Tăng cường sản xuất và sử dụng điện mặt trời

Những tia mặt trời cực mạnh chiếu xuống Trái đất, phát ra nơi nóng và năng lượng ánh sáng, đó là một nguồn năng lượng thiên nhiên vô cùng quý giá được sử dụng như nguồn năng lượng phục vụ con người. Từ những tia nắng Mặt trời, một số năng lượng ánh sáng có thể biến đổi trực tiếp thành điện năng bằng những chất bán dẫn làm bằng silic và những nguyên liệu khác. Phòng thí nghiệm Bell ở Mỹ là nơi đầu tiên chế tạo loại pin mặt trời sử dụng chất bán dẫn silic vào năm 1954. Lúc đó, hiệu quả chuyển đổi điện năng rất thấp - chỉ được vài phần trăm. Nhưng đến thập kỷ 70, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin Mặt trời đã tăng lên 15%, khiến tiềm năng sử dụng loại pin này trở nên thực tiễn hơn. Pin Mặt trời đang được chế tạo hiện nay có hiệu suất chuyển đổi tới gần 20%. Người ta cho biết, số lượng điện năng từ tia Mặt trời là khoảng 1 kW trên mỗi mét vuông bề mặt được Mặt trời chiếu sáng. Điều đó có nghĩa là với một diện tích bề mặt 1m2 và với khả năng chuyển đổi năng lượng là 20% thì một pin Mặt trời có thể sản sinh ra một điện lượng là 200 W. Việc nâng cao tỷ lệ chuyển đổi sẽ làm giảm chi phí cho mỗi đơn vị sản sinh điện năng và sản xuất được nhiều năng lượng hơn mà không đòi hỏi thêm nhiều không gian dành cho những tấm năng lượng Mặt trời. Năm 2002, tổng sản lượng điện năng do pin mặt trời sản xuất được trên thế giới là khoảng 520.000 kW, trong đó mức sản xuất của Nhật Bản lên tới 48,9% (khoảng 255.000 kW), đưa Nhật Bản trở thành nước đứng đầu thế giới trong việc sản xuất pin Mặt trời. Điều này chứng tỏ mức độ đáng tin cậy của kỹ thuật vật liệu bán dẫn của Nhật Bản trong việc phát triển những sản phẩm điện Mặt trời nhằm đạt được hiệu quả chuyển đổi năng lượng cao và chế tạo ra những pin Mặt trời ngày càng mỏng hơn. Nhật Bản cũng dẫn đầu thế giới về khả năng sản xuất điện năng từ năng lượng Mặt trời. Theo một nghiên cứu thực hiện vào năm tài khoá 2001, khả năng tạo ra điện năng ở Nhật Bản vào khoảng 450.000 kW, nghĩa là gấp đôi ở châu Âu và gấp ba ở Mỹ. Đáng lưu ý là 90% số điện năng lấy từ Mặt trời ở Nhật Bản là do những tấm năng lượng trên những mái nhà bình thường. Sở dĩ cách dùng điện này được dân chúng quan tâm nhiều vì nó sẽ làm giảm ô nhiễm - đây là năng lượng sạch - tuy nhiên, lý do chủ yếu là giá của những tấm năng lượng Mặt trời ngày càng thấp. Trong khi năm 1992 phải tốn 4 triệu yên mới lắp đặt được một hệ thống năng lượng Mặt trời để phát được công suất 1 kW điện thì ngày nay chỉ tốn khoảng 720.000 yên. Đó không phải là do giá thành của những tấm pin năng lượng Mặt trời giảm đi mà chủ yếu là vì ngày nay, những máy đổi dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều và những thiết bị ngoại vi khác được thiết kế phù hợp hơn. Một gia đình trung bình bốn người ở Nhật Bản tiêu thụ khoảng 3 - 4 kWh, họ có thể tự tạo ra lượng điện này trên mái nhà nếu như phần mái nhà của họ có diện tích khoảng 20 - 30m2 hướng về phía Mặt trời. Một đơn vị biến đổi năng lượng điện từ Mặt trời có quy mô lớn đòi hỏi một mặt bằng rộng, vì vậy việc gắn những tấm pin Mặt trời trên những mái nhà là rất hợp lý. Hơn thế nữa, có thể cách hay nhất để lấy được năng lượng điện từ Mặt trời là hãy để cho mỗi gia đình tự tạo ra điện năng cần dùng trong gia đình họ. Những thuận lợi chính của năng lượng Mặt trời là những tấm pin Mặt trời có thể lắp trên mái nhà hoặc những nơi không thường xuyên sử dụng đến, chúng không có những bộ phận chuyển động nên việc tạo ra điện năng không gây ồn ào, tuổi thọ của hệ thống biến điện đó cũng rất cao và không cần bảo trì. Tuy nhiên, có một điều bất tiện: đó là không thể tạo ra điện vào buổi tối hay khí thời tiết xấu. Nhưng vào những lúc đó có thể khắc phục bằng cách mua năng lượng từ nhà máy điện ở địa phương hay có thể dùng số lượng điện dư mà đã được dự trữ sẵn ở trong ắc quy. Chính phủ Nhật Bản đã đề ra mục tiêu là đến năm 2010 sẽ tạo được 4.820.000 kW công suất điện từ Mặt trời, gấp hơn 10 lần so với mức điện hiện nay. Việc này sẽ giúp cho Nhật Bản tiết kiệm được 1.180.000 lít dầu thô và điều đó cũng có nghĩa là lượng cacbon điôxit trong không khí do đốt dầu sẽ giảm xuống. Nhìn chung, giá các