DMCA.com Protection Status

Tổng quan về năng lượng mặt trời  quan tâm

Được viết bởi: KNV

Cập nhật lúc 11:00 ngày 26/08/2018

Tổng quan về năng lượng mặt trời

Mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người có thể tận dụng được. Đó là một nguồn năng lượng sạch, dồi dào, tin cậy, gần như vô tận và có ở khắp nơi với mức độ mạnh yếu khác nhau. Việc thu giữ tận dụng năng lượng mặt trời (NLMT) gần như không gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường, không thải ra chất độc hại và khí nhà kính, do đó vừa đáp ứng được nhu cầu năng lượng của con người, vừa là một công nghệ sạch, không góp phần làm cho Trái đất ấm lên. 

Hai phương pháp phổ biến dùng để thu nhận và tích trữ năng lượng mặt trời là phương pháp thụ động và phương pháp chủ động. Phương pháp thụ động sử dụng các nguyên tắc thu giữ nhiệt trong cấu trúc và vật liệu của các công trình xây dựng. Phương pháp chủ động sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu bức xạ nhiệt và sử dụng các hệ thống quạt và máy bơm để phân phối nhiệt. Phương pháp thụ động có lịch sử phát triển từ lâu, trong khi phương pháp chủ động chỉ mới được phát triển chủ yếu trong thế kỷ 20.

Hai ứng dụng chính của NLMT là:

Nhiệt mặt trời: chuyển bức xạ mặt trời thành nhiệt năng, sử dụng ở các hệ thống sưởi, hoặc để đun nước tạo hơi quay tuabin máy phát điện

Điện mặt trời (ĐMT): chuyển bức xạ mặt trời (dưới dạng ánh sáng) trực tiếp thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện (Photovoltaics-PV) nhờ các pin mặt trời (PMT). 

Hai dạng hệ thống dân dụng sử dụng NLMT phổ biến nhất hiện nay là hệ thống sưởi nhờ nhiệt mặt trời và hệ thống quang điện dùng PMT. Tuy công suất lắp đặt ĐMT vẫn tương đối thấp so với một số dạng năng lượng mới khác như thủy điện và gió, nhưng nhu cầu ĐMT tăng rất nhanh trong vòng 15 năm qua, với tốc độ trung bình là 25% mỗi năm. Riêng năm 2004, tổng công suất lắp đặt các thiết bị ĐMT toàn cầu đạt 927 MW, tăng gần gấp đôi so với năm 2003 (574MW) và gấp hơn 40 lần so với 20 năm trước. Ngành NLMT đã có bước nhảy vọt trong năm 2007, với công suất lên tới 100 MW thiết bị lắp đặt mới trên toàn thế giới được đưa vào sử dụng.

Các quốc gia phát triển trên thế giới đang thúc đẩy mạnh mẽ các kế hoạch phát triển ĐMT thông qua cải thiện kỹ thuật cũng như hỗ trợ vốn. Những năng lực biến đổi để nhận được điện mặt trời giá rẻ vẫn tiếp tục là hướng chú trọng của nghiên cứu và phát triển và ngành chế tạo trên khắp thế giới.

Các PMT sử dụng hệ thống quang điện (PV) là các vật liệu để biến ánh sáng mặt trời thành dòng điện. Các tấm PMT chuyển đổi trực tiếp ánh sáng thành điện năng, như thường được thấy trong các máy tính cầm tay hay đồng hồ đeo tay. Chúng được làm từ các vật liệu bán dẫn tương tự như trong các con chip máy tính. Một khi ánh sáng mặt trời được hấp thụ bởi các vật liệu này, NLMT sẽ đánh bật các hạt điện tö (electron) năng lượng thấp trong nguyên tử của vật liệu bán dẫn, cho phép các hạt tích điện này di chuyển trong vật liệu và tạo thành điện. Quá trình chuyển đổi photon thành điện này này gọi là hiệu ứng PV. Cho dù được phát hiện từ hơn 200 năm trước, kỹ thuật PV chỉ phát triển rộng rãi trong ứng dụng dân sự kể từ cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973.

