Turbine gió là một công nghệ phổ biến trong việc tạo ra điện từ năng lượng gió, trong khi pin mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi thành điện năng. Cả hai công nghệ này đều có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu khí thải carbon và hướng tới một tương lai năng lượng bền vững.

Nguyên lý phát điện

Sôi động thị trường

Phân chia thị phần

Chiếm thị phần lớn nhất chính là Trung Quốc. Trung Quốc đang giữ vị trí dẫn đầu trong chuỗi cung ứng pin mặt trời trên thế giới, kiểm soát ít nhất 75% quá trình sản xuất và xử lý các tấm quang điện.

Từ khâu sản xuất polysilicon (silicon đa tinh thể, nguyên liệu cho ngành công nghiệp quang điện mặt trời) cho đến hoàn thiện tấm pin, Trung Quốc vẫn chiếm tỷ trọng lớn nhất. Từ năm 2010, quốc gia này đã chiếm thị phần lớn nhất và trong 13 năm qua, tỷ lệ này đã tăng từ 55% lên 84%. Bốn trong số năm nhà sản xuất polysilicon lớn nhất thế giới đều có trụ sở tại Trung Quốc, cho thấy sự thống trị của quốc gia này trong ngành công nghiệp này. Ngoài ra, Trung Quốc cũng là nơi dẫn đầu trong việc khai thác và xử lý đất hiếm - một nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp điện tái tạo, bao gồm cả nam châm cung cấp năng lượng cho các máy phát điện trong turbine.

Quốc gia đứng thứ hai là Ấn Độ, nhưng chỉ chiếm 3% tỷ trọng sản xuất module và 1% đối với sản xuất cell pin (hay còn gọi là tế bào quang điện). Để đạt được mục tiêu công suất điện mặt trời lên tới 280 GW vào năm 2030 (hiện tại mới đạt 57,9 GW), Ấn Độ đã phân bổ thêm 2,6 tỷ USD trong năm 2022 để hỗ trợ cho các hoạt động sản xuất tấm pin trong nước.

Khu vực Châu Á - Thái Bình Dương chiếm tỷ trọng lớn trong việc sản xuất tấm pin mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực sản xuất module và cell pin, lần lượt chiếm tỷ trọng 15.4% và 12.4%.

Châu Âu và Bắc Mỹ chiếm 1/3 nhu cầu pin mặt trời trên thế giới, nhưng cả hai khu vực này chỉ chiếm dưới 3% tỷ trọng ở mọi khâu sản xuất.

Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) về tình hình sản xuất pin mặt trời toàn cầu, việc phân bổ đều năng lực sản xuất là rất quan trọng. Theo IEA, thế giới sẽ hoàn toàn phụ thuộc vào Trung Quốc trong việc cung cấp nguyên liệu quan trọng cho sản xuất tấm pin mặt trời cho đến năm 2025.

Tại Mỹ, chính quyền Tổng thống Joe Biden đang cố gắng xây dựng một chuỗi cung ứng trong nước cho tấm pin mặt trời. Nhật Bản cũng đang tìm kiếm các giải pháp mới với tấm pin mặt trời perovskite không sử dụng silicon.

Được phát minh bởi nhà khoa học Nhật Bản Tsutomu Miyasaka, các tế bào sử dụng khoáng chất tạo thành cấu trúc tinh thể gọi là perovskite - có thể được sử dụng để biến ánh sáng mặt trời thành điện năng. Thủ tướng Nhật Bản đã cam kết sẽ biến công nghệ này thành hiện thực trong vòng hai năm tới. Điều này là cần thiết đối với Nhật Bản khi họ nhập khẩu gần 90% năng lượng kể từ khi đóng cửa hầu hết các nhà máy điện hạt nhân sau thảm họa Fukushima năm 2011.

Dự báo xu hướng

Xung quanh thị trường phát triển và ứng dụng, sản xuất và kinh doanh turbine gió và tấm pin năng lượng mặt trời có những ý tưởng mới đang thu hút sự quan tâm của các công ty.

