Trong bối cảnh quỹ đất ngày càng hạn chế, nhu cầu điện sạch tăng nhanh và áp lực giảm phát thải ngày càng lớn, điện mặt trời nổi đang trở thành một hướng phát triển đáng chú ý tại châu Âu. Không còn chỉ là giải pháp thử nghiệm trên hồ chứa hay ao công nghiệp, công nghệ Floating PV đang bước vào giai đoạn mới với nhiều cải tiến về kết cấu nổi, vật liệu bền vững và khả năng thích ứng với môi trường ngoài khơi.
Theo Chiến lược Năng lượng Mặt trời của Liên minh châu Âu, điện mặt trời là một trong những trụ cột quan trọng trong kế hoạch REPowerEU, nhằm giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch nhập khẩu và đẩy nhanh chuyển dịch sang năng lượng sạch. Mục tiêu đến năm 2030 của EU là đạt khoảng 600 GWac công suất điện mặt trời, tương đương khoảng 750 GWdc theo cách quy đổi thường được ngành công nghiệp sử dụng.
Trong bức tranh đó, điện mặt trời nổi được xem là một lời giải giàu tiềm năng cho các quốc gia có mật độ dân cư cao, diện tích đất hạn chế hoặc có nhiều hồ chứa, hồ thủy điện, khu vực mặt nước nhân tạo và vùng ven biển.
Mục lục
Điện mặt trời trên mặt nước có một lợi thế rất rõ: không cạnh tranh trực tiếp với đất nông nghiệp, đất công nghiệp hay đất đô thị. Đây là yếu tố đặc biệt quan trọng tại châu Âu, nơi việc phát triển các dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn thường vướng rào cản về quy hoạch, cảnh quan, môi trường và sự đồng thuận của cộng đồng.
Bên cạnh đó, các hệ thống quang điện nổi còn có thể mang lại một số lợi ích bổ sung như giảm bốc hơi nước, tận dụng hạ tầng điện sẵn có tại các hồ thủy điện, cải thiện hiệu suất vận hành nhờ hiệu ứng làm mát từ mặt nước và hỗ trợ các mô hình kết hợp giữa năng lượng – nước – lưu trữ.
Theo Ngân hàng Thế giới, điện mặt trời nổi có thể giúp tăng sản lượng nhờ hiệu ứng làm mát tự nhiên của nước, đồng thời giảm bay hơi và cải thiện chất lượng nước trong một số hồ chứa. Với các hồ thủy điện lớn, chỉ cần phủ một phần nhỏ diện tích mặt hồ bằng hệ thống quang điện nổi cũng có thể bổ sung đáng kể công suất phát điện, đồng thời giúp vận hành nguồn nước linh hoạt hơn.
Đức đã triển khai thử nghiệm mô hình điện mặt trời nổi sử dụng các tấm quang điện đặt theo phương thẳng đứng. (Nguồn ảnh: AFP)
Một trong những công nghệ gây chú ý gần đây là mô hình điện mặt trời nổi dạng đứng, hay Vertical Floating PV. Thay vì đặt tấm quang điện nghiêng theo cách truyền thống, hệ thống này sử dụng các tấm quang điện dựng đứng theo hướng Đông – Tây.
Tại Đức, SINN Power đã đưa vào vận hành hệ thống quang điện nổi dạng đứng tại khu vực hồ khai thác sỏi Jais, bang Bavaria. Điểm đáng chú ý của công nghệ SKipp là các dãy tấm quang điện được bố trí theo phương thẳng đứng, tạo các hành lang nước mở giữa các cụm nổi.
Cách thiết kế này giúp giảm tỷ lệ che phủ mặt nước, hạn chế tác động đến ánh sáng đi xuống lòng hồ và vẫn duy trì khả năng phát điện vào những khung giờ quan trọng trong ngày. Với hướng Đông – Tây, hệ thống có lợi thế khai thác tốt hơn vào buổi sáng sớm và chiều muộn, hai thời điểm thường trùng với nhu cầu điện cao hơn so với giữa trưa.
Đây là hướng đi rất đáng chú ý đối với những khu vực mặt nước có yêu cầu cao về sinh thái, cảnh quan hoặc giới hạn tỷ lệ che phủ mặt hồ.
Nếu trước đây các hệ thống điện mặt trời nổi thường sử dụng phao nhựa kỹ thuật, thì hiện nay nhiều doanh nghiệp châu Âu đang tìm cách giảm dấu chân carbon ngay từ vật liệu kết cấu.
Tại Bồ Đào Nha, EDP phối hợp cùng Corticeira Amorim và Isigenere phát triển phao nổi sử dụng vật liệu composite từ bần tự nhiên kết hợp nhựa tái chế. Theo EDP, giải pháp này có thể giúp giảm ít nhất 30% lượng phát thải CO₂ của phần kết cấu phao nổi so với các phương án thông thường.
Đây là điểm rất quan trọng, bởi một dự án năng lượng tái tạo không chỉ được đánh giá ở sản lượng điện sạch tạo ra, mà còn ở toàn bộ vòng đời sản phẩm, từ vật liệu, vận chuyển, lắp đặt, vận hành đến tái chế sau khi hết vòng đời.
