Pin năng lượng mặt trời tạo ra điện ngay cả khi trời mưa

Các nhà khoa học Trung Quốc đang phát triển loại pin năng lượng mặt trời có thể thu cả quang năng từ Mặt trời lẫn động năng từ nước, đồng nghĩa với việc có thể tạo ra điện từ những giọt mưa.

(Tấm pin năng lượng mặt trời tạo điện khi mưa)

Trong quá trình lịch sử, các nguồn cung cấp điện năng đã trải qua nhiều bước tiến hóa nhằm đạt đến mức tối ưu trong việc tạo thêm nguồn năng lượng và bảo vệ cho hành tinh xanh. Từ nhiệt điện với nguồn năng lượng hóa thạch đến điện hạt nhân, điện thủy triều, điện gió, điện mặt trời…, con người đang dần hướng đến các nguồn năng lượng sạch, không làm tổn hại đến môi trường. Đây là một bước chuyển đổi nhận thức quan trọng trong bối cảnh thế giới đang phải trải qua các tác động tiêu cực từ biến đổi khí hậu. 

Các hệ thống pin năng lượng mặt trời đã được sử dụng vô cùng rộng rãi do chi phí lắp đặt ngày càng rẻ, giảm đến 90% so với lúc ban đầu. Đây cũng là nguyên nhân khiến điện mặt trời trở thành loại điện có giá thành rẻ nhất ở rất nhiều vùng trên thế giới. Tuy nhiên, luôn tồn tại một vấn đề nan giải đó là hiệu suất của các tấm pin mặt trời luôn “tuột dốc không phanh” khi trời âm u, nhiều mây. Xuất phát từ thực tế này, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm cách khiến các loại pin mặt trời sản sinh ra nhiều điện hơn.

Đọc thêm: Tìm hiểu về tấm pin năng lượng mặt trời

Vì vậy, các nhà khoa học tại Đại học Tô Châu (Trung Quốc) đã nghiên cứu thành công một giải pháp cho phép các tấm pin mặt trời cung cấp điện ngay cả khi trời mưa. Đây là một prototype (nguyên mẫu) lai có thể sản xuất điện năng vừa nhờ ánh nắng mặt trời vừa nhờ năng lượng cơ học được tạo ra bởi các hạt mưa rơi trên thiết bị.

(Hình ảnh của tế bào “lai” có thể cung cấp điện năng cả khi trời nắng lẫn trời mưa)

TS. Zhen Wen, Viện Vật liệu linh hoạt và Nano (FUNSOM), cho biết: “Chúng tôi đã kết hợp các máy phát điện ma sát nano với các pin mặt trời đã được sử dụng trên các tấm quang điện”.

Các cuộc nghiên cứu và thử nghiệm đều đã chứng minh tính hiệu quả của giải pháp này, tuy nhiên nhóm FUNSOM còn đi xa hơn trong việc đơn giản hóa hệ thống, tạo thuận lợi cho việc triển khai đại trà trong tương lai bằng một điện cực nhạy cảm với cả hai loại năng lượng. Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ đưa công nghệ này ra thị trường trong vòng 5 năm tới

Nhóm các nhà nghiên cứu từ đại học Hải Dương Trung Quốc tại Thanh Đảo và Đại học Sư phạm Vân Nam ở Côn Minh cũng đã phát minh ra phương pháp sử dụng pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm nhạy cảm cao, phủ một lớp graphene mỏng, trên một tấm lót oxit indi và nhựa dẻo .

Công nghệ này hoạt động dựa trên thực tế là nước mưa không phải là tinh khiết: các giọt chứa ion muối tích điện dương tính của natri, canxi và amoniac. Khi các giọt mưa nằm trên một lớp graphene, nó sẽ tạo ra một ‘giả tụ điện hoá” (Giả tụ điện hóa (Pseudocapacitor) sử dụng oxit kim loại hoặc polyme dẫn điện có giả điện dung điện hóa cao. Pseudocapacitance đạt được bằng chuyển dời điện tử kiểu Faraday với các phản ứng oxy hóa khử đan xen) và sự khác biệt năng lượng tiềm ẩn giữa hai lớp này đủ mạnh để tạo ra dòng điện.

(Graphene – Siêu vật liệu được ứng dụng trong pin mặt trời)

Graphene, được gọi là vật liệu kỳ diệu được chiết xuất từ ​​graphite, vật liệu được sử dụng trong bút chì. Trở lại năm 2013, một mảnh graphene nhỏ có kích thước vi mô giá hơn 1.000 đô la, làm cho graphene trở thành một trong những vật liệu đắt nhất trên trái đất. Tuy nhiên, giá hiện nay đã giảm còn khoảng 0,10 USD / gram.

Tuy nhiên, pin mặt trời mới loại ‘thời tiết’ vẫn còn trên một giai đoạn chứng minh khái niệm. Thách thức chính của các nhà nghiên cứu là nồng độ i-on muối tương đối thấp trong nước mưa so với các dung dịch muối đã được chuẩn bị trong phòng thí nghiệm, dẫn đến khó khăn cho tấm pin mặt trời sản xuất ra sản xuất ra được nhiều điện.

Những tấm pin mặt trời mới được thiết kế này có thể giúp tăng cường công nghệ pin mặt trời hiện đang hoạt động chỉ khi ánh sáng mặt trời dồi dào. Ở những khu vực có khí hậu bị tràn ngập bởi mây và mưa, tấm pin năng lượng mặt trời mọi thời tiết này có thể cung cấp năng lượng sạch mà không thể có được với công nghệ hiện tại.

Có thể nói, nếu công nghệ pin mặt trời có thể nghiên cứu và cho ra đời thành công khả năng tạo điện từ mưa, khắc phục được nhược điểm lớn nhất của dòng năng lượng tái tạo này, khoa học sẽ có một bước phát triển vượt bậc, rất đáng để mong đợi.

Đọc thêm: Tăng hiệu suất bằng cách thay đổi hình dạng tấm pin năng lượng mặt trời