử dụng nguồn năng lượng sạch và có thể tái chế là vô cùng cần thiết. Hệ thống pin năng lượng mặt trời trên nước là một ý tưởng, chìa khoá cho điều này, và nó cũng đặc biệt phù hợp với nước ta: quốc gia trong vùng nhiệt đới gió mùa, và diện tích hệ thống bề mặt nước rộng lớn, đặc biệt ở các đập thuỷ điện và các hồ lớn (hồ Dầu Tiếng ở Bình Dương, đập thuỷ điện Hoà Bình ở tỉnh Hoà Bình).