Công nghệ năng lượng mặt trời mới nhất

with Không có phản hồi

Các công nghệ năng lượng mặt trời đã phát triển rất nhiều kể từ khi chúng ra mắt lần đầu tiên vào những năm 1960. Trong khi trước đây quang điện mặt trời (PV) được coi là thứ của tương lai, thì ngày nay, những đột phá về công nghệ đã định vị cho ngành công nghiệp phát triển vượt bậc.

Hàng loạt phát triển mới trong công nghệ điện mặt trời cũng hứa hẹn sẽ góp phần vào thành công của ngành.

Những tiến bộ trong công nghệ pin mặt trời

Các nhà nghiên cứu đã mong muốn tìm kiếm các cách để cải thiện hiệu suất và hiệu quả chi phí của pin mặt trời – máu sống của hệ thống điện mặt trời. Một mảng PV năng lượng mặt trời bao gồm hàng trăm, đôi khi hàng nghìn pin mặt trời, chuyển đổi riêng lẻ ánh sáng mặt trời bức xạ thành dòng điện. Pin mặt trời trung bình có hiệu suất khoảng 15%, có nghĩa là gần 85% ánh sáng mặt trời chiếu vào chúng không được chuyển hóa thành điện năng. Do đó, các nhà khoa học đã không ngừng thử nghiệm các công nghệ mới để thúc đẩy quá trình thu nhận và chuyển đổi ánh sáng này.

Các hạt Nano nhạy cảm với ánh sáng.Gần đây, một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Toronto đã tiết lộ một loại hạt nano nhạy cảm với ánh sáng mới được gọi là chấm lượng tử dạng keo, mà nhiều người tin rằng sẽ cung cấp một loại vật liệu rẻ hơn và linh hoạt hơn cho pin mặt trời. Cụ thể, các vật liệu mới sử dụng chất bán dẫn loại n và loại p – nhưng những chất bán dẫn thực sự có thể hoạt động ngoài trời. Đây là một khám phá độc đáo vì các thiết kế trước đây không có khả năng hoạt động ngoài trời và do đó không phải là ứng dụng thực tế cho thị trường năng lượng mặt trời. Các nhà nghiên cứu của Đại học Toronto phát hiện ra rằng vật liệu loại n liên kết với oxy – các chấm lượng tử dạng keo mới không liên kết với không khí và do đó có thể duy trì sự ổn định của chúng ở bên ngoài. Điều này giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng bức xạ. Các tấm sử dụng công nghệ mới này được phát hiện có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn tới 8%.

Gali Arsenide. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Imperial College ở London tin rằng họ đã phát hiện ra một vật liệu mới – gali arsenide – có thể làm cho hệ thống điện mặt trời hiệu quả hơn gần ba lần so với các sản phẩm hiện có trên thị trường. Các tế bào năng lượng mặt trời được gọi là “tế bào tiếp giáp ba” và chúng hiệu quả hơn nhiều, bởi vì chúng có thể được thay đổi về mặt hóa học theo cách tối ưu hóa khả năng thu nhận ánh sáng mặt trời. Mô hình sử dụng rèm cửa sổ điều khiển bằng cảm biến có thể theo dõi ánh sáng mặt trời cùng với “ống dẫn ánh sáng” dẫn ánh sáng vào hệ thống.

Những tiến bộ trong lưu trữ năng lượng

Một trọng tâm chính khác của các nhà khoa học là tìm ra những phương pháp mới để lưu trữ năng lượng do các hệ thống điện mặt trời tạo ra. Hiện tại, điện phần lớn là một dạng tài nguyên “sử dụng được hoặc mất đi”, theo đó một khi được tạo ra bởi hệ thống điện mặt trời (hoặc bất kỳ loại nguồn nhiên liệu nào), điện sẽ được hòa vào lưới điện và phải được sử dụng ngay lập tức hoặc bị mất đi. Vì ánh sáng mặt trời không chiếu sáng hai mươi bốn giờ một ngày, điều này có nghĩa là hầu hết các hệ thống điện mặt trời chỉ đáp ứng nhu cầu điện cho một phần trong ngày – kết quả là, rất nhiều điện bị mất, nếu nó không được sử dụng. Có một số loại pin trên thị trường có thể lưu trữ năng lượng này, nhưng ngay cả những loại công nghệ cao nhất cũng khá kém hiệu quả; chúng cũng đắt tiền và có thời hạn sử dụng khá ngắn, khiến chúng không phải là lựa chọn hấp dẫn nhất cho các công ty tiện ích và người tiêu dùng.

Công nghệ bảo quản muối nóng chảy. Một công ty có tên là Novatec Solar gần đây đã đưa vào sử dụng một giải pháp lưu trữ năng lượng đầy hứa hẹn cho các hệ thống điện mặt trời sử dụng công nghệ lưu trữ muối nóng chảy. Quá trình sử dụng các muối vô cơ để chuyển năng lượng được tạo ra bởi các hệ thống điện mặt trời thành nhiệt năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng chất lỏng truyền nhiệt chứ không phải dầu như một số hệ thống lưu trữ. Kết quả là các nhà máy năng lượng mặt trời có thể hoạt động ở nhiệt độ trên 500 độ C, dẫn đến sản lượng điện cao hơn nhiều. Điều này có nghĩa là chi phí lưu trữ năng lượng mặt trời sẽ giảm đáng kể và các công ty tiện ích cuối cùng có thể sử dụng các nhà máy điện mặt trời làm nhà máy phụ tải cơ bản thay vì đáp ứng nhu cầu cao điểm vào các giờ ban ngày.