Các PMT thông thường được lắp thành một mođun khoảng 40 phiến pin, và 10 mođun được lắp gộp lại thành chuỗi dài vài mét. Các chuỗi PMT dạng phẳng này được lắp ở một góc cố định hướng về phía Nam, hoặc được lắp trên một hệ thống hiệu chỉnh hướng nắng để luôn bắt được nắng theo sự thay đổi quĩ đạo của mặt trời. Quy mô hệ thống quang điện có thể từ mức 10-20 chuỗi quang điện cho các ứng dụng dân sự, cho đến hệ thống lớn bao gồm hàng trăm chuỗi quang điện kết nối với nhau để cung cấp cho các cơ sở sản xuất điện hay trong các ứng dụng công nghiệp...

Một số dạng PMT được thiết kế để vận hành trong điều kiện ánh sáng mặt trời hội tụ nhờ các lăng kính. Phương pháp này có mặt ưu điểm và nhược điểm so với mạng PMT dạng phẳng (Flat-plate PV). Mặt ưu điểm là nó sử dụng rất ít các vật liệu bán dẫn đắt tiền trong khi đó lại hấp thu tối đa ánh sáng mặt trời. Mặt nhược điểm là các lăng kính hội tụ phải được hướng thẳng đến mặt trời, do đó việc sử dụng các hệ hấp thu tập trung chỉ khai triển ở những khu vực có nắng nhiều nhất, đa số đòi hỏi việc sử dụng các thiết bị hiệu chỉnh hướng nắng kỹ thuật cao, phức tạp.

Hiệu quả của PMT phụ thuộc trực tiếp vào hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện năng của phiến quang điện. Chỉ có ánh sáng mặt trời với mức năng lượng nhất định mới có thể chuyển đổi một cách hiệu quả thành điện năng, chưa kể đến một phần lớn lượng ánh sáng bị phản chiếu lại hoặc hấp thu bởi vật liệu cấu thành phiến. Do đó, hiệu suất tiêu biểu cho các loại PMT thương mại hiện nay vẫn tương đối thấp, khoảng 15% (tương đương với 1/6 bức xạ Mặt trời chiếu đến pin được chuyển thành điện). Hiệu suất thấp dẫn đến việc đòi hỏi tăng diện tích lắp đặt để đạt được công suất đưa ra, tức là tăng giá thành sản xuất. Do đó, mục tiêu hành đầu hiện nay của ngành công nghiệp ĐMT là tăng hiệu quả pin và giảm giá thành trên đơn vị phiến pin.

Công nghệ PV cho đến nay gồm 3 loại chủ yếu như sau:

- Thế hệ 1 dựa vào silic và các phương pháp chế tạo của ngành công nghiệp bán dẫn;

- Thế hệ 2 dựa vào những vật liệu màng mỏng và những phương pháp được phát triển trong các ngành chế tạo màng và chất phủ.

- Thế hệ 3 là một loạt các công nghệ và các cách tiếp cận chế tạo mới, hứa hẹn nâng cao hiệu suất biến đổi năng lượng, giảm chi phí chế tạo.

Nhiều chuyên gia tin rằng chiến lược tốt nhất để tận dụng tiềm năng to lớn của ánh sáng mặt trời là thông qua các công nghệ thế hệ 2 và 3.

Việc phân định công nghệ PV thành 3 thế hệ là dựa vào: (1) những vật liệu và quy trình chế tạo được sử dụng và (2) hiệu năng biến đổi cực đại mà về lý thuyết chúng có thể nhận được. Ranh giới giữa thế hệ 2 và 3 đôi khi không rõ rệt.

Ba thế hệ công nghệ và những công nghệ nằm trong đó cạnh tranh nhau để tăng hiệu năng, giảm giá thành vật liệu và chi phí chế tạo. Năm 2006, những công nghệ thế hệ 1 chiếm 90% doanh số. Nhìn chung, chúng có hiệu năng cao nhất, nhưng giá thành vật liệu và chi phí chế tạo cao. Giá thành những mođun PV dựa vào vật liệu công nghệ thế hệ 1 ước tính khoảng 3-4 USD/W. Khi kể cả những thiết bị cân bằng hệ thống khác, chẳng hạn như bộ biến đổi điện một chiều thành xoay chiều, các bộ acquy, thì giá thành tăng lên 6-8 USD/W. Nghĩa là giá điện của các hệ thống PV sản xuất ra là vào khoảng 0,25-0,65 USD/kWh, lớn hơn một bậc so với giá điện sản xuất từ than đốt hiện nay.

