“Mặt trận” mới cho điện mặt trời

Bắc Cực – vốn là vùng đất khắc nghiệt với băng tuyết bao phủ, nhiệt độ cực thấp và những tháng ngày không có nắng – đang trở thành "mặt trận" mới đầy tiềm năng cho công nghệ điện mặt trời.

Một báo cáo của IEA-PVPS cho thấy năng lượng mặt trời ở vĩ độ trên 60 độ Bắc không chỉ khả thi mà còn mang lại nhiều lợi thế bất ngờ, được thúc đẩy bởi những cải tiến về hiệu suất trong điều kiện khí hậu lạnh, công nghệ tấm pin hai mặt và nhu cầu an ninh năng lượng ngày càng tăng.

Một trong những lợi thế lớn nhất của điện mặt trời ở Bắc Cực chính là nhiệt độ thấp. Tấm pin mặt trời hoạt động hiệu quả hơn khi lạnh. Ở nhiệt độ -20 độ C, hiệu suất có thể tăng lên đến 15-20% so với điều kiện tiêu chuẩn.

Không khí trong lành, ít ô nhiễm giúp ánh sáng truyền qua tốt hơn, trong khi tuyết phản xạ (albedo) tăng thêm lượng bức xạ lên đến 25%.

Theo báo cáo của IEA-PVPS, tốc độ suy giảm hiệu suất của các hệ thống quang năng ở Bắc Cực chỉ khoảng -0,37%/năm, thấp hơn nhiều so với mức -0,75%/năm ở các đô thị. Điều này làm cho tuổi thọ và sản lượng dài hạn của pin năng lượng mặt trời trở nên vượt trội.

Công nhân lắp đặt các tấm pin quang năng tại một dự án năng lượng mặt trời ở Galena, Alaska, tháng 5/2025. Ảnh: Belfer Center

Mùa hè ở Bắc Cực mang đến "đêm trắng" kéo dài, với ánh nắng liên tục lên đến 24 giờ/ngày ở một số khu vực. Tại Tromsø (Na Uy, 69 độ Bắc), hệ thống có thể sản xuất liên tục từ tháng 5 đến tháng 7.

Các dự án ở Alaska ghi nhận sản lượng hàng ngày đạt 45-60 kWh cho hệ thống dân dụng trong đỉnh cao mùa hè – thậm chí vượt trội hơn một số khu vực xích đạo nhờ kết hợp thời tiết lạnh và ánh sáng liên tục.

Ngược lại, mùa đông đối mặt với đêm cực kéo dài đến 90 ngày không có nắng trực tiếp. Tuy nhiên, ánh sáng chạng vạng vẫn cho phép pin hoạt động ở mức 15-20% công suất thiết kế, đặc biệt khi kết hợp với tấm pin hai mặt thu nhận ánh sáng phản xạ từ tuyết.

Công nghệ thích ứng đóng vai trò then chốt. Tấm pin hai mặt được khuyến nghị sử dụng mặc định vì mặt sau có thể thu thêm năng lượng từ tuyết phản xạ, tăng lợi ích ở vĩ độ cao.

Thiết kế mảng thẳng đứng hướng Đông-Tây giúp tuyết trượt xuống dễ dàng, giảm tích tụ và sản xuất điện tốt hơn vào sáng sớm/chiều muộn.

Một ví dụ tại Thụy Điển (59,55 độ Bắc) cho thấy mảng thẳng đứng sản xuất 6,1 kWh/kW/tháng trong tháng 12/2023, trong khi mảng nghiêng chỉ đạt 1,32 kWh/kW và có 14 ngày không sản xuất do tuyết che phủ.

Các dự án thực tế đang chứng minh tính khả thi. Tuy nhiên, thách thức vẫn tồn tại. Tuyết, băng, gió mạnh, tầng đất đóng băng vĩnh cửu và hiện tượng đất nở do đông lạnh có thể gây vấn đề cho nền móng.

Chu kỳ đông tan khiến nền móng bị biến dạng, dẫn đến hư hỏng cấu trúc. Trường hợp điển hình tại Luleå (Thụy Điển) cho thấy cọc thép đục lỗ bị đất sét bám chặt, gây méo mó chỉ sau một mùa đông, buộc phải thay thế toàn bộ bằng cọc sâu hơn.

Ở Kotzebue (Alaska), tuyết tích tụ phía sau mảng pin còn vô tình làm ấm tầng đất đóng băng vĩnh cửu, tiềm ẩn rủi ro dài hạn cho nền móng. Do đó, cần khảo sát địa kỹ thuật chuyên biệt cho điện mặt trời ở Bắc Cực, sử dụng cọc sâu hoặc thiết kế chịu lực gió mạnh và tải tuyết nặng.

Mặc dù vậy, tương lai của điện mặt trời Bắc Cực rất sáng sủa khi kết hợp với điện gió, thủy điện nhỏ hoặc hydro. Công nghệ perovskite thế hệ mới hứa hẹn hiệu suất trên 29%, cùng với lưu trữ thông minh sẽ giúp cân bằng sản lượng điện giữa các mùa.

Minh Đức (Theo 8msolar, PV Magazine)