Trời nắng 41 độ C, đang ngồi điều hòa thì vợ hỏi khó: Nếu nhà mình dùng tấm lợp năng lượng Tesla thì tiết kiệm bao nhiêu tiền nhỉ?

Ngày 28/10/2016, công ty Tesla giới thiệu tấm ngói lợp năng lượng mặt trời sử dụng cho các ngôi nhà. Khi ấy, nhiều người hoài nghi Elon Musk sản xuất sản phẩm “pin năng lượng mặt trời” với tên gọi mới là Powerwall. Số khác lại nghi ngờ về hiệu quả kinh tế của giải pháp này khi cho rằng sản phẩm có thể tốn kém về mặt chi phí lắp đặt, chỉ phù hợp với chiến lược phát triển xe điện của công ty mà thôi.

Nhiều chuyên gia kinh tế cũng đánh giá, Tesla muốn tận dụng hiệu ứng Halo để duy trì hoạt động kinh doanh của mình. Đó là hiện tượng khách hàng của ngành kinh doanh này trở thành khách hàng của ngành kinh doanh khác; mà điển hình chính là việc khách hàng sở hữu Iphone có xu hướng muốn sở hữu thêm một máy Mac. Đối với Tesla, đây thực sự là một cơ hội kinh doanh năng lượng mặt trời tại nhà khi mua lại SolarCity. Thông qua hiệu ứng thúc đẩy doanh số bán hàng của các sản phẩm ô tô Tesla, các sản phẩm tấm lợp năng lượng mặt trời Tesla hứa hẹn sẽ kết nối với các sản phẩm ô tô. Nhờ tận dụng sự hài lòng và cam kết thương hiệu, Tesla kỳ vọng khách hàng sẽ “mua mái nhà vì thích phương tiện của mình” như cách “mua một máy tính mới vì thích điện thoại của bạn” vậy.

Tesla cam kết cung cấp năng lượng đủ cho một ngôi nhà theo tiêu chuẩn, và có thể sử dụng nguồn điện dự phòng khi gặp thời tiết xấu hay mất điện đối với sản phẩm Powerwall 2.0. Musk cho rằng tổng chi phí tổng thể sẽ thấp hơn việc lắp một mái nhà bình thường và trả tiền sử dụng năng lượng như thông thường. Thật vậy, qua các thử nghiệm về độ bền của Tesla, tấm mái của Tesla bền hơn nhiều vật liệu truyền thống (gạch đất nung, gạch ngói, gạch đá phiến…). Như vậy, về mặt lý thuyết, độ bền của sản phẩm đủ chống lại các thiệt hại từ các hiện tượng thời tiết (mưa đá,…) hay sự va chạm của các cành cây rơi với chu kỳ thay thế ước đạt 20 năm. Đồng thời, hiệu năng tuy được quảng cáo duy trì ở mức 98% so với sản phẩm hiện có trên thị trường nhưng trong tương lai một hợp chất mới cho phép khúc xạ vào bên trong sản phẩm sẽ được tích hợp nhằm giảm tiêu hao năng lượng cho sản phẩm.

Có thể thấy, sản phẩm của Tesla về sứ mệnh không thể hình thành một cuộc cách mạng mới về năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, sự kết hợp của những chiếc xe Tesla và tấm lợp năng lượng mặt trời của hệ thống Powerwall đang dần tái hiện mối quan hệ giữa một bên là hệ sinh thái mới về công nghệ trong tiêu dùng; với một bên là hệ sinh thái có tính tự cung tự cấp ngoài lợi ích sinh thái của nó. Khi đó, việc sở hữu những chiếc xe hơi không làm gia tăng chi phí trong cuộc sống mà còn cho phép kiểm soát chi phí ấy thông qua doanh thu đạt được từ mức năng lượng dư thừa được lưu trữ trong Powerwall được hòa lại vào điện lưới Quốc gia. Với sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng, nhiều khả năng trong tương lai từng cá nhân có quyền kiểm soát trực tiếp hoạt động phát điện, trở thành bước tiến lớn của năng lượng tái tạo.

Tuy nhiên, sản phẩm chỉ có thể đi vào thực tiễn khi hiệu quả đời sống phải đạt mức chấp nhận được. Hãy cùng nhau tìm hiểu sơ qua về sản phẩm nhé.

Khái quát về hệ thống

Tấm lợp năng lượng mặt trời của Tesla có tính thẩm mỹ cao với 4 họa tiết trang trí khác nhau (Textured Glass, Slate Glass, Tuscan Glass, Smooth Glass).

Hệ thống Powerwall của Tesla sẽ kết hợp với các tấm lợp năng lượng mặt trời của SolarCity hay những tấm pin năng lượng truyền thống nhằm gia tăng lợi ích của người sử dụng. Trong tương lai, không chỉ các ô tô của Tesla có thể sạc pin từ những tấm ô năng lượng của SolarCity trên đường, mà còn có thể tạo ra thu nhập khi bán lại lượng điện dư thừa của hệ thống.

Sản phẩm có tính thẩm mỹ cao.

Hệ thống Powerwall có cấu tạo như thế nào?