Những công nghệ thế hệ 2 - thường gọi là PV màng mỏng, vì chúng được chế tạo từ các vật liệu màng mỏng-có doanh số năm 2006 chiếm từ 7%, năm 2007 tăng lên 11%, một phần do giá silic tăng. Mặc dù vật liệu màng mỏng thường có hiệu năng biến đổi thấp, nhưng giá thành vật liệu lại thấp hơn vì: (1) giảm hoặc loại bỏ được lượng silic hoặc vật liệu cần thiết khác, và (2) sử dụng những phương pháp chế tạo có chi phí thấp. Vì vậy, những công nghệ màng mỏng được hưởng lợi từ giá thành cao của silic.

Các công nghệ pin màng mỏng phổ biến nhất là được chế tạo từ silic vô định hình. Những hãng như Sharp, United Solar Ovonic và Mitsubishi sử dụng công nghệ này. Vì công nghệ dựa vào silic nên nó cũng bị tác động bởi sự tăng giá của silic, nhưng dẫu sao nó vẫn sử dụng silic ít hơn nhiều so với công nghệ thế hệ thứ nhất.

Theo Manufacturing and Technology News 2008, First Solar là hãng PV đang tăng trưởng nhanh nhất thế giới. Sự tăng trưởng của hãng được tạo động lực một phần từ việc dựa vào vật liệu cadmium telluride (CdFe), và sự cạnh tranh từ phía các hãng khác đang gia tăng. Ví dụ, tháng 9/2007, AVA Solar thông báo xây dựng một xí nghiệp sản lượng 200 MW cho các môđun màng mỏng CdFe, dự kiến đưa vào sản xuất vào cuối năm 2008. Những công ty nhỏ khác đang tiến hành nghiên cứu trong lĩnh vực này gồm PrimeStar Solar.

SoloPower, Miasole, Narosolar, Heliovolt và Ascent Solar đang phát triển những tấm mảng mỏng từ đồng indium gallicum selenide (CIGS). Hãng có năng lực chế tạo là 20 MW (sử dụng phương pháp kết tủa điện hóa) vào năm 2008 và hy vọng nâng lên 120 MW vào cuối năm 2010. Miasole cũng đang dự định bắt đầu chế tạo, trên cơ sở sử dụng cách tiếp cận khuếch tán kết tủa chân không. Cũng vào tháng 12/2007, Nanosolar chuẩn bị thương mại hóa PV màng mỏng CIGS, với hiệu suất của mođun đạt hơn 10%. Cách tiếp cận của hãng là dựa vào kỹ thuật in mực hạt nano năng suất cao lên dải kim loại. Hãng bắt đầu sản xuất hết công suất, với sản lượng 430 MW vào năm 2008.

Heliovolt sử dụng kỹ thuật in nhanh để phủ vật liệu CIGS lên nền kính. Các tấm PV của hãng đạt hiệu suất 10-12% tại nhà máy chế thử được khai trương vào năm 2006. Tháng 10/2008, hãng khai trương thêm 1 xí nghiệp rộng 122.400 ft2 tại Austin, Texas.

Ascent Solar đang phát triển công nghệ màng mỏng CIGS với chất nền là chất dẻo. Sản phẩm đưa ra có trọng lượng nhẹ, mềm dẻo và có thể kết hợp với vật liệu xây dựng. Gần đây, Ascent đã đạt được thỏa thuận với Gisosa Sociedad của Tây Ban Nha để kết hợp công nghệ này với các sản phẩm mái cao su, được phân phối rộng khắp trên toàn châu Âu.

Các công nghệ có phạm vi rất đa dạng của thế hệ 3 chủ yếu đang ở pha nghiên cứu nhưng hứa hẹn sẽ đem lại hiệu năng cao hơn, đồng thời chi phí cũng thấp hơn. Những công nghệ đó tìm cách biến đổi một tỷ lệ lớn của phổ ánh sáng mặt trời thành điện thông qua một loạt các vật liệu, công nghệ và phương pháp chế tạo mới.

Một số cách tiếp cận được dùng cho các công nghệ thế hệ 3 như sau:

- Pin PV nhạy cảm với chất nhuộm;

- Chấm và giếng lượng tử;

- Pin PV hữu cơ

- Các công nghệ dựa vào kỹ thuật nano khác.

Nhiều công nghệ trong đó kết hợp 2 cách tiếp cận trên cùng một lúc hoặc nhiều hơn, cho thấy sự tinh xảo của ngành chế tạo PV.