Bảng điều khiển năng lượng mặt trời với pin tích hợp. Trong một dự án do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tài trợ, các nhà nghiên cứu của Đại học Bang Ohio gần đây đã thông báo rằng họ đã tạo ra một loại pin hiệu quả hơn 20% và rẻ hơn 25% so với bất kỳ loại pin nào trên thị trường hiện nay. Bí mật của thiết kế là pin sạc được tích hợp trong tấm pin năng lượng mặt trời, thay vì hoạt động như hai hệ thống độc lập. Bằng cách kết hợp hai thành một hệ thống, các nhà khoa học cho biết họ có thể giảm 25% chi phí so với các sản phẩm hiện có.

Những tiến bộ trong sản xuất pin mặt trời

Một lĩnh vực khác khiến công nghệ điện mặt trời có chi phí cao so với các nguồn nhiên liệu truyền thống là quy trình sản xuất. Các nhà khoa học cũng đang tập trung vào các cách để nâng cao hiệu quả của cách sản xuất các thành phần năng lượng mặt trời.

Magie Clorua.Trong khi hơn 90% tấm pin mặt trời trên thị trường hiện nay bao gồm chất bán dẫn silicon, thành phần quan trọng để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, nhiều người tin rằng thế hệ tấm pin mặt trời tiếp theo sẽ được làm bằng công nghệ màng mỏng sử dụng các lớp phủ hẹp của cadmium telluride trong pin mặt trời – công nghệ này hứa hẹn sẽ là một cách rẻ hơn và hiệu quả hơn nhiều để tham gia vào quá trình quang điện. Một trở ngại lớn đối với các tế bào màng mỏng cadmium telluride là chúng trở nên không ổn định cao trong quá trình sản xuất, hiện đang sử dụng cadmium clorua. Các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một cách mới, an toàn và có vẻ rẻ để vượt qua rào cản này bằng cách sử dụng một vật liệu gọi là magie clorua thay thế cho clorua cadmi. Magiê clorua được thu hồi từ nước biển, một nguồn tài nguyên dồi dào, điều này làm cho chi phí tài nguyên rất thấp, cũng như không độc hại. Việc thay thế quy trình sản xuất bằng vật liệu này hứa hẹn sẽ tăng hiệu suất của các pin mặt trời này từ hai phần trăm lên đến mười lăm phần trăm.

Ứng dụng năng lượng mặt trời mới

Khi hầu hết mọi người nghĩ về các hệ thống điện mặt trời, họ nghĩ về chúng trên mái nhà hoặc được gắn để sử dụng ở quy mô công nghiệp. Nhưng các nhà nghiên cứu đang khám phá một số ứng dụng năng lượng mặt trời độc đáo có thể hứa hẹn sẽ thay đổi ngành công nghiệp.

Đường năng lượng mặt trời. Các nhà khoa học đang khám phá các cách để thực sự nối các đường cao tốc và đường bộ bằng các tấm pin mặt trời sau đó sẽ được sử dụng để triển khai một lượng lớn điện vào lưới điện. Điều này sẽ giúp vượt qua rào cản lớn đối với năng lượng mặt trời quy mô công nghiệp, thứ mà các đối thủ cho rằng có nguy cơ chiếm quá nhiều đất. Đường năng lượng mặt trời đã xuất hiện ở Hà Lan.

Năng lượng mặt trời nổi. Một cách khác để giải quyết các mối quan tâm về sử dụng đất liên quan đến năng lượng mặt trời trên diện rộng là lắp đặt các nhà máy năng lượng mặt trời trên mặt nước, vì hơn 70% bề mặt Trái đất được bao phủ trong nước. Một số nhà nghiên cứu, bao gồm một công ty của Pháp có tên là Ciel et Terre, đang thử nghiệm công nghệ này. Công ty có các dự án được thành lập ở Pháp, Nhật, Anh và các nơi khác trên thế giới cũng đang thử nghiệm các dự án bao gồm một dự án ở Ấn Độ và California ở Mỹ.

Không gian dựa trên năng lượng mặt trời. Các nhà khoa học đang hồi sinh một công nghệ đã được thử nghiệm lần đầu tiên hơn bốn mươi năm trước, trong đó các vệ tinh trong không gian thu nhận ánh sáng mặt trời và chuyển nó thành năng lượng vi sóng sau đó được chiếu trở lại trái đất. Loại công nghệ này hứa hẹn sẽ thu được lượng ánh sáng mặt trời nhiều hơn đáng kể (gần chín mươi phần trăm) vì các vệ tinh có thể được định vị để tối ưu hóa việc thu nhận ánh sáng suốt ngày đêm. Ấn Độ, Trung Quốc và Nhật Bản hiện đang đầu tư rất nhiều vào các công nghệ này.