Điện mặt trời áp mái (ĐMTAM) là một loại hình công nghệ điện mặt trời (ĐMT) rất phù hợp với Việt Nam. Trong vài năm gần đây, công nghệ này đã phát triển rất nhanh, và đã góp phần đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng ở nước ta. Tuy nhiên, trong quá trình phát triển cũng đã bộc lộ một số vấn đề bất cập khá nghiêm trọng về mặt kỹ thuật, cần sớm có giải pháp khắc phục để đảm bảo tính hiệu quả kinh tế- xã hội của nguồn điện sạch này.
I. Nguồn điện mặt trời áp mái
1.1. Nguồn điện mặt trời và nguồn điện mặt trời áp mái
Nguồn ĐMT là một trong các nguồn điện năng lượng tái tạo (NLTT) quan trọng nhất trong cơ cấu nguồn điện ở nước ta. Điều này được khẳng định thông qua các Nghị Quyết, Quyết Định của Bộ Chính Trị Trung ương Đảng và Chính phủ trong thời gian gần đây như Nghị Quyết số 55-NQ/TW, ngày 11/2/2020; Quyết Định số 11/2017/QĐ-TTg, ngày 11/4/2017; Quyết Định số 13/2020/QĐ-TTg, ngày 6/4/2020…
Tuy nhiên, một trong các vấn đề lớn đối với nguồn ĐMT là cần nhiều diện tích để lắp đặt dàn pin mặt trời (PMT). Để lắp đặt dàn PMT có công suất 1 MWp cần tốn một diện tích trung bình khoảng 1,2 ha (hay 12.000m2). Như vậy, để đạt mục tiêu 12.000 MWp vào năm 2030 theo như Quy hoạch phát triển điện VII (Quyết Định số 428/QĐ-TTg, ngày 18/3/2016) , thì cần một tổng diện tích lắp đặt là 14.400 ha (hay 144 km2).
Từ vấn đề khó khăn này mà người ta đã phát triển các loại hình công nghệ ĐMTAM có dàn PMT lắp trên mái nhà và ĐMT nổi với dàn PMT lắp trên mặt nước (các hồ, đầm tự nhiên và nhân tạo, mặt biển ven bờ). Với các loại hình công nghệ ĐMT này đã tránh được các diện tích đất để lắp dàn PMT.
1.2. Nguồn điện mặt trời áp mái
Nguồn ĐMTAM có thể là nguồn nối lưới hay độc lập (không nối lưới). Tuy nhiên dưới đây chúng ta chỉ đề cập đến nguồn ĐMTAM nối lưới.
Đối với nước ta, ĐMTAM được Chính phủ và ngành điện khuyến khích phát triển thông qua các cơ chế giá hỗ trợ giá mua điện cao so với các loại hình nguồn ĐMT khác. Cụ thể là 9,35 Uscents/kWh trong giai đoạn đến 30/6/2019 (QĐ số 11) và 8,38 Uscents/kWh đối với giai đoạn đến 31/12/2020 (QĐ số 13) do nguồn điện này có nhiều ưu việt.
Ngoài các ưu điểm như không tốn diện tích đất để lắp đặt dàn PMT và là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường như đã nói ở trên, thì nó còn có các ưu điểm khác như:
+ Là loại nguồn phân tán, công suất nhỏ, có thể nối trực tiếp vào lưới điện phân phối địa phương, không phải xây dựng các hệ thống truyền tải cao áp và công suất lớn rất tốn kém về kinh phí và thời gian.
+ Khả năng xã hội hóa rất cao. Hiện nay, ở nước ta, chi phí lắp đặt trọn gói trung bình đối với 1 kWp ĐMTAM chỉ khoảng 15 triệu đồng. Đối với hộ gia đình, do diện tích mái bị hạn chế, nên công suất lắp đặt chỉ trong khoảng từ 4 kWp đến 10 kWp. Như vậy tổng đầu tư chỉ trong khoảng từ 60 triệu đến 150 triệu đồng. Lượng kinh phí này không phải là quá lớn, nên đa số các hộ có thể đầu tư, mà không cần sự hỗ trợ của nhà nước.
+ Do dàn PMT lắp trên mái nên ngôi nhà trở nên mát mẻ hơn và do đó giảm được điện năng chạy máy điều hòa. Điều này vừa ích nước lại vừa lợi nhà.