Mặc dù giá thành của các công nghệ thế hệ 1 là cao, song cả chi phí lẫn hiệu năng của chúng đều được cải thiện rất nhiều ở vài thập kỷ qua. Hiệu suất của những pin PV thương mại đã tăng từ 6% lên hơn 15%. Giá thành của chúng cũng giảm từ 20 USD/W hồi thập kỷ 70 xuống 2,7 USD/W năm 2004, trước khi giá silic tăng buộc giá PV phải tăng theo. Trong phòng thí nghiệm và những ứng dụng trên vũ trụ, những vật liệu và kỹ thuật tiên tiến đã đạt tới hiệu năng là 35-45%.

Nhiệt mặt trời

Kể từ đầu những năm 60 thế kỷ 19, khi nhà sáng chế Auguste Mouchout người Pháp sử dụng một chiếc nồi kín bằng thuỷ tinh, một chiếc đĩa hình parabôn mài bóng và sức nóng mặt trời để tạo ra hơi nước, cấp cho chiếc động cơ hơi nước đầu tiên chạy bằng NLMT thì đến nay, công nghệ nhiệt mặt trời đã có những bước tiến dài.

Giờ đây đã có hàng loạt các thế hệ công nghệ đang hoặc sẵn sàng được sử dụng - trong đó phải kể đến máng gương parabôn, tháp năng lượng, và hệ thống đĩa/động cơ - và một số hệ thống khác đang trong quá trình triển khai.

Công nghệ tập trung nhiệt mặt trời

Không giống như PV sử dụng vật liệu bán dẫn để chuyển ánh sáng trực tiếp thành điện năng, các nhà máy dùng công nghệ tập trung năng lượng mặt trời (Concentrating Solar Power - CSP) sản xuất điện nhờ sử dụng nhiệt. Các nhà máy này đòi hỏi một lượng lớn bức xạ mặt trời trực tiếp mới có thể hoạt động hiệu quả, nên sa mạc là nơi lý tưởng đặt cơ sở sản xuất.

Hai lợi ích lớn nhất của CSP so với các nhà máy điện thông thường là hoạt động sản xuất điện “sạch” và không thải ra lượng khí CO2, do mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng nên không mất chi phí nhiên liệu. Việc tích trữ năng lượng dưới dạng nhiệt cũng rẻ hơn nhiều so với việc tích trữ dưới dạng ắcquy nên CSP hiệu quả kinh tế hơn, thậm chí còn tránh được tình trạng gián đoạn trong cấp phát điện.

 Trên phạm vi toàn thế giới công suất lắp đặt CSP sẽ đạt 6.400 MW vào năm 2014 -gấp 14 lần so với tổng công suất hiện nay.

Mỹ và Tây Ban Nha hiện là hai nước dẫn đầu thế giới về phát triển NLMT  với công suất mới dự kiến được đưa vào sử dụng năm 2012 đạt tổng cộng trên 5.600 MW, chiếm trên 90% công suất mới ước tính vào năm đó. Sản lượng từ những nhà máy NLMT sẽ đủ để đáp ứng nhu cầu điện của hơn 1,7 triệu hộ gia đình.

Tổ hợp sản xuất điện nhiệt mặt trời lớn nhất đang hoạt động hiện nay là ở sa mạc Mojave, California, Mỹ. Đi vào hoạt động trong giai đoạn 1985 và 1991, tổ hợp có công suất 354 MW này đã sản xuất đủ điện cung cấp cho 100.000 hộ gia đình trong gần 2 thập kỷ qua. Hiện nay, hàng chục nhà máy CSP mới đang được tiến hành xây dựng ở Mỹ với công suất dự kiến được đưa vào sử dụng năm 2012 đạt 3.100 MW.

Tại Tây Ban Nha, nhà máy CSP có quy mô thương mại đầu tiên bắt đầu hoạt động từ giữa thập kỷ 80 và được sử dụng hết công suất vào năm 2007. Ngoài Mỹ và Tây Ban Nha, các quy định khuyến khích phát triển ở Pháp, Hy Lạp, Italia và Bồ Đào Nha dự kiến nâng công suất lắt đặt CSP lên 3.200 MW vào năm 2020. Trung Quốc cũng dự định lắp đặt nhà máy công suất 1.000 MW vào thời điểm đó. Các nước phát triển CSP khác bao gồm Ôxtrâylia, Angiêri, Ai Cập, Iran, Ixraen, Gioócđani, Mêhicô, Marốc, Nam Phi và Arập.

