Một nghiên cứu mới cho thấy kích thước quan trọng trong năng lượng mặt trời Phân tích vòng đời đầu tiên so sánh các hệ thống quang điện mặt trời lớn và nhỏ đã kết luận rằng các hệ thống năng lượng mặt trời quy mô nhỏ trên thực tế còn tốt hơn cho môi trường so với cả trang trại năng lượng mặt trời lớn nhất và hiệu quả nhất.
Tín dụng: Pixabay/CC0 Miền công cộng
Trong lịch sử, hệ thống điện mặt trời đắt đến mức nhiều người cảm thấy họ không thể tự chi trả. Thực tế ngày nay không thể khác hơn khi năng lượng tái tạo hiện là dạng năng lượng rẻ nhất trên toàn cầu. Không chỉ vậy, các tấm pin mặt trời giờ đây có thể dễ dàng hoàn trả gấp nhiều lần lượng năng lượng đã đầu tư vào quá trình sản xuất.
Ngày nay, chi phí năng lượng mặt trời thấp nhất được tìm thấy ở các trang trại năng lượng mặt trời khổng lồ. Điều này khiến một số người cho rằng hoạt động năng lượng mặt trời quy mô lớn sẽ tốt hơn cho môi trường. Tuy nhiên, phân tích vòng đời mới mà tôi là đồng tác giả với Riya Roy tại Đại học Western Ontario cũng cho thấy điều này cũng sai – càng nhỏ thì càng tốt cho Trái đất.
Năng lượng mặt trời rẻ và hiệu quả ở Canada
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế, chi phí quang điện mặt trời thậm chí còn giảm nhanh hơn dự đoán của các chuyên gia, đến mức điện mặt trời thường là nguồn năng lượng ít tốn kém nhất.
Một nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng tất cả những người sống ở Michigan sẽ có ví dày hơn nếu họ đầu tư vào năng lượng mặt trời trên mái nhà thay vì trả tiền cho tiện ích địa phương cho năng lượng đốt than — thường ở ngoài tiểu bang.
Thật vậy, năng lượng mặt trời rẻ đến mức có thể hỗ trợ cho các thiết bị năng lượng khác. Ví dụ, máy bơm nhiệt chạy bằng năng lượng mặt trời mang lại lợi nhuận cho chủ sở hữu nhà ở miền bắc Hoa Kỳ và Canada vì chúng bù đắp cho việc mua khí đốt 'tự nhiên'.
Các tấm pin mặt trời trả tiền cho năng lượng đầu tư vào chúng trong vòng chưa đầy một năm, ngay cả ở Canada và chúng có thời hạn bảo hành là 25 năm (nhưng có thể tồn tại lâu hơn nhiều). Các tấm pin mặt trời thực sự hoạt động hiệu quả hơn khi nhiệt độ trở nên lạnh hơn và lượng tuyết thất thoát ở hầu hết Canada thực sự rất khiêm tốn (chỉ một vài phần trăm). Bạn thậm chí có thể nhận được sự tăng cường từ suất phản chiếu tuyết (trừ khi bạn có sự can thiệp của mặt đất).
Khi khí hậu tiếp tục ấm lên, đáng buồn là tuyết sẽ trở thành vấn đề ít hơn đối với các tấm pin mặt trời.
Mặc dù năng lượng mặt trời hoạt động rất tốt ở Canada nhưng để loại bỏ lượng khí thải carbon vào năm 2050 và đạt được cam kết của Canada, chúng ta sẽ cần rất nhiều tấm pin mặt trời. Một nghiên cứu dự đoán rằng chúng ta sẽ chỉ cần 1% đất nông nghiệp của Canada để bù đắp tất cả nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện nếu chúng ta lắp đặt các trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn—một diện tích đất có vẻ khiêm tốn.
Tuy nhiên, điều này đặt ra câu hỏi: chúng ta nên có một loạt hệ thống trên mái nhà hay một vài trang trại năng lượng mặt trời siêu lớn?
Mái nhà của bạn hay một trang trại năng lượng mặt trời?
Mặc dù các trang trại năng lượng mặt trời tốn ít tiền hơn trên mỗi đơn vị năng lượng cho các tiện ích, nhưng việc lắp đặt năng lượng mặt trời trên mái nhà của bạn có thể sẽ thông minh hơn.