Với xu hướng ESG và yêu cầu khắt khe hơn về chuỗi cung ứng xanh, việc sử dụng vật liệu nổi bền vững có thể trở thành một tiêu chí cạnh tranh mới của ngành điện mặt trời nổi trong những năm tới.
Một thách thức lớn của điện mặt trời nổi là môi trường ngoài khơi. Sóng lớn, gió mạnh, ăn mòn muối biển và tải trọng động liên tục khiến các kết cấu nổi truyền thống khó có thể vận hành ổn định trong thời gian dài.
Để giải quyết bài toán này, dự án BOOST do EU tài trợ đang phát triển hệ thống điện mặt trời nổi ngoài khơi sử dụng màng thủy – đàn hồi siêu mỏng, có độ dày dưới 1 mm. Công nghệ này lấy cảm hứng từ hệ thống nổi và neo giữ trong ngành nuôi cá biển của Na Uy, vốn đã được kiểm chứng trong điều kiện biển động khắc nghiệt.
Thay vì cố định cứng để chống lại sóng, cấu trúc màng thủy – đàn hồi cho phép hệ thống “đi theo” chuyển động của mặt nước. Nói cách khác, tấm quang điện và kết cấu nổi có thể thích ứng linh hoạt hơn với sóng biển, giảm lực tác động trực tiếp lên hệ thống neo giữ và khung đỡ.
Nếu được thương mại hóa ở quy mô lớn, công nghệ này có thể mở ra một hướng phát triển mới cho điện mặt trời ngoài khơi, đặc biệt tại các khu vực đảo, vùng ven biển và các quốc gia có quỹ đất hạn chế nhưng có tiềm năng bức xạ mặt trời tốt.
Một hướng ứng dụng khác đang thu hút sự quan tâm là kết hợp điện mặt trời nổi với hệ thống khử mặn nước biển. Theo PetroTimes dẫn Engineering Facts, một dự án gần Gran Canaria, Tây Ban Nha được giới thiệu là có khả năng sản xuất điện tái tạo, đồng thời sử dụng chính nguồn điện đó để vận hành hệ thống thẩm thấu ngược khử mặn nước biển.
Về mặt ý tưởng, đây là mô hình có giá trị rất lớn đối với các đảo và cộng đồng ven biển. Nhiều khu vực đảo hiện vẫn phụ thuộc vào nhiên liệu nhập khẩu để phát điện, trong khi nguồn nước ngọt lại chịu áp lực từ hạn hán, tăng trưởng dân số và biến đổi khí hậu.
Khi điện mặt trời nổi được kết hợp với khử mặn, một công trình có thể giải quyết đồng thời hai nhu cầu thiết yếu: điện sạch và nước ngọt. Nguồn điện dư cũng có thể được đưa về bờ thông qua cáp ngầm, hỗ trợ lưới điện địa phương và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Tuy vậy, với các dự án ngoài khơi quy mô lớn, những thông tin về công suất, sản lượng nước và kế hoạch nhân rộng cần được kiểm chứng kỹ từ các nguồn chính thức trước khi xem là dữ liệu thương mại hoàn chỉnh. Điều chắc chắn là xu hướng tích hợp năng lượng tái tạo với hạ tầng nước đang ngày càng rõ nét, đặc biệt tại các khu vực có rủi ro cao về an ninh năng lượng và an ninh nguồn nước.
Điện mặt trời nổi tại châu Âu đang bước qua giai đoạn “lắp đặt trên mặt nước” đơn thuần để tiến tới một thế hệ công nghệ phức hợp hơn. Các dự án mới không chỉ quan tâm đến công suất phát điện, mà còn đặt ra nhiều yêu cầu về sinh thái mặt nước, vòng đời vật liệu, khả năng chống chịu thời tiết cực đoan, tích hợp thủy điện, lưu trữ năng lượng và khử mặn nước biển.
Đây cũng là lý do Floating PV được đánh giá là một trong những hướng phát triển quan trọng của ngành năng lượng tái tạo trong thập kỷ tới. Khi quỹ đất ngày càng đắt đỏ, nhu cầu điện sạch tiếp tục tăng và các tiêu chuẩn môi trường trở nên khắt khe hơn, mặt nước có thể trở thành “không gian năng lượng” mới cho nhiều quốc gia.
Đối với Việt Nam, kinh nghiệm từ châu Âu mang lại nhiều gợi ý đáng chú ý. Với hệ thống hồ thủy điện, hồ thủy lợi, hồ công nghiệp, vùng nuôi trồng thủy sản và đường bờ biển dài, điện mặt trời nổi có thể trở thành một hướng đi tiềm năng nếu được nghiên cứu bài bản về kỹ thuật, môi trường, đấu nối và vận hành dài hạn.
Trong tương lai, những dự án điện mặt trời nổi hiệu quả sẽ không chỉ là nơi đặt tấm quang điện trên mặt nước, mà là một hệ sinh thái năng lượng tích hợp, nơi điện sạch, nguồn nước và hạ tầng lưu trữ cùng vận hành để phục vụ mục tiêu phát triển bền vững.