Diện tích đất đòi hỏi cho các nhà máy CSP vào khoảng 38.850 km2, như vậy nếu xét trên một đơn vị sản lượng điện thì các nhà máy CSP sử dụng ít đất hơn so với các đập thuỷ điện lớn khi tính cả diện tích đất ngật lụt, và cũng ít hơn các nhà máy đốt than tính cả nhân tố lượng đất được sử dụng cho hoạt động khai mỏ.

Một nghiên cứu khác, được công bố trên Scientific American hồi tháng 1/2008, đề nghị sử dụng các nhà máy CSP và PV để sản xuất 69% lượng điện và 35% tổng năng lượng của Mỹ bao gồm cả nguồn năng lượng phục vụ lĩnh vực giao thông vận tải vào năm 2050.

Các nhà máy CSP chiếm chưa đến 0,3% diện tích sa mạc của Bắc Phi và Trung Đông vẫn có thể sản xuất đủ điện để cung cấp cho những nhu cầu của hai khu vực này cộng thêm với Liên minh châu Âu (EU). Nhận thức được điều này, cơ quan Hợp tác NLTT Liên Địa Trung Hải - gồm Câu lạc bộ Rom, Quỹ Bảo tồn Khí hậu Hamburg và Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Quốc gia Gioócđani - đã đưa ra ý tưởng DESERTEC vào năm 2003. Kế hoạch này nhằm truyền tải điện sang châu Âu từ Trung Đông và Bắc Phi với công suất lắp đặt 100.000 MW CSP khắp Trung Đông và Bắc Phi vào năm 2050. Việc chuyển giao điện sang châu Âu sẽ thực hiện thông qua hệ thống dây cáp truyền tải hiện nay qua Địa Trung Hải. Angiêri cũng đưa ra kế hoạch xây dựng đường dây cáp 3.000 km nối giữa thị trấn Adrar của Angiêri và thành phố Aachen của Đức để xuất khẩu 6.000 MW điện sản xuất từ NLMT vào năm 2020.

Nếu tốc độ tăng trưởng hàng năm của CSP đến hết năm 2012 được tiếp tục duy trì đến năm 2020, thì công suất CSP lắp đặt trên toàn cầu dự kiến sẽ vượt 200.000 MW, tương đương với 135 nhà máy điện đốt than. Với hàng tỷ USD bắt đầu đổ vào ngành CSP và những hạn chế của Mỹ về khí thải CO2 ngày càng trở nên rõ ràng, mục tiêu chính của CSP là phải đạt được công suất như vậy.

Công ty Ausra Inc. đã đưa vào hoạt động trạm năng lượng nhiệt mặt trời Kimberlina tại Bakersfield, California. Đây là trạm nhiệt điện mặt trời đầu tiên kể từ khi Công ty FPL Energy xây dựng 9 hệ thống sản xuất NLMT tại sa mạc Mojave vào cuối thập kỷ 80 và đầu thập kỷ 90. Trạm Kimberlina công suất 5 MW điện sử dụng công nghệ CSP “thế hệ mới”, theo cách gọi của Ausra Inc., và công ty này nói rằng trạm phát điện này được xây dựng theo mẫu của trạm nhiệt điện Liddell ở bang New South Wales (Ôxtrâylia).

Trạm bao gồm các dãy gương dài cỡ 300m. Các tuyến thu năng lượng sẽ phát ra 25MW nhiệt năng làm quay một tuabin hơi tại trạm phát điện năng lượng sạch cạnh đó. Theo công ty Ausra, họ đã giảm được chi phí nhờ đơn giản hoá thiết kế và sản xuất gương hàng loạt tại nhà máy của họ tại Las Vegas (bang Nevada).

Kimberlina chỉ là bước khởi đầu của nhà máy nhiệt điện mặt trời tại bang California. Hiện nay Ausra đang triển khai một nhà máy nhiệt điện công suất 177 MW tại Carrizo Plains, ở phía tây Bakersfield. Ngoài nhà máy trên, Ban Năng lượng bang California đang xét duyệt các đề xuất về 5 nhà máy nhiệt ĐMT cỡ lớn, bao gồm SES Solar Two (750 MW) của công ty Stirling Energy Systems, tháp NLMT Ivanpah (400 MW) của công ty BrightSource, dự án máng thu NLMT (250 MW) của công ty Beacon Solar tại Kern County và 2 dự án năng lượng hỗn hợp (hybrid) có sử dụng máng thu NLMT để tạo ra công suất tổng là 112 MW. Sáu dự án nói trên cộng lại sẽ bổ sung 1.689 MW cho lưới điện. Văn phòng Quản lý Đất đai cũng đang nghiên cứu yêu cầu đầu tư 34 nhà máy ĐMT nữa tại miền Nam California, với tổng công suất khoảng 24 GW.

