Pin mặt trời trên mái nhà và pin EV có thể cung cấp 85% nhu cầu điện của Nhật Bản
bởi Đại học Tohoku
Nguồn: Unsplash/CC0 Public Domain
Một nghiên cứu mới do Đại học Tohoku dẫn đầu đã tiết lộ rằng các tấm pin mặt trời trên mái nhà, khi kết hợp với xe điện (EV) làm pin, có thể cung cấp 85% nhu cầu điện của Nhật Bản và giảm 87% lượng khí thải carbon dioxide. Nghiên cứu này cung cấp một con đường đầy hứa hẹn để chính quyền địa phương của Nhật Bản đạt được mục tiêu trung hòa carbon bằng cách tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có—mái nhà và xe cộ—thay vì chỉ dựa vào các hệ thống năng lượng quy mô lớn.
Khi tính cấp thiết của biến đổi khí hậu tăng tốc, các thành phố và đô thị trên khắp thế giới đang tìm cách khử cacbon cho hệ thống năng lượng của họ để làm chậm những thay đổi này. Nhật Bản, với địa hình đồi núi và diện tích đất hạn chế cho các trang trại năng lượng mặt trời, phải đối mặt với những thách thức đặc biệt. Tuy nhiên, đất nước này có hơn 8.000 km² mái nhà và thị trường EV đang phát triển nhanh chóng.
Sự kết hợp giữa hệ thống quang điện (PV) trên mái nhà và pin EV—được gọi là hệ thống "PV + EV" hoặc "Thành phố SolarEV"—mang đến giải pháp thiết thực và tiết kiệm chi phí để hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo và tự cung cấp năng lượng.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Applied Energy, nhằm mục đích trả lời ba câu hỏi quan trọng: Tiềm năng khử cacbon của hệ thống PV + EV trên tất cả các thành phố tại Nhật Bản là gì? Những yếu tố khu vực nào ảnh hưởng đến hiệu quả của chúng? Những phát hiện này có thể cung cấp thông tin cho chính sách năng lượng quốc gia và địa phương như thế nào?
Để tìm câu trả lời, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích kinh tế kỹ thuật toàn diện cho tất cả 1.741 thành phố tại Nhật Bản. Họ cho rằng 70% mái nhà sẽ được lắp đặt tấm pin PV hiệu suất 20% và EV có pin 40 kWh sẽ đóng vai trò là kho lưu trữ gia dụng, sử dụng khoảng một nửa dung lượng pin của chúng để có tính linh hoạt cho lưới điện.
Phát hiện của họ thật đáng kinh ngạc: PV trên mái nhà có thể tạo ra 1.017 TWh hàng năm—nhiều hơn tổng sản lượng điện của Nhật Bản vào năm 2022. Trung bình, một hệ thống chỉ có PV có thể cung cấp 45% nhu cầu điện của thành phố, trong khi hệ thống PV + EV đã tăng con số này lên 85%.
Ngoài việc giảm đáng kể lượng khí thải CO₂ từ cả điện và lái xe, hệ thống này có thể giảm chi phí năng lượng xuống 33% vào năm 2030.
Những kết quả này không chỉ có ý nghĩa to lớn đối với Nhật Bản mà còn đối với các quốc gia trên toàn thế giới đang phải đối mặt với những hạn chế tương tự. Hệ thống PV + EV trên mái nhà đặc biệt hứa hẹn đối với các khu vực thành thị và nông thôn, nơi các hệ thống năng lượng tái tạo tập trung có thể không khả thi.
Ở các vùng nông thôn, nghiên cứu phát hiện ra rằng một số thành phố có thể tạo ra gấp nhiều lần nhu cầu điện của họ chỉ thông qua PV trên mái nhà. Trong khi các khu vực đô thị hóa cao như Tokyo phải đối mặt với nhiều hạn chế hơn do diện tích mái nhà nhỏ hơn và ít phương tiện hơn, họ vẫn được hưởng lợi từ việc tích hợp pin EV để tăng tính linh hoạt về năng lượng và giảm nhu cầu cao điểm.
"Để biến hệ thống này thành hiện thực và hướng tới một xã hội xanh hơn, chúng ta cần sự hỗ trợ về mặt chính sách vào cuối ngày", Takuro Kobayashi từ Đại học Tohoku nhận xét. "Mục tiêu chính của nghiên cứu này là cung cấp nhiều thông tin khoa học mà các nhà hoạch định chính sách có thể tham khảo khi đưa ra quyết định về việc triển khai".
Khi đưa ra các chính sách này, có nhiều yếu tố cần cân nhắc. Các nhà hoạch định chính sách phải giải quyết sự chênh lệch giữa các khu vực, đặc biệt là đối với các khu vực phía bắc có tiềm năng năng lượng mặt trời thấp hơn, nơi tình trạng thiếu năng lượng có thể trầm trọng hơn trong giai đoạn chuyển đổi. Hơn nữa, trong khi Nhật Bản hiện đang cung cấp trợ cấp cho xe điện và hệ thống PV trên mái nhà, thì cần có sự hỗ trợ mạnh mẽ hơn cho cơ sở hạ tầng sạc hai chiều (V2H và V2G), công nghệ tích hợp pin và nhận thức của công chúng. Nghiên cứu khám phá tiềm năng của hệ thống PV + EV này là một bước tiến quan trọng hướng tới quá trình khử cacbon.
Nghiên cứu do Đại học Tohoku dẫn đầu với sự hợp tác của Đại học Tokyo, Viện Nghiên cứu Môi trường Quốc gia, Đại học Radboud (Hà Lan) và Viện Nghiên cứu Khí tượng.
Thông tin thêm: Nguyễn Thị Quỳnh Trang và cộng sự, Về tiềm năng khử cacbon của PV trên mái nhà tích hợp với EV làm pin cho tất cả các thành phố của Nhật Bản, Applied Energy (2025). DOI: 10.1016/j.apenergy.2025.126067
Cung cấp bởi Đại học Tohoku
