Tấm pin năng lượng mặt trời: Tăng hiệu suất bằng cách thay đổi hình dạng

Ngày 19/08/2021

Các tấm pin năng lượng mặt trời là yếu tố quan trọng hàng đầu trong quá trình chuyển dịch quang năng thành điện năng, giảm thiểu lượng phát thải khí CO2 và sự phụ thuộc vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch. Việc nghiên cứu, chế tạo thành công tấm pin năng lượng mặt trời đã góp phần mở ra một kỷ nguyên năng lượng mới cho con người. Không dừng lại ở đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu, tìm hiểu và phát hiện ra một cải tiến mới giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng gấp bội thông thường cho các tấm pin năng lượng mặt trời: tấm pin năng lượng mặt trời có mô hình bàn cờ.

tam-pin-nang-luong-mat-troi

 

Các nhà nghiên cứu khoa học cho rằng, bước đột phá này sẽ giúp con người có khả năng sản xuất ra được các tấm pin mặt trời mỏng hơn, nhẹ hơn với độ linh hoạt cao, tích hợp sâu hơn các tế bào năng lượng để cung cấp nhiều năng lượng hơn cho nhà dân hay các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời.

Nhóm nghiên cứu đến từ Đại học York của Vương quốc Anh đã kết hợp cùng Đại học Lisbon của Bồ Đào Nha đã công bố công trình nghiên cứu chỉ ra sự tác động của các thiết kế bề mặt khác nhau đến khả năng hấp thụ ánh sáng của pin năng lượng mặt trời, trong đó một tấm pin năng lượng mặt trời sẽ được tạo nền bằng cách kết hợp các pin mặt trời lại. Họ phát hiện ra rằng việc khắc một mô hình bàn cờ trên pin mặt trời có thể tăng cường dòng điện tạo ra bởi silicon tinh thể (c-Si) lên mức hiệu suất 125%.

 

tam-pin-nang-luong-măt-troi-hinh-ban-co

Ảnh tấm pin mặt trời có thiết kế bàn cờ – Dr Davide Zecca

Nhà nghiên cứu quang điện Christian Schuster từ Đại học York giải thích: “Chúng tôi đã tìm ra một mẹo đơn giản để tăng cường sự hấp thụ của các tế bào năng lượng mặt trời mỏng.” Ngay cả những chỉnh sửa rất đơn giản đối với công nghệ tấm pin mặt trời hiện có cũng có thể làm tăng đáng kể khả năng khai thác năng lượng từ mặt trời. 

Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là tìm ra phương pháp tăng khả năng hấp thụ năng lượng bằng cách thu nhận nhiều ánh sáng mặt trời hơn, đồng thời tối thiểu hóa mức độ phản xạ. Vì vậy, họ không xem xét các thiết kế cấu trúc mới dựa trên kết cấu tự nhiên hoặc các thuật toán tính toán mà tập trung đào sâu, xác định đâu là lý thuyết cốt lõi của một mô hình sở hữu khả năng tối ưu tán xạ và nhiễu xạ của ánh sáng mặt trời.

 

mo-hinh-ban-co

(So sánh hiệu suất hấp thụ ánh sáng với mô hình bàn cờ)

Kết quả cho thấy mô hình bàn cờ với các phép quay ngẫu nhiên của các đơn vị lặp lại của nó tạo ra dòng điện nhiều hơn khoảng 125% so với pin mặt trời thông thường không có thiết kế đường cách tử. Vì vậy, thiết kế này có khả năng cải thiện sự nhiễu xạ để tăng khả năng tạo điện cung cấp.

Các chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng tái tạo luôn nỗ lực tìm kiếm những cách thúc mới để cải tiến sự hấp thụ ánh sáng của pin năng lượng mặt trời. Trong đó, việc lựa chọn các loại nguyên vật liệu sản xuất là mối quan tâm rất lớn. Vật liệu để tạo ra pin mặt trời là silicon cấp năng lượng mặt trời. Trên thực tế, tinh chế nguyên liệu thô silicon là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng, vì vậy việc tạo ra các tế bào silicon mỏng hơn 10 lần cũng như thay đổi thiết kế bề mặt sẽ giảm chi phí sản xuất, nhu cầu về các nhà máy lọc dầu, đồng thời bảo vệ môi trường, góp phần dịch chuyển sang một nền kinh tế xanh.

 

tam-pin-nang-luong-mat-troi-tinh-the-silicon

 

Tiến sĩ Schuster cho biết: “Quy tắc thiết kế của chúng tôi đáp ứng tất cả các khía cạnh liên quan của việc bẫy ánh sáng cho pin mặt trời, dọn đường cho các cấu trúc nhiễu xạ đơn giản, thiết thực và nổi bật, với sự ảnh hưởng tiềm năng nằm ngoài các ứng dụng quang tử.”

Tiến sĩ còn bổ sung: “Về nguyên tắc, chúng tôi sẽ triển khai lượng điện mặt trời nhiều hơn mười lần với cùng một lượng vật liệu hấp thụ: các tế bào năng lượng mặt trời mỏng hơn mười lần có thể cho phép mở rộng nhanh chóng quang điện, tăng sản xuất điện mặt trời và giảm đáng kể lượng khí thải carbon của chúng ta.”

“Trên thực tế, vì tinh chế nguyên liệu thô silicon là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng, các tế bào silicon mỏng hơn mười lần sẽ không chỉ giảm nhu cầu về các nhà máy lọc dầu mà còn giảm chi phí, do đó thúc đẩy quá trình chuyển đổi của chúng ta sang một nền kinh tế xanh hơn.” 

Dữ liệu từ Bộ Kinh doanh, Năng lượng & Chiến lược Công nghiệp cho thấy năng lượng tái tạo – bao gồm cả điện mặt trời – chiếm 47% sản lượng điện của Vương quốc Anh trong ba tháng đầu năm 2020. 

 

nang-luong-tai-tao

 

Xuyên suốt quá trình chuyển dịch sang xu hướng sử dụng năng lượng tái tạo, công nghệ đóng một vai trò thiết yếu trong việc cải tiến các thiết bị nhằm giảm thiểu chi phí và bảo vệ môi trường, giúp con người dễ dàng tiếp cận hơn với nguồn năng lượng của tương lai này. Để có thể tối ưu khả năng khai thác năng lượng mặt trời, các nhà khoa học luôn không ngừng nỗ lực tìm tòi ra các phương pháp mới. Trong đó, pin mặt trời với thiết kế ô bàn cờ thực sự là một phát kiến có ảnh hưởng thiết thực, tạo bước tiến mới trong công cuộc tìm kiếm phương thức tối ưu hóa hiệu suất khai thác ánh sáng mặt trời.

Công nghệ thúc đẩy sự phát triển của ngành năng lượng tái tạo nói chung, ngành năng lượng mặt trời nói riêng.

Vậy có những chính sách nào tạo động lực thúc đẩy quá trình cải tiến công nghệ trong lĩnh vực năng lượng tái tạo?

⇒ Tham khảo: Chính sách giá FiT và tầm quan trọng của giá FiT đối với sự phát triển điện mặt trời

 

Tài liệu tham khảo:

University of York: Scientists see the light: New Solar panel design could lead to wider use of renewable energy

Etching a simple pattern on solar panels boosts light absorption by 125%

 

Developed by Tiepthitute
Chat với chúng tôi qua Zalo
Gọi ngay
0
Rất thích suy nghĩ của bạn, hãy bình luận.x