Tuabin hơi nước tháp mặt trời

Theo công ty Siemens Energy, họ sẽ cung cấp động cơ hơi nước công nghiệp cho một trong những nhà máy điện tháp mặt trời (Solar Tower) vận hành thương mại đầu tiên, đó là dự án Solar Tres (19 MW) của công ty Sener, đặt ở gần Seville (Tây Ban Nha), đã khởi công cách đây 7 năm. Để tập trung ánh sáng mặt trời, nhà máy điện này sẽ sử dụng hệ thống gương dõi theo mặt trời được bố trí thành hàng xung quanh tháp và phản xạ ánh sáng trực tiếp vào bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao khoảng 400 foot (120 m).

Các gương dõi theo mặt trời (Heliostat) sẽ được bố trí trên diện tích 0,32 km2, tức là khoảng bằng 60 lần diện tích sân bóng đá. Trong dự án này, muối được sử dụng để truyền nhiệt bên trong bộ thu, thay cho dầu nhiệt (ThermoOil) theo cách truyền thống. Ánh sáng Mặt Trời tập trung sẽ tạo ra nhiệt độ trên 900oC tại thiết bị thu. Kết quả là muối khi bị nung nóng lên tới khoảng 565oC, sẽ chuyển sang trạng thái lỏng và chảy qua bộ trao đổi nhiệt, tạo ra đủ hơi nước làm quay tổ máy phát điện turbin.
Siemens, hãng chuyên chế tạo tuabin dùng trong các nhà máy nhiệt điện mặt trời dùng gương parabôn, đã chế tạo riêng tuabin SST-600 loại 2 xilanh gia nhiệt lại để đáp ứng các yêu cầu công nghệ cho dự án tháp mặt trời Sener. Theo Công ty Siemens, việc gia nhiệt lại sẽ nâng cao hiệu suất chung của nhà máy. Siemens cũng kết hợp với Sener tìm ra thiết kế bảo vệ để turbin hơi không bị nguội quá mức vào ban đêm.

Gương parabôn không có thuỷ tinh

Phần lớn các máng gương parabôn đều làm bằng thuỷ tinh uốn cong rất nặng. Tuy nhiên, SkyFuel Inc., một công ty mới khởi sự đã chế tạo ra vật liệu mang tên ReflecTech, loại màng mỏng polymer mạ bạc có tính phản quang cao, khó vỡ, được gắn vào các tấm nhôm mỏng. Màng mỏng này có nhiều ưu điểm: cho phép chế tạo các tấm phân đoạn lớn hơn, và do vậy số lượng yêu cầu ít hơn so với các thiết kế máng gương trước đây, và theo SkyFuel, có thể giảm được chi phí cho máng parabôn tập trung ánh sáng tới 35% và chế tạo với khối lượng lớn.

Công nghệ hỗn hợp năng lượng nhiệt mặt trời

Tháng 10/2008, Viện nghiên cứu Điện lực Mỹ (EPRI) bắt đầu chương trình nghiên cứu tại 2 nhà máy chu trình hỗn hợp đốt khí tự nhiên - nhà máy Griffith Energy của công ty Dynegy Inc. tại Kingman (bang Arizona) và nhà máy điện Chuck Lenzie của công ty NV Energy, gần Las Vegas (bang Nevada) - nhằm giúp các công ty điện lực bổ sung NLMT cho các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hoá thạch. Trong khuôn khổ một công trình nghiên cứu lớn hơn vào năm 2009, EPRI thực hiện công trình nghiên cứu song song tại các nhà máy nhiệt điện than.

Các dự án bao gồm việc bổ sung hơi tạo ra nhờ nhiệt Mặt trời cho nhà máy chu trình hỗn hợp chạy bằng nhiên liệu hoá thạch truyền thống, nhằm tiết kiệm một phần than hoặc khí tự nhiên hoặc tăng sản lượng điện chung của nhà máy.

