Tấm pin năng lượng mặt trời tự làm mát

Ngày nay, trên thế giới có hơn 600 gigawatt công suất điện mặt trời, cung cấp 3% nhu cầu điện toàn cầu. Công suất đó dự kiến sẽ tăng gấp năm lần trong thập kỷ tới. Hầu hết, các tấm năng lượng mặt trời sử dụng silicon để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện. Nhưng các tế bào silicon điển hình chỉ chuyển đổi 20% năng lượng của mặt trời chiếu vào chúng thành dòng điện. Phần lớn năng lượng dư thừa còn lại biến thành nhiệt, có thể làm ấm các tấm năng lượng nóng lên tới 40°C. Và khi nhiệt độ tấm năng lượng mặt trời càng lên trên mức 25°C, hiệu suất của chúng càng giảm xuống.

Công nghệ mới “làm mát” pin mặt trời vừa làm tăng sản lượng điện vừa bảo vệ các tấm pin khỏi bị ảnh hưởng của thời tiết. Nguồn ảnh: sciencemag.org

Các nhà khoa học vật liệu ở Trường Đại học Maryland (Hoa Kỳ) Mỹ và Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung (Trung Quốc) đã phát minh ra loại vật liệu có thể hấp thụ hơi nước từ không khí và kết tụ lại, trong đó có một loại gel hấp thụ mạnh hơi nước vào ban đêm, khi không khí mát mẻ và độ ẩm cao. Gel này là một hỗn hợp ống nano carbon trong các loại polymer với muối canxi clorit ngậm nước, làm cho hơi nước ngưng tụ thành những giọt nhỏ được giữ lại trong gel. Khi gặp nhiệt độ cao vào ban ngày, gel sẽ giải phóng hơi nước. Nếu được bao phủ bởi một lớp nhựa trong, hơi nước thoát ra sẽ bị giữ lại, ngưng tụ thành nước và chảy vào thùng chứa.

Các nhà nghiên cứu đã nghĩ đến việc tận dụng loại gel này làm mát cho các tấm pin mặt trời bằng cách, ép một tấm gel dày 1 cm vào mặt dưới của tấm pin. Ban ngày, nhiệt từ tấm pin sẽ buộc gel phải giải phóng hơi nước hút từ không khí đêm hôm trước. Nước bay hơi sẽ làm mát tấm pin, giống như mồ hôi toát ra làm mát cơ thể người.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, lượng gel cần dùng phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm của môi trường. Trong môi trường sa mạc với độ ẩm 35%, một tấm pin năng lượng mặt trời rộng 1m² cần 1 kg gel làm mát, trong khi đó, ở một khu vực có độ ẩm 80%, chỉ cần 0,3 kg gel/m². Trong cả hai trường hợp, nhiệt độ của pin mặt trời có thể giảm tới 10°C, sản lượng điện tăng từ 15% - 19% trong điều kiện có gió tăng cường làm mát.

Điều này giúp gia tăng hiệu suất rất đáng kể; đồng thời chỉ ra rằng mưa có thể hòa tan muối canxi clorua trong gel, làm giảm khả năng hút nước. Trong thời gian tới, các nhà khoa học sẽ tiếp tục nghiên cứu loại gel thế hệ thứ hai không bị xuống cấp, ngay cả khi bị ướt.