Năng lượng mặt trời đã trở thành một nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu. Tuy nhiên, ít ai biết về lịch sử phát triển của nó. Bài viết này Chondungnhat sẽ giới thiệu về lịch sử của năng lượng mặt trời và cách nó đã phát triển từ quá khứ đến hiện tại
1. Lịch sử phát triển năng lượng mặt trời
Vào thế kỷ thứ ba trước Công nguyên(TCN), người Hy Lạp và La Mã đã sử dụng ‘gương đốt’ để thắp đuốc cho mục đích tôn giáo. Người ta nói rằng vào thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên Archimedes đã sử dụng đặc tính phản chiếu của đồng thau để đốt cháy các tàu La Mã tấn công Syracuse.
Cho đến thế kỷ thứ 6 sau Công nguyên(SCN), những chiếc phòng tắm nắng trong nhà đã trở nên phổ biến hơn. Từ đấy một bộ quyền có tên Justinian khởi xướng “quyền mặt trời” tức là đảm bảo quyền tiếp cận ánh sáng mặt trời đều của mọi cá nhân.
1.1 Sử dụng năng lượng mặt trời thụ động
Thuở ban đầu người ta sử dụng năng lượng mặt trời tập trung vào nhiệt và sử dụng một cách tương đối thụ động. Ví dụ như đặt vị trí của ra vào, cửa sổ, làm ấm các vật dụng theo hướng nhận được nhiều ánh nắng mặt trời nhất, điều đó giúp các toà nhà và vật dụng được làm ấm nhanh chóng.
1.2 Tấm thu năng lượng mặt trời đầu tiên
“Tấm thu năng lượng mặt trời” đầu tiên trên thế giới được thiết kế và chế tạo vào năm 1767. Do nhà khoa học người Thụy Sĩ Horace-Benedict de Saussure đã có phát hiện khi thử nghiệm năng lượng nhiệt. Ông đã chế tạo một chiếc hộp cách nhiệt có lỗ mở và ba lớp kính. Loại kính này phóng đại sức nóng của mặt trời lên đến nhiệt độ vượt quá 110 độ C và được sử dụng theo nhiều cách khác nhau.
1.3 Phát hiện hiệu ứng quang điện
Năm 1839, chúng ta đã chứng kiến một cột mốc quan trọng trong quá trình phát triển năng lượng mặt trời: việc xác định hiệu ứng quang điện.
Nhà khoa học người Pháp tên là Edmund Becquerel, đã phát hiện ra hiệu ứng quang điện khi đang nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của cha mình, với một tế bào điện phân được tạo thành từ hai điện cực kim loại đặt trong chất điện phân. Sau khi cho nó ra ánh sáng, và năng lượng tăng lên.
Willoughby Smith lần đầu tiên mô tả “Tác động của ánh sáng lên Selenium trong quá trình dòng điện đi qua” trong một bài báo, nó được xuất bản lần đầu trên tạp chí Nature số tháng 2 năm 1873.
Phải mãi đến năm 1883, tế bào quang điện ở trạng thái rắn đầu tiên mới được Charles Fritts chế tạo (ông được cho là cha đẻ của năng lượng mặt trời). Ông phủ một lớp vàng mỏng lên chất bán dẫn selen để tạo thành các điểm nối. Mặc dù chỉ mang lại hiệu suất khoảng 1%.
Tuy nhiên, pin mặt trời như chúng ta biết ngày nay được làm bằng silicon chứ không phải selen. Do đó, một số người cho rằng việc phát minh ra các tấm pin mặt trời thực sự có liên quan đến việc tạo ra pin quang điện silicon (PV) của Daryl Chapin, Calvin Fuller và Gerald Pearson tại Bell Labs vào năm 1954 .