Hệ thống này được coi là một “pin lithium ion có thể sạc lại với kiểm soát nhiệt bằng chất lỏng”. Trái tim của hệ thống là thiết bị lưu trữ có giá lên tới 5.500 USD, được trang bị các công nghệ của Panasonic. Giải pháp này cho phép duy trì nguồn điện liên tục cả ngày và đêm.

Hệ thống Powerwall hoạt động như thế nào?

Hình dưới đây cho thấy cách thức pin Tesla Powerwall 2 tích hợp với hệ thống điện năng lượng mặt trời tại nhà như thế nào. Hệ thống gồm:

Sơ đồ cơ cấu hoạt động của hệ thống năng lượng điện mặt trời Tesla Powerwall 2

(i) Các tấm pin năng lượng mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời sang nguồn điện một chiều (DC).

(ii) Bộ biến tần giúp biến đổi năng lượng điện một chiều (DC) chuyển thành năng lượng điện xoay chiều (AC) và cung cấp cho các thiết bị điện trong nhà.

(iii) Nếu có lượng điện dư thừa, chúng sẽ được lưu trong thiết bị Tesla Powerwall 2.

(iv) Bộ phận pin cũng có thể được sạc trực tiếp bằng các nguồn điện giá rẻ khác.

(v) Tesla Powerwall 2 có thể cung cấp điện xoay chiều (AC) trực tiếp cho ngôi nhà.

(vi) Khi pin Tesla Powerwall 2 AC được sạc đầy và nhu cầu điện của ngôi nhà đang được đáp ứng, lượng điện dư thừa sẽ được hòa vào lưới điện chung.

* Hệ thống pin lưu trữ dạng Lithium ion là giải pháp tốt nhất cho các hệ thống năng lượng mặt trời? Do nhu cầu lưu trữ năng lượng bên trong gia đình, pin hóa học Lithium ion có kích thước nhỏ hơn, gọn nhẹ hơn so với pin axit – chì. Tuy có giá thành cao nhưng các thế hệ pin này cho phép duy trì tuổi thọ và số lần sạc được cao hơn hẳn so với pin thế hệ cũ.

* Giá thành của một hệ thống pin lưu trữ năng lượng mặt trời dao động ở mức nào? Pin lưu trữ năng lượng mặt trời có mức giá khởi điểm dao động từ 5.000-7.000 USD tùy loại, và giá mỗi kWh sẽ duy trì ở mức từ 400-700 USD. Giá niêm yết của Tesla Powerwall 2.0 13,5 kWh (kWh) có giá niêm yết là 5.500 USD, bao gồm một bộ biến tần gắn sẵn.

* Thực tế giá thành thật sự của một hệ thống Tesla Powerwall sẽ là khoảng bao nhiêu? Tính đến tháng 1 năm 2017, chi phí trung bình tại Hoa Kỳ là 3,26 USD/1 Watt (và khoảng 16.300 USD cho mỗi hệ thống 5 kW). Tại một số thành phố tại Mỹ, tổng chi phí sẽ chỉ còn 11.410 USD nếu sản phẩm được hỗ trợ 30% theo chính sách của Liên bang.

* Hiệu suất trung bình của hệ thống là bao nhiêu? Dựa trên các số liệu thống kê của National Renewable Energy Laboratory năm 2016, mỗi hộ gia đình sử dụng 991 kWh/tháng, tương đương 10.932 kWh mỗi năm. Trong khi, lượng điện năng trung bình sản xuất bằng hệ thống năng lượng 5kW tại một số thành phố lớn của Mỹ được thống kê cụ thể như sau:

Bảng thống kê lượng điện năng trung bình sản xuất và hiệu quả đạt được từ hệ thống năng lượng mặt trời 5kW (NREL, 2016)

* Yếu tố nào ảnh hưởng tới hiệu quả của hệ thống? Yếu tố vị trí địa lý của nơi lắp đặt hệ thống điện mặt trời chi phối lượng bức xạ hiệu quả mà hệ thống sẽ thu nhận. Nhận được nhiều lượng bức xạ hơn cũng có nghĩa là lượng điện sản xuất sẽ ở mức cao hơn. Tuy nhiên, có một thực tế hiển nhiên rằng cho dù ở vị trí địa lý nào đi nữa, chi phí đầu tư cho năng lượng mặt trời càng cao thì tỷ lệ tiết kiệm sẽ càng lớn. Bởi giữa chi phí điện năng và khoản tiết kiệm hiệu quả hàng tháng luôn tồn tại mối quan hệ chặt chẽ. Ngoài ra, tại các thành phố có lượng bức xạ mặt trời thấp và nhu cầu tiêu thụ điện cao, giá điện từ năng lượng mặt trời sẽ gia tăng nhằm giảm gánh nặng vào hệ thống. Điều này cho phép đảm bảo mức tiết kiệm hiệu quả duy trì ở mức cao.