Theo lập luận của EPRI thì 27 bang của Mỹ đã có chính sách về mức chuẩn áp dụng NLTT, trong đó một số bang đề ra tỷ lệ bắt buộc về NLMT. Tuy nhiên, hiện nay đa số các ứng dụng NLMT còn chưa đủ sức cạnh tranh về chi phí so với các phương án phát điện khác. Theo EPRI, sử dụng NLMT để hỗ trợ than hoặc khí tự nhiên có thể “là phương án có chi phí thấp nhất để bổ sung cho nguồn điện, vì phương án này sử dụng các công trình điện hiện có, ngoài ra vì cường độ NLMT mạnh nhất thường vào thời điểm phụ tải đỉnh mùa hè, điều này khiến cho chu kỳ hơi được NLMT hỗ trợ trở thành phương án thực sự hấp dẫn”. Tuy nhiên, CSP còn có nhiều trở ngại phải vượt qua. Trở ngại lớn nhất đối với các công ty điện lực là giá thành vẫn còn cao. Mặc dầu hiện nay điện năng từ NLMT tập trung rẻ hơn so với các tấm PMT, nhưng nói chung vẫn ở vào khoảng 15 - 20 cent/kWh, cao hơn nhiều so với điện năng từ nhiên liệu hóa thạch và gió (mặc dầu năng lượng gió “thất thường” hơn so với nhà máy CSP có vị trí tốt, và nói chung thời điểm phát công suất đỉnh của phong điện không trùng với đỉnh phụ tải).

Tuy vậy, giá của CSP đang giảm, đồng thời mức gia tăng dự kiến về xây dựng mới các nhà máy sẽ giúp giá thành của chúng tiếp tục hạ xuống. Ít nhất, đã có một công ty nói rằng họ đã giải quyết được vấn đề về chi phí. Công ty Mỹ-Australia Ausra có bản quyền thiết kế mới có thể sản xuất điện năng với giá 10 cent/kWh. Không chỉ vì thiết kế của Ausra rẻ hơn mà công ty này còn tiết kiệm tiền bằng cách chế tạo các tổ máy càng gần nơi lắp đặt càng tốt, để giảm chi phí vận chuyển. Ausra hiện đang xây dựng một nhà máy chế tạo thiết bị CSP “lớn nhất thế giới” ở Nevada, có khả năng sản xuất thiết bị lắp đặt 700 MW công suất mỗi năm cho các hệ thống mới để cung cấp điện cho thị trường “nóng” miền Tây Nam nước Mỹ. Các công ty khác cũng cắt giảm giá thành tổ máy bằng cách sử dụng vật liệu nhẹ hơn, ít chi tiết chuyển động hơn cùng nhiều cải tiến khác.

Một nhân tố sẽ cho phép CSP cạnh tranh sớm hơn với nhiên liệu hóa thạch trên một sân chơi bình đẳng là giá than. Theo một bài viết mới đây trên Tạp chí EnergyBiz, ông David Crane, giám đốc điều hành của NRG Energy Inc. đã nói: “Mọi người đều cho rằng sắp tới giá than sẽ tăng. Điều đó có thể sẽ khiến giá thành điện sản xuất từ than tăng lên đáng kể”.

Một thách thức lớn nữa đối với CSP là khả năng sản xuất năng lượng “24/7”, giống như các nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hóa thạch. Các nhà máy CSP có thể phải tích trữ trong 16 giờ để có thể phát điện cả ngày. Ausra nói rằng các nhà máy nguyên mẫu của họ có thể tích trữ năng lượng trong 20 giờ - một bước đột phá mà nếu thực hiện được không chỉ ở giai đoạn chạy thử, thì sẽ đưa Ausra lên vị trí dẫn đầu. Bộ thu gom năng lượng mặt trời của Ausra sử dụng một hệ thống tích trữ năng lượng đã đăng ký bản quyền, nhưng ý tưởng cơ bản là tập trung ánh sáng vào các ống chứa đầy nước, như vậy sẽ trực tiếp sinh ra hơi. Tích trữ nhiệt hiệu quả hơn tích trữ điện: chỉ có 2 - 7% năng lượng bị tổn thất trong hệ thống trữ nhiệt, so với tổn thất ít nhất là 15% khi năng lượng được trữ trong ắcquy, theo đánh giá của MIT Technology Review. Ausra đã khởi công xây dựng một nhà máy thương mại công suất 175 MW ở California vào cuối năm 2008.