Do các ưu việt như vậy và do được chính phủ và ngành điện khuyến khích, nên chỉ trong một thời gian rất ngắn, ĐMTAM đã phát triển rất mạnh mẽ. Theo số liệu của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), tính đến tháng 6/2020, tổng công suất lắp đặt ĐMTAM ở Việt Nam đã đạt đến công suất 763.555 kWp, tăng gần 2 lần so với tổng công suất tháng 1/2020 (428.612 kWp).
Theo ước tính của EVN, chỉ cần khoảng 2 triệu ngôi nhà ở Việt Nam lắp đặt ĐMTAM, với công suất 10 kWp mỗi ngôi nhà thì tổng công suất ĐMTAM sẽ đạt đến 20.000 MWp. Công suất ĐMTAM này sẽ giúp giảm 16 triệu tấn than mỗi năm nếu dùng nhiệt điện than. Chưa kể lợi ích kinh tế trực tiếp cho người lắp (nguồn: (https://vnexpress.net/dien-mat-troi-ap-mai-phat-trien-manh-nua-dau-nam-4127771.html).
II. Các vấn đề bất cập phát sinh cần phải quan tâm đối với nguồn ĐMTAM
Mặc dù là công nghệ nguồn điện được khuyến khích và đã phát triển mạnh trong thời gian gần đây, tuy nhiên, trong quá trình phát triển ĐMTAM đã phát sinh một số vấn đề rất đáng quan ngại về mặt kỹ thuật. Dưới đây là một số vấn đề chính.
2.1. Chất lượng thiết bị, vật tư, vật liệu không đảm bảo
Như đã nói ở trên, hiện nay ở nước ta, giá trọn gói đối với nguồn ĐMTAM trung bình là 15 triệu đồng cho 1 kWp. Tuy nhiên, trong thực tế, một số Công Ty dịch vụ về ĐMT vẫn có thể "chiều theo khách hàng" nên đã nhận lắp đặt nguồn ĐMTAM với giá rất thấp, từ 12 đến 14 triệu đồng cho 1kWp. Tất nhiên, "tiền nào của ấy", để có lãi, các Công Ty này phải sử dụng các loại thiết bị như tấm PMT, Bộ biến đổi điện (Inverter) và các thành phần khác như khung dàn lắp PMT, dây cáp điện,… là loại rẻ, chất lượng không đảm bảo. Kết quả là chất lượng chung của cả nguồn ĐMTAM thấp, dẫn đến mau hư hỏng, sớm phải bảo trì bảo dường,… Ngoài ra, nếu bộ Inveter chất lượng thấp thì dạng sóng ra không là "hình sinus" chuẩn, tần số không ổn định,…, sẽ ảnh hưởng xấu đến lưới điện mà nguồn ĐMTAM nối vào.
2.2. Định hướng dàn PMT không đúng
2.2.1. Định hướng dàn PMT
Đối với nguồn ĐMT thì định hướng dàn PMT có ý nghĩa rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng điện được sản xuất ra hàng ngày. Định hướng dàn PMT bao gồm hướng của mặt dàn pin và góc nghiêng của nó. Cụ thể là:
+ Mặt dàn PMT phải hướng về Đường Xích Đạo của Quả Đất. Đối với các địa phương trên lãnh thổ nước ta thì mặt dàn PMT phải hướng về hướng Chính Nam.
+ Góc nghiêng β của dàn PMT so với mặt phẳng nằm ngang phải bằng Vĩ Độ Φ của nơi lắp đặt, tức là β = Φ. Ví dụ, nếu lắp nguồn ĐMT ở khu vực Đà Nẵng thì góc nghiêng β nên là từ 15O đến 17O do Vĩ độ Φ của địa phương này nằm trong khoảng (15O - 17O); nếu lắp ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh thì góc nghiêng là khoảng β ≈ 10O do Vĩ độ của địa phương này là Φ ≈ 10O.
- Hình 1 chỉ ra định hướng tối ưu của dàn PMT.
Hình 1: Định hướng dàn PMT tối ưu
Ngoài ra, dàn PMT phải lắp đặt ở nơi có nắng cả ngày, ít nhất cũng trong khoảng thời gian từ 9.00 đên 16.00 hàng ngày. Giữa mặt dưới của dàn PMT và mái nhà nên có một khoảng "khe gió" có độ rộng từ 15cm đến 20cm để gió có thể lùa qua, làm mát tấm PMT. Không nên lắp dàn PMT áp sát mái tôn hoặc mái ngói vì lắp như vậy, nhiệt độ các tấm PMT sẽ tăng cao và do đó làm giảm hiệu suất phát điện của các tấm pin.