Đánh giá chi phí và lợi ích của Powerwall 2

Trung bình mỗi gia đình tại Mỹ sử dụng khoảng 1,25 kW mỗi giờ. Như vậy, theo lý thuyết, pin dự trữ của Powerwall 2 cho phép duy trì trong 11 giờ liên tục. Nếu tiêu thụ điện có kiểm soát, những nhu cầu đơn giản như (đèn, ổ cắm và tủ lạnh) trong một ngôi nhà với 4 phòng sẽ duy trì trong vòng đủ 24 giờ. Để dễ hình dung, có thể đưa ra một thí dụ như sau: Một ngôi nhà có 4 phòng gồm:

(i) 08 bóng đèn 18 Watt sử dụng từ 6-10 giờ tối: (18 W x 4 giờ x 08).

(ii) 4 quạt máy 60 Watt mỗi ngày sử dụng khoảng 8 giờ: (60 W x 8 giờ x 04).

(iii) 1 tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục (tủ lạnh giả sử tự ngắt ½ thời gian hoạt động): (75 W x 12 giờ).

(iv) 2 tivi 40 inches chạy 8 tiếng: (84 W x 8 giờ x 02).

Như vậy, nhu cầu sử dụng 1 ngày sẽ khoảng 4,74 kWh. Khoản tiền tiết kiệm mỗi ngày là 0,57 USD (với giá điện 0,12 USD/1kWh), 207,6 USD mỗi năm và 2.076 USD sau 10 năm. Để tiện so sánh với trường hợp tại Việt Nam (giá trị bức xạ mặt trời trung bình đạt quanh 4 kWh/m2/ngày), nghiên cứu sử dụng kết quả thống kê lượng điện trung bình mỗi ngày từ hệ thống năng lượng mặt trời tại Boston là: 18,1 kWh.

Như vậy, trung bình mỗi ngày hộ gia đình đó sẽ dư thừa khoảng 13 kWh.

Khi hòa vào lưới điện quốc gia, khoản tiết kiệm mỗi ngày đạt 1.38 USD (hiệu suất truyền tải là 0,97), một năm là 503,7 USD. Thời hạn bảo hành (10 năm) nếu coi là khoảng thời gian không phát sinh thêm chi phí thì khoản tiết kiệm thêm sẽ là 5.037 USD.

Như vậy, một hệ thống năng lượng mặt trời 5kW sẽ tiết kiệm 7.113 USD trong 10 năm. Tại Việt Nam, với mức giá điện năng lượng mặt trời duy trì ở mức 9,35 cent/1 kWh, khoản tiết kiệm chỉ còn 6.142 USD trong 10 năm (tương đương 140 triệu VNĐ).

Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu của hệ thống không hề nhỏ. Một hệ thống Tesla Powerwall hoàn chỉnh sẽ gồm chi phí dành cho pin lưu trữ và tấm panel năng lượng mặt trời.

(i) Chi phí pin sạc: gồm hệ thống pin (giá đề nghị là 5.500 USD) và chi phí lắp đặt hệ thống (khoảng 700 USD). Như vậy, giá một bộ pin sạc là 6.200 USD.

(ii) Chi phí cho các tấm panel pin năng lượng mặt trời có công suất 5kW là 10.000 USD). Nếu ngôi nhà chưa được lợp mái, các sản phẩm tấm lợp năng lượng mặt trời sẽ ngốn một khoản ngân sách lên tới hơn 40.000 USD).

Nhìn chung, một hệ thống năng lượng mặt trời hoàn chỉnh của Tesla 5kW có thể tiêu tốn khoảng 16.000 USD (giá không tính hỗ trợ).

Như vậy, ngoài những lợi ích đạt được về môi trường và hệ sinh thái tiêu dùng các sản phẩm của Tesla, hệ thống pin năng lượng mặt trời có hiệu suất không cao, và thời gian thu hồi vốn kéo dài. Tuy nhiên, nhiều khả năng các nhà sản xuất trong tương lai sẽ nâng cao hiệu năng của hệ thống; đồng thời giảm chi phí sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời. Khi đó, năng lượng mặt trời hứa hẹn sẽ trở thành nguồn năng lượng bền vững và hiệu quả trong tương lai.

Nguồn tham khảo:

[1] Darrell Etherington (2016). Why Tesla’s new solar roof tiles and home battery are such a big deal. Techcrunch. Posted Oct 31, 2016.

[2] EnergySage (Truy cập ngày 28/05/2017). How to choose the best battery for a solar panel system. http://www.energysage.com/solar/solar-energy-storage/what-are-the-best-batteries-for-solar-panels/

http://www.energysage.com/solar/solar-energy-storage/what-do-solar-batteries-cost/

[3] EnergySage (Truy cập ngày 28/05/2017). What Does a 5,000 Watt (5 kW) Solar System Cost in the U.S. in 2017?

http://news.energysage.com/5kw-solar-systems-compare-prices-installers/

[4] EnergySage (Truy cập ngày 28/05/2017). Top 10 Cities for Solar (Hint: They Aren’t the Sunniest).

http://news.energysage.com/top-10-cities-for-solar-they-arent-the-sunniest/

[5] Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ được ban hành ngày 11/4/2017 về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam.

http://www.evn.com.vn/d6/news/Chinh-phu-quy-dinh-gia-ban-dien-mat-troi-tai-Viet-Nam-la-935-UscentskWh-6-17-19841.aspx