Phát minh "lớp da dẻo đổ mồ hôi" này có thể "xóa sổ" nỗi lo dai dẳng của ngành pin mặt trời toàn cầu

Các nhà nghiên cứu tại tại Đại học Bách khoa Hồng Kông, Trung Quốc vừa phát minh một lớp phủ hydrogel giá rẻ giúp làm mát tấm pin mặt trời và tăng sản lượng điện, từ đó cải thiện hiệu suất và độ tin cậy tổng thể của chúng.

Lớp phủ này nhắm mục tiêu vào các điểm nóng (hot spots), từ đó làm giảm nhiệt độ tấm pin mặt trời tới 16°C và tăng sản lượng điện lên 13%.

“Trên phạm vi toàn cầu, sự đổi mới này có tiềm năng bù đắp khoảng 50% tổn thất sản lượng điện do các điểm nóng trong hệ thống pin mặt trời tích hợp vào tòa nhà (BIPV) gây ra, chứng tỏ đóng góp quan trọng của nó vào sự phát triển công nghệ năng lượng mặt trời toàn cầu” - Tác giả phát minh này cho biết.

Hydrogel hóa giải nỗi lo dai dẳng của pin mặt trời

Hot spots là những vùng bị nóng bất thường, nóng hơn rất nhiều so với phần còn lại, chỉ xảy ra ở một tế bào quang điện (PV Cell) riêng lẻ hoặc một phần nhỏ của tế bào đó.

Hiện nay, điểm nóng là vấn đề phổ biến và dai dẳng trong các hệ thống pin mặt trời. Khi một phần tấm pin bị bóng che (do lá cây, bụi bẩn, tòa nhà…), vùng đó vẫn nhận điện từ các phần khác, dẫn đến nhiệt độ tăng vọt cục bộ. Hậu quả là hiệu suất giảm mạnh, tấm pin nhanh hỏng, tuổi thọ ngắn hơn, thậm chí có nguy cơ gây cháy.

Theo các nghiên cứu, điểm nóng gây ra tới 22% số hỏng hóc tấm pin chỉ trong 3 năm đầu sử dụng. Khi kiểm tra hơn 3,3 triệu tấm pin, người ta phát hiện 36,5% có khuyết tật nhiệt, với nhiệt độ tăng trung bình hơn 21°C.

Lớp phủ hydrogel do TS. GS. Yan Jerry (Chủ nhiệm Khoa Năng lượng và Tòa nhà, Đại học Bách khoa Hồng Kông) cùng TS. Liu Junwei dẫn dắt phát triển, hoạt động theo nguyên lý làm mát thụ động rất thông minh: Khi tấm pin nóng lên, hydrogel bay hơi nước (giống như cơ thể đổ mồ hôi), lấy đi nhiệt lượng hiệu quả.

Đặc biệt, lớp phủ này không cần thay đổi thiết kế mạch điện hiện có của tấm pin, dễ áp dụng, chi phí thấp và rất thân thiện với người dùng.

Vật liệu được cải tiến bằng cách kết hợp polymer tự nhiên hydroxyethyl cellulose với sợi bông lá trong ma trận hydrogel. Nhờ đó, hydrogel ít bị nứt và co ngót hơn hẳn - chỉ co khoảng 34% thể tích sau thời gian dài sử dụng, trong khi hydrogel thông thường có thể co tới 46%.

Ở các thành phố nóng ẩm, giải pháp này có thể giúp tăng sản lượng điện hàng năm từ 6,5% đến 7%. Đặc biệt phù hợp với pin mặt trời lắp trên mái nhà hoặc tích hợp vào tòa nhà (BIPV) – nơi điểm nóng xảy ra nhiều do bóng đổ từ các công trình xung quanh. Khi áp dụng, lớp phủ có thể khắc phục gần một nửa lượng điện bị mất do điểm nóng. Thời gian hoàn vốn rất nhanh, chỉ khoảng 3,2–4,5 năm.

Trên quy mô toàn cầu, công nghệ này có tiềm năng bù đắp khoảng 50% lượng điện bị mất vì điểm nóng ở các hệ thống BIPV, góp phần quan trọng vào việc đẩy nhanh chuyển đổi năng lượng sạch và đạt mục tiêu trung hòa carbon.

Các nhà nghiên cứu cho biết họ sẽ tiếp tục phát triển phương pháp làm mát bay hơi dựa trên hydrogel để hỗ trợ rộng rãi hơn cho các công nghệ pin mặt trời mới nổi. Đây thực sự là một bước tiến thiết thực, giúp pin mặt trời bền bỉ, hiệu quả hơn trong môi trường đô thị nóng bức.