2.2.2. Một số bất cập khá phổ biến trong lắp đặt dàn PMT
Như đã biết, có hai loại mái nhà là mái bằng (bằng bê tông) và mái nghiêng hình chữ “Lăm đa, Λ”, thường bằng ngói hay bằng tôn,…
Đối với các mái nhà là mái bằng thì việc lắp đặt dàn PMT theo các tiêu chuẩn nói trên là khá thuận lợi, không cần phải thảo luận nhiều.
Tuy nhiên, trong thực tế, phần lớn các ngôi nhà có mái nghiêng hình "chữ Λ", và đã được xây dựng từ trước, nên có rất ít mái đáp ứng được đầy đủ các Tiêu chuẩn kỹ thuật nói trên (tức là có hướng Chính Nam và có độ nghiêng bằng Vĩ độ Φ nơi xây dựng ngôi nhà). Trong trường hợp này, người thiết kế buộc phải chấp nhận một độ lệch chuẩn trong phạm vi cho phép. Đó là:
+ Mặt dàn PMT có thể có hướng khoảng trong khoảng từ hướng Nam - Đông Nam đến hướng Nam - Tây Nam.
+ Góc nghiêng β của dàn PMT có thể thay đổi trong khoảng: Φ ≤ β ≤ Φ + 10O.
Nếu mái nhà "quá bằng", tức là có góc nghiêng của mái nhỏ hơn Vĩ độ Φ hay “quá dốc” hay lớn hơn Φ + 10O thì cần thiết kế khung dàn lắp PMT riêng có góc nghiêng β của nó nằm trong khoảng cho phép nói trên (tức là Φ ≤ β ≤ Φ + 10O) và lắp vào khung của mái nhà.
Ví dụ, nếu lắp nguồn ĐMTAM ở khu vực Đà Nẵng, thì góc nghiêng β của dàn pin có thể dao động trong khoảng 15O ≤ β ≤ 27O.
Trong thực tế, chúng ta dễ dàng gặp các vấn đề bất cập, rất đáng quan ngại sau đây:
+ Hướng dàn PMT bị lắp theo mái có hướng Đông, hướng Tây, thậm chí có một số dàn PMT còn được lắp trên mái nhà có hướng Bắc. Nếu dàn PMT hướng về hướng Đông hay Tây thì các tia trực xạ của mặt trời chỉ đến được mặt dàn pin trong một nửa ngày. Còn nếu dàn PMT hướng Bắc thì gần như có rất ít tia trực xạ của mặt trời đến được dàn pin. Kết quả là hàng ngày nguồn ĐMTAM chỉ phát điện với công suất nhỏ hơn nhiều so với công suất thiết kế.
+ Góc nghiêng của dàn PMT β không nằm trong khoảng từ Vĩ độ Φ đến Φ + 10O. Không ít các dàn PMT lắp áp lên mái nhà, bất kể góc nghiêng của mái quá bằng bao nhiêu. Điều này cũng làm giảm đáng kể hiệu suất phát điện của nguồn ĐMTAM.
2.3. Các vấn đề bất cập khác
Ngoài các vấn đề về chất lượng thiết bị, vật tư và định hướng dàn PMT, còn có gặp các bất cập khác sau đây:
+ Nguồn ĐMTAM không được nối đất và chống sét an toàn. Điều này sẽ có thể dẫn đến các nhiễu loạn đối với các thiết bị điện và điện tử trong nhà cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe của mọi người trong gia đình.
+ Lắp đặt dàn PMT trên các mái nhà cũ kỹ, kết cấu yếu, không đảm bảo bền vững và đồng bộ. Trong khi dàn PMT có tuổi thọ trên 20 năm thì mái nhà có thể sẽ hư hỏng trong vòng dăm bảy năm tới.
+ Lắp đặt, bố trí các thành phần như đường dây điện, hộp nối, inverter,… không gọn đẹp và không an toàn.
Tóm lại, với các nguồn ĐMTAM có các vấn đề bất cập nói trên sẽ có hiệu quả phát điện kém hơn và do đó hiệu quả kinh tế cũng thấp hơn. Ngoài ra, nghiêm trọng hơn, là chúng còn có thể gây nhiễu hệ thống điện, làm giảm chất lượng cung cấp điện và không an toàn đối với người vận hành, sử dụng.