Vật liệu composite là một trong những công nghệ tiên tiến được áp dụng trong sản xuất turbine gió hiện nay. Thay vì sử dụng thép như trước đây, các nhà sản xuất turbine gió đã chuyển sang sử dụng composite để tạo ra các cánh quạt. Vật liệu này có độ bền cao, đồng thời cũng giúp giảm thiểu trọng lượng của cánh quạt, giúp cho turbine gió hoạt động hiệu quả hơn. Ngoài ra, sử dụng composite còn giúp giảm thiểu chi phí sản xuất và lắp đặt, vì nó có thể được tạo hình theo ý muốn và dễ dàng lắp ráp. Điều này đã giúp cho việc sản xuất turbine gió trở nên hiệu quả hơn và giá thành của chúng cũng giảm đi đáng kể.

Công nghệ Internet of Things (IoT) cũng đã được áp dụng trong sản xuất turbine gió để giúp quản lý và vận hành hiệu quả hơn. Các cảm biến được lắp đặt trên turbine gió có thể thu thập dữ liệu về tình trạng hoạt động của máy, từ đó giúp các nhà sản xuất dự đoán và phòng tránh các sự cố có thể xảy ra. Ngoài ra, IoT còn cho phép các nhà sản xuất theo dõi và điều khiển từ xa các turbine gió, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho việc bảo trì và sửa chữa. Điều này cũng giúp tăng độ tin cậy và hiệu suất hoạt động của turbine gió.

Một trong những ý tưởng đột phá trong sản xuất turbine gió là sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng để giải quyết vấn đề về khả năng cung cấp điện liên tục. Với việc tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng, các turbine gió có thể sản xuất và lưu trữ năng lượng khi gió đủ mạnh, từ đó cung cấp điện cho mạng lưới vào những thời điểm không có gió. Điều này giúp giảm thiểu tình trạng mất điện và tăng tính ổn định của hệ thống điện. Ngoài ra, việc sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng cũng giúp tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời hay năng lượng thủy điện.

Hiện nay, thay vì lắp đặt trên đất liền, các nhà sản xuất đã chuyển sang phát triển turbine gió trên biển. Điều này giúp tận dụng được nguồn gió mạnh và ổn định hơn trên biển, từ đó tăng hiệu suất hoạt động của turbine gió. Ngoài ra, việc sử dụng turbine gió ngoài khơi còn giúp giảm thiểu tác động đến môi trường và không gian đất liền. Tuy nhiên, việc xây dựng và bảo trì turbine gió ngoài khơi cũng đòi hỏi chi phí cao hơn so với việc xây dựng trên đất liền. Một trong những thử thách lớn nhất trong sản xuất turbine gió là vấn đề vận chuyển và lắp đặt. Các cánh quạt và các bộ phận của turbine gió có kích thước lớn và cồng kềnh, khiến cho việc vận chuyển và lắp đặt trở nên khó khăn và tốn kém.

Các ý tưởng mới trong sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời đang dồn về phát minh của Nhật Bản với Perovskite - loại vật liệu mới, hứa hẹn hiệu suất cao và chi phí thấp so với silicon truyền thống.

Hiện nay việc nâng cao hiệu quả hoạt động, giảm chi phí sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời cũng đang được các công ty quan tâm đầu tư, trong đó đáng chú ý là vấn đề sản xuất các tấm pin linh hoạt có thể được lắp đặt trên các bề mặt không phẳng, mở rộng khả năng sử dụng. Sử dụng công nghệ nano để phát triển tấm pin có thể tự làm sạch, giảm thiểu bảo dưỡng. Kết hợp các lớp vật liệu khác nhau để tăng hiệu suất hấp thụ ánh sáng. Tích hợp IoT để tối ưu hóa hoạt động và bảo dưỡng của tấm pin.

Dự báo thị trường turbine gió và tấm pin năng lượng mặt trời từ nay đến năm 2025 sẽ chứng kiến sự tăng trưởng đáng kể. Đối với turbine gió, sự chú trọng vào năng lượng tái tạo và cải tiến công nghệ sẽ thúc đẩy nhu cầu. Trong khi đó, thị trường tấm pin năng lượng mặt trời dự kiến sẽ tiếp tục mở rộng với công nghệ mới và giảm chi phí sản xuất. Cả hai lĩnh vực này sẽ hưởng lợi từ chính sách hỗ trợ năng lượng sạch và nhu cầu ngày càng tăng về giảm phát thải carbon.