Bằng cách tận dụng sự chênh lệch nhiệt độ giữa tấm năng lượng mặt trời (solar panel) và không khí xung quanh, các kỹ sư đã chế tạo ra tế bào quang điện (solar cell) có thể sản xuất điện vào ban đêm.
GS. Shanhui Fan và các đồng tác giả ở Đại học Stanford (Mỹ) đã khai thác hiệu ứng làm mát bức xạ, hiện tượng khiến các vật liệu tỏa nhiệt lên bầu trời vào ban đêm sau khi hấp thụ năng lượng mặt trời cả ngày. Do hiệu ứng này, nhiệt độ của tấm năng lượng mặt trời (loại tiêu chuẩn, hướng lên bầu trời) vào ban đêm sẽ thấp hơn nhiệt độ không khí xung quanh. Điều này tạo ra một luồng nhiệt từ không khí xung quanh đến tấm năng lượng mặt trời. GS. Shanhui Fan cho biết, dòng nhiệt này có thể được thu hoạch để tạo ra năng lượng.
Để làm được điều đó, các nhà khoa học đã tích hợp một tế bào quang điện với một mô-đun máy phát nhiệt điện thương mại (TEG), nhằm mục đích chuyển đổi chênh lệch nhiệt độ thành năng lượng điện. TEG nằm bên dưới tấm năng lượng mặt trời, và một tấm nhôm được chèn vào giữa để dẫn nhiệt từ tấm năng lượng mặt trời đến TEG.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm nguyên mẫu (prototype) tấm năng lượng mặt trời tích hợp TEG đặt trên mái nhà ở Stanford. Kết quả thử nghiệm cho thấy sản lượng điện năng vào ban đêm là 50 mW/m2. Nhóm nghiên cứu ước tính rằng trong điều kiện khí hậu nóng hơn, khô hơn, cách thiết lập tương tự có thể tạo ra tới 100 mW/m2. Được biết, sản lượng điện năng lượng mặt trời vào ban ngày dao động trong khoảng 100-200 W/m2.
Đáng chú ý là mặc dù các tấm năng lượng mặt trời hiện đang được sử dụng cũng có thể được trang bị thêm TEG để sản xuất điện vào ban đêm, nhưng theo GS. Shanhui Fan, điều quan trọng để các thiết bị hoạt động tốt với nhau là có sự tiếp xúc nhiệt rất chặt chẽ giữa tấm năng lượng mặt trời và TEG. Đó là một thách thức rất đáng kể và tốn kém mà các giải pháp trang bị thêm sẽ phải vượt qua. Bởi lẽ, tấm năng lượng mặt trời thông thường mà họ sử dụng không được thiết kế để làm mát bằng bức xạ. Nó phát ra sóng nhiệt trong dải hồng ngoại trung bình có bước sóng khoảng 10 micromet. Bằng cách điều chỉnh bước sóng phát xạ đó, tấm năng lượng mặt trời có thể trở nên mát hơn vào ban đêm, điều này sẽ làm tăng sự chênh lệch nhiệt độ và cuối cùng là công suất mà TEG tạo ra.
GS. Shanhui Fan cho biết: “Về nguyên tắc, có thể thiết kế đặc tính phát xạ nhiệt của tấm năng lượng mặt trời để tối ưu hóa hiệu suất làm mát bằng bức xạ của nó mà không ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng mặt trời”.”
Nhóm nghiên cứu có kế hoạch thiết kế các tế bào quang điện thế hệ mới để cải thiện việc phát điện vào ban đêm và cũng có kế hoạch mở rộng quy mô nguyên mẫu của họ. Chi phí có thể là một rào cản đối với việc mở rộng ý tưởng, vì TEG thường được làm bằng vật liệu đắt tiền.
Do tuổi thọ của mô-đun TEG dài hơn đáng kể so với vòng đời 5 năm của pin năng lượng mặt trời, GS. Shanhui Fan hé lộ, “một số tính toán sơ bộ của nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng có những tình huống ứng dụng nhiệt điện giàu tiềm năng hơn là việc sử dụng pin”.
Nguồn: Hoàng Kim (CESTI) – Theo IEEE Spectrum
Xem thêm tại: https://cesti.gov.vn/bai-viet/CTDS6/che-tao-te-bao-quang-dien-san-xuat-dien-vao-ban-dem-3e7dc10b-3eab-4f87-b9df-2f6106bca815