III. Nguyên nhân phát sinh các vấn đề bất câp về mặt kỹ thuật
Tìm hiểu các vấn đề bất cập về mặt kỹ thuật phát sinh đối với nguồn ĐMTAM chúng tôi cho rằng có một số nguyên nhân sau đây.
1. Chưa có Bộ Tiêu chuẩn kỹ thuật về nguồn ĐMT nói chung và nguồn ĐMTAM nói riêng.
Đây là nguyên nhân quan trọng nhất, dẫn đến các hậu quả là:
+ Các Công ty dịch vụ về ĐMTAM buộc phải theo các Tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu để lựa chọn thiết bị vật tư cũng như lắp đặt nguồn ĐMTAM. Do vậy, một số Công ty đã có thể "chiều theo khách hàng", "tiền nào của đấy" mà sử dụng các vật tư, thiết bị kém chất lượng và lắp đặt tùy tiện, miễn sao Công ty có công ăn việc làm.
+ Các đơn vị Điện lực địa phương cũng không có các Tiêu chí kỹ thuật để nghiệm thu nguồn ĐMTAM, nên nói chung cũng dễ dãi chấp nhận và nối lưới .
+ Bản thân các chủ hộ đầu tư cũng không hiểu biết gì về yêu cầu kỹ thuật đối với một nguồn ĐMTAM lắp đặt cho nhà mình, nên cũng phó mặc cho Công ty và Điện lực địa phương.
Kết quả là khá nhiều nguồn ĐMTAM kém chất lượng đã được lắp đặt, được nối lưới và đang vận hành trên nhiều địa phương trên cả nước.
2. Công tác quản lý và trình độ cán bộ Điện lực địa phương về ĐMT còn yếu
Theo Qui định thì sau khi lắp đặt xong nguồn ĐMTAM, chủ đầu tư sẽ báo và mời Cơ quan Điện lực địa phương có trách nhiệm đến kiểm tra kỹ thuật và các yêu cầu liên quan khác. Nếu không có vấn đề gì thì Điện lực địa phương sẽ cung cấp công tơ điện và tiến hành nối lưới.
Trong thực tế, do chưa được tập huấn, đào tạo đầy đủ, do chưa có Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia về ĐMT và đặc biệt là thiếu các thiết bị, dụng cụ đo kiểm chuyên dụng,… nên có thể các bất cập, sai sót của nguồn ĐMTAM không được phát hiện để yêu cầu chỉnh sửa, và do đó, nguồn ĐMTAM dễ dàng được nghiệm thu và nối lưới. Đây là một vấn đề khá phổ biến.
IV. Một số kiến nghị
Từ các bất cập nói trên, chúng tôi xin kiến nghị với các Cơ quan có thẩm quyền về phát triển ĐMT nói chung và ĐMTAM nói riêng một số nội dung sau đây:
1. Khẩn trương xây dựng và ban hành Bộ Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia về ĐMT, trong đó có ĐMTAM.
2. Trước mắt, trong khi chờ đợi Bộ Tiêu chuẩn kỹ thuật về ĐMT, cần cấp bách triển khai, thực hiện các công việc sau đây:
- Mở các lớp tập huấn, đào tạo về các kiến thức và yêu cầu kỹ thuật cơ bản về ĐMT và ĐMTAM cho các Điện lực địa phương và các Công ty dịch vụ về ĐMT.
- Tăng cường công tác truyền thông về yêu cầu kỹ thuật cơ bản về ĐMT và ĐMTAM. Đặc biệt, cần nhanh chóng biên soạn và phổ biến rộng rãi các tài liệu hướng dẫn ngắn, gọn và dễ hiểu về nguyên lý hoạt động của nguồn ĐMT, về lựa chọn thiết bị, vật tư, cũng như về kỹ thuật lắp đặt, vận hành nguồn ĐMTAM.
- Tăng cường trách nhiệm quản lý đối với các Điện lực địa phương trong công tác kiểm tra, nghiệm thu các công trình ĐMTAM về chất lượng thiết bị và lắp đặt. Chỉ với các công trình ĐMTAM đạt các yêu cầu kỹ thuật thì mới cung cấp công tơ và nối lưới.
PGS.TS.Đặng Đình Thống
Hội KHCN Sử dụng Năng lượng Tiết kiệm và Hiệu quả (VECEA)