Nghiên cứu phân tích vòng đời của chúng tôi đã so sánh các hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà với các hệ thống quang điện mặt trời quy mô tiện ích nhiều megawatt từ khi sản xuất đến khi ngừng hoạt động. Chúng tôi nhận thấy hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà yêu cầu năng lượng đầu vào ít hơn từ 21% đến 54%, tạo ra lượng khí thải carbon dioxide tương đương với lượng khí thải nhà kính ít hơn 18% đến 59% và tiêu thụ lượng nước giảm từ 1% đến 12% mỗi kilowatt-đỉnh.
Điều đó có nghĩa là thời gian hoàn vốn năng lượng của hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà thấp hơn khoảng 51% đến 57% so với hệ thống năng lượng mặt trời gắn trên mặt đất ở tất cả các địa điểm.
Lý do chính cho lợi thế to lớn này là năng lượng mặt trời trên mái nhà sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có của ngôi nhà hoặc tòa nhà và do đó yêu cầu giảm đáng kể việc sử dụng vật liệu so với các giá đỡ độc lập. Tương tự, bằng cách đặt các tấm pin mặt trời gần phụ tải điện, tổn thất truyền tải trên lưới điện sẽ giảm.
Nhìn chung, thời gian hoàn vốn carbon dioxide dài hơn từ 378 đến 428% đối với các trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn trên mặt đất so với năng lượng mặt trời trên mái nhà đối với các mô-đun tương tự.
Mặc dù việc sử dụng nước chủ yếu do các mô-đun quang điện chi phối, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là mức tiêu thụ nước cho giá đỡ mặt đất quy mô tiện ích gấp khoảng sáu đến 260 lần so với cấu trúc lắp trên mái nhà, tùy thuộc vào sự khác biệt trong mô-đun năng lượng mặt trời và kỹ thuật lắp đặt.
Hoặc cả hai?
Với những giá trị môi trường tốt hơn này, có thể sẽ hấp dẫn khi kết luận rằng chúng ta nên thực hiện các chính sách tích cực để khuyến khích năng lượng mặt trời trên mái nhà quy mô nhỏ. Điều này sẽ cung cấp cơ sở hạ tầng linh hoạt nhất, tiết kiệm cho người tiêu dùng rất nhiều tiền trên hóa đơn tiền điện và có lợi cho môi trường.
Tuy nhiên, sự thật rõ ràng là, bất chấp những lợi ích rõ ràng của chúng đối với hoạt động quy mô lớn, chúng ta đơn giản là không có đủ diện tích trên sân thượng để đáp ứng các nhu cầu như sưởi ấm bằng điện và vận chuyển. Một cách tiếp cận hỗn hợp là cần thiết.
Chúng ta có thể xem xét nguồn năng lượng mặt trời bổ sung đến từ nông nghiệp, kết hợp có chủ đích năng lượng mặt trời với nông nghiệp. Agrivoltaics có ưu điểm là không phải hy sinh đất nông nghiệp và thực sự có thể dẫn đến tăng sản lượng lương thực. Nông nghiệp điện có lợi nhuận cao và đang phát triển nhanh chóng ở Mỹ, Châu Á và Châu Âu, còn nông điện ở Canada có chỗ đứng vững chắc—với những lợi ích tiềm năng đặc biệt đáng chú ý đối với Alberta sau nhiên liệu hóa thạch.
Như thường lệ, không có một giải pháp rõ ràng nào.
Nếu ngôi nhà hoặc tòa nhà của bạn có mái che không có mái che thì bạn nên tìm nhà cung cấp địa phương để tiết kiệm chi phí điện. Tương tự như vậy, nếu bạn sở hữu một trang trại, hãy cân nhắc việc lắp đặt hệ thống nông nghiệp để trồng thêm lương thực, đồng thời tạo thêm thu nhập từ việc tạo ra điện để cung cấp năng lượng cho xe điện (EV) và máy bơm nhiệt của chúng ta.
Dù thế nào đi nữa, chúng ta có thể yên tâm khi biết rằng điện mặt trời tái tạo chắc chắn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho thế giới của chúng ta trong nhiều năm tới.