Nhiều người cho rằng sự kiện này đánh dấu sự phát minh thực sự của công nghệ PV vì đây là trường hợp đầu tiên về công nghệ năng lượng mặt trời có thể thực sự cung cấp năng lượng cho một thiết bị điện trong vài giờ mỗi ngày. Pin mặt trời silicon đầu tiên có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời với hiệu suất 4%, chưa bằng 1/4 so với khả năng của pin mặt trời hiện đại.
2. Phát triển và theo đuổi việc tăng hiệu suất chuyển đổi của quang điện
Kể từ phát hiện của Fritts, mục tiêu chính của các nhà khoa học bấy giờ là tăng hiệu quả của tế bào quang điện (PV)
Tấm pin năng lượng mặt trời ngoài không gian vũ trụ
- Năm 1958, vệ tinh Vanguard I sử dụng tấm pin nhỏ 1 watt để cung cấp năng lượng cho các đài của nó. Vào cuối năm đó, Vanguard II, Explorer III và Sputnik-3 đều được ra mắt với công nghệ PV trên tàu.
- Năm 1964, NASA phóng tàu vũ trụ Nimbus đầu tiên, đây là một vệ tinh có thể chạy hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời với tấm pin 470 watt.
- Năm 1966, NASA đã phóng Đài quan sát thiên văn quỹ đạo đầu tiên trên thế giới, được cung cấp năng lượng bởi hệ thống 1 kilowatt.
Hệ thống năng lượng mặt trời đầu tiên
- Năm 1973, Đại học Delaware chịu trách nhiệm xây dựng tòa nhà năng lượng mặt trời đầu tiên, mang tên “Solar One”. Hệ thống này chạy bằng nguồn cung cấp nhiệt mặt trời và năng lượng mặt trời PV.
- Đây cũng là trường hợp đầu tiên xây dựng hệ thống quang điện tích hợp (BIPV) – hệ thống sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời tích hợp vào mái nhà.
Thành tựu về hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời
- Từ năm 1957 đến năm 1960, Hoffman Electronics đã thực hiện một số bước đột phá về hiệu suất quang điện, nâng cao kỷ lục hiệu suất từ 8% lên 14%.
- Thành tựu lớn tiếp theo là vào năm 1985 khi Đại học South Wales đạt được hiệu suất 20% cho tế bào silicon.
- Năm 1999, Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia hợp tác với SpectroLab Inc. để tạo ra pin mặt trời với hiệu suất 33,3%.
- Đại học South Wales một lần nữa phá kỷ lục đó vào năm 2016 khi các nhà nghiên cứu đạt hiệu suất 34,5%.
Máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời
- Năm 1981, Paul MacCready chế tạo Solar Challenger, chiếc máy bay đầu tiên chạy bằng năng lượng mặt trời và bay qua eo biển Anh từ Pháp đến Anh.
- Năm 1998, máy bay năng lượng mặt trời điều khiển từ xa “Pathfinder” đã lập kỷ lục về độ cao sau khi đạt tới độ cao 24.384km (ki-lô-mét) .
- NASA đã phá kỷ lục đó vào năm 2001 khi họ đạt tới độ cao 29.2608 km bằng máy bay không tên lửa.
- Năm 2016, Bertrand Piccard đã hoàn thành chuyến bay không khí thải đầu tiên vòng quanh thế giới với Solar Impulse 2, máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời lớn nhất và mạnh nhất thế giới hiện nay.
Nhà trắng sử dụng năng lượng mặt trời
- Năm 1979, Tổng thống Jimmy Carter đã lắp đặt các tấm pin mặt trời trong Nhà Trắng trong nhiệm kỳ tổng thống của ông.
- Tuy nhiên, vào năm 1981, Tổng thống Ronald Reagan đã ra lệnh dỡ bỏ các tấm pin mặt trời của Nhà Trắng.
- Năm 2010, Tổng thống Barack Obama yêu cầu lắp đặt các tấm pin mặt trời và máy nước nóng năng lượng mặt trời tại Nhà Trắng. Cả hai đều được lắp đặt trong nhiệm kỳ đầu tiên của Obama.