thiết bị sản xuất năng lượng Mặt trời quá cao vẫn là cản trở chính đối với chính sách phát triển nguồn năng lượng này. Nhằm khắc phục rào cản đó, cho đến nay, Chính phủ vẫn trợ cấp 30% chi phí lắp đặt thiết bị này cho người sử dụng. Cũng nhờ sự hỗ trợ của Chính phủ, giá cả lắp đặt cũng hạ dần. Trong thập kỷ qua, giá thành pin Mặt trời trang bị cho gia đình giảm ngót 80% - xuống mức 720 ngàn yên (6 ngàn USD) với thiết bị tạo ra 1 kW công suất điện. Đa số các gia đình sử dụng giàn pin Mặt trời có tổng công suất 3 kW (đáp ứng một nửa nhu cầu của gia đình trung bình). Các nhà sản xuất Nhật Bản cũng không ngừng phấn đấu hoàn thiện công nghệ pin Mặt trời, Tập đoàn Sharp đã chế tạo được thiết bị có khả năng biến 17,4% ánh nắng thu nhận được thành điện năng. Hiện thời đó vẫn là kết quả cao nhất trong ngành. Tận dụng công nghệ khác, hãng Sanyo khẳng định rằng, thiết bị của họ có khả năng tạo ra nhiều điện năng hơn trong điều kiện nhiệt độ cao và đòi hỏi ít năng lượng Mặt trời hơn. Người Nhật sản xuất những tấm pin Mặt trời có độ dày chỉ 2 công nghệ, nhờ thế, chúng nhẹ hơn, dễ lắp đặt và ít ảnh hưởng tới kết cấu của công trình. Hakushin không phải là công ty xây dựng duy nhất gặt hái lợi nhuận không nhỏ từ lắp đặt pin Mặt trời. Một Hãng Nhật Bản khác - Misawa Homes - đang hoàn thiện khu phố 500 ngôi nhà với điện năng sinh hoạt độc nhất bằng năng lượng Mặt trời tại thành phố Saporo. Như khẳng định của Hakyskin, việc sử dụng năng lượng Mặt trời của những ngôi nhà trong khu phố đầu tiên cho phép tiết kiệm trên 50 ngàn lít nhiên liệu mỗi năm so với những phương pháp tạo ra điện truyền thống và giảm được 154 tấn khí CO2 độc hại thải vào khí quyển. Hikoro Ohara, một phụ nữ Nhật Bản kể về tác dụng tích cực của việc sử dụng năng lượng Mặt trời đối với ngân sách gia đình, như sau. Thời cùng chồng và con trai ở Tokyo, gia đình chị thường phải trả 16 ngàn yên tiền điện hằng tháng (135 USD). Hiện tại, hoá đơn tiền điện của gia đình phải thanh toán chỉ còn một nửa, hơn thế - mối tháng gia định lại có thêm 2 ngàn yên tiền bán điện năng dư thừa để nhượng lại cho Công ty Năng lượng Tokyo Electric Power. Bởi lẽ đa số pin Mặt trời không có bình ắc quy, nên phần điện năng không được sử dụng sẽ bán thẳng cho mạng lưới điện quốc gia. Nhật Bản còn là quốc gia đi tiên phong trong việc sản xuất điện Mặt trời trên vũ trụ. Nhật Bản là quốc gia đầu tiên đề ra một dự án chế tạo và đưa vào quỹ đạo một trung tâm chuyển đổi năng lượng Mặt trời thành điện năng ngoài không gian có công suất 1.000 MW dự đoán sẽ đưa vào hoạt động vào năm 2020, với tổng vốn đầu tư lên đến 16 tỷ USD. Trung tâm này có khối lượng 20.000 tấn được nâng lên quỹ đạo địa tĩnh và có một tấm pin Mặt trời đường kính 15 km. Trung tâm này sẽ chuyển đổi năng lượng Mặt trời thành sóng điện từ cực ngắn và phát trở lại mặt đất bằng 2 cột ăng ten dài 1 km. Điểm đặc biệt là sóng điện từ này không gây nhiễu cho điện thoại di động hoặc các phương tiện truyền thông khác trên mặt đất. Tuy nhiên, để đạt đến mục tiêu này còn phải vượt qua rất nhiều thách đố, nhất là về mặt kỹ thuật. Giáo sư Alain Dupas, Nhà vật lý học người Pháp, làm việc tại Trung tâm Vũ trụ châu Âu, cho biết: "Từ trước đến nay, con người chưa bao giờ xây dựng một công trình công nghiệp đòi hỏi kỹ thuật cao ở một nơi quá nghiệt ngã như vậy. Về mặt cấu trúc, đây là một trung tâm chuyển đổi năng lượng ngoài không gian có chiều dài đến 10 km và chiều rộng đên 5 km mà toàn bộ các công việc từ lắp ráp, điều hành và sửa chữa đều do các robot đảm nhiệm". Những robot công nhân (Skyworker) này di chuyển trên các đường ray, có tính năng tương tự các cánh tay robot làm việc trong các nhà máy lắp ráp ô tô dưới mặt đất. Chúng sẽ được cài đặt những phần mềm siêu thông minh để có thể tự phát điện và sửa chữa ngay những sự cố trên trung tâm. Còn theo Giáo sư Jeffrey Taylor, làm việc tại Viện Địa lý học và Vũ trụ học Hawai (Mỹ) thì: "Việc chế tạo cơ sở hạ tầng của các trung tâm này quá tốn kém và kéo dài thời gian nếu vận chuyển từ Trái đất lên. Vì vậy, con người sẽ tận dụng nguồn khoáng sản vô cùng phong phú ngoài không gian để chế tạo thông qua các nhà máy được xây dựng trên Mặt trăng". (Nguồn: TTQLNĐ