Chi phí năng lượng mặt trời theo thời gian
- Giá các tấm pin năng lượng mặt trời đã giảm rất nhiều trong suốt thập kỷ qua, từ đó nhu cầu sử dụng tấm pin tăng cao, tạo ra hơn một triệu thiết bị lắp đặt tại Mỹ tính đến năm 2016.
- Năm 1956, Giá tấm pin năng lượng khoảng 300 USD mỗi watt. Đền 1975, nó đã giảm chỉ còn hơn 100USD/watt.
- Ngày nay, một tấm pin mặt trời tại Việt Nam có giá chỉ từ vài trăm nghìn/watt. Như vậy có thể thấy kể từ khi được sinh ra tới nay giá mỗi tấm pin giảm ít nhất khoảng 1% mỗi năm.
- Nhờ đó mà năng lượng mặt trời ngày càng trở nên phổ biến và đây được xem như một nguồn năng lượng đáng tin cậy nhất hiện nay.
3. So sánh với các nguồn năng lượng khác
Năng lượng mặt trời có nhiều ưu điểm so với các nguồn năng lượng khác như than đá, dầu mỏ và năng lượng hạt nhân. Ví dụ:
- Không gây ra khí thải ô nhiễm môi trường
- Không gây ra tiếng ồn
- Sử dụng nguồn năng lượng không giới hạn
4. Lịch sử của Năng lượng Mặt trời ở Việt Nam
Việc sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam bắt đầu từ những năm 1990s, với việc triển khai các dự án phát triển điện mặt trời cho các khu công nghiệp. Sau đó, vào những năm 2000s, năng lượng mặt trời đã được sử dụng rộng rãi hơn ở Việt Nam với việc triển khai các dự án lớn như Nhà máy điện mặt trời Phú Mỹ và Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng.
Hiện nay, Việt Nam đang tiếp tục thúc đẩy sử dụng năng lượng mặt trời để giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đáp ứng nhu cầu tăng trưởng kinh tế của quốc gia. Các chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng mặt trời đã được đưa ra bởi Chính phủ và các công ty đầu tư vào nó.
5. Những câu hỏi thường gặp về năng lượng mặt trời
Câu hỏi 1: Năng lượng mặt trời có những ưu điểm gì?
- Không gây ra khí thải ô nhiễm môi trường
- Không gây ra tiếng ồn
- Sử dụng nguồn năng lượng không giới hạn
Câu hỏi 2: Việt Nam đã sử dụng năng lượng mặt trời từ khi nào?
Việc sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam bắt đầu từ những năm 1990s.
Câu hỏi 3: Những dự án điện mặt trời lớn nhất ở Việt Nam hiện nay là gì?
Các dự án điện mặt trời lớn nhất ở Việt Nam hiện nay bao gồm Nhà máy điện mặt trời Phú Mỹ và Nhà máy điện mặt trời Dầu Tiếng.
Câu hỏi 4: Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng trong những mục đích nào?
Năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để cung cấp điện cho các hộ gia đình, khu công nghiệp, và các phương tiện vận tải.
Câu hỏi 5: Tại sao năng lượng mặt trời lại là một nguồn năng lượng quan trọng cho Việt Nam?
Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng không giới hạn và không gây ra ô nhiễm môi trường, giúp giảm thiểu khí thải ô nhiễm và đáp ứng nhu cầu tăng trưởng kinh tế của Việt Nam trong thời gian tới.
Như vậy, năng lượng mặt trời đã phát triển và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong những năm qua. Với các ưu điểm như không gây ra ô nhiễm môi trường, không gây ra tiếng ồn, và sử dụng nguồn năng lượng không giới hạn, nó đang trở thành một nguồn năng lượng quan trọng cho nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam. Lịch sử của năng lượng mặt trời đã chứng tỏ tiềm năng của nó và việc phát triển nó sẽ mang lại nhiều lợi ích cho con người và môi trường.
