Kể từ khi được phát minh vào những năm 1970, bộ tập trung năng lượng mặt trời phát sáng (LSC) đã hướng đến mục tiêu tăng cường khả năng thu năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng vật liệu phát sáng để chuyển đổi và tập trung ánh sáng mặt trời vào các tế bào quang điện (PV). Không giống như các bộ tập trung truyền thống dựa vào gương và thấu kính, LSC có thể thu thập ánh sáng khuếch tán và đã được sử dụng trong các ứng dụng như quang điện tích hợp trong tòa nhà, nơi bản chất bán trong suốt và nhiều màu sắc của chúng mang lại lợi ích về mặt thẩm mỹ.
Bộ tập trung năng lượng mặt trời phát sáng hình lá phong (LSC) có thể tăng cường khả năng thu thập và truyền ánh sáng đến các tế bào quang điện (PV). Các nhà nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả quang học của LSC hình lá dưới sự chiếu xạ đồng đều của đèn LED trắng. Tín dụng: Tạp chí Photonics for Energy (2024). DOI: 10.1117/1.JPE.14.035501
Tuy nhiên, việc mở rộng quy mô LSC để bao phủ các khu vực rộng lớn vẫn còn nhiều thách thức do các vấn đề như tự hấp thụ các photon phát quang (PL) trong ống dẫn sóng. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Ritsumeikan (Nhật Bản) đã đề xuất một mô hình "LSC lá" sáng tạo hứa hẹn sẽ khắc phục những hạn chế như vậy bằng cách tăng cường thu thập và truyền ánh sáng đến các tế bào quang điện. Thiết kế LSC lá giải quyết vấn đề về khả năng mở rộng quy mô bằng cách sử dụng các thành phần phát quang nhỏ hơn, được kết nối với nhau, hoạt động giống như lá trên cây.
Theo báo cáo trên Tạp chí Photonics for Energy (JPE), thiết kế cải tiến này bao gồm việc đặt các tấm phát quang xung quanh một sợi phát quang ở trung tâm, với các mặt của tấm hướng về phía sợi.
Sự sắp xếp này cho phép các photon tới được chuyển đổi thành photon PL bởi các tấm, sau đó đi qua sợi và được thu thập tại đầu của nó bởi một ô PV. Để tăng hiệu quả, các ống dẫn sáng trong suốt kết nối nhiều sợi với một ô PV duy nhất, làm tăng hiệu quả diện tích tới của LSC trong khi giảm tổn thất photon do tự hấp thụ và tán xạ.
Phương pháp tiếp cận mô-đun này đối với thiết kế LSC mang lại một số lợi thế. Bằng cách giảm kích thước bên của từng mô-đun, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng hiệu quả thu thập photon được cải thiện. Ví dụ, việc giảm chiều dài cạnh của LSC lá vuông từ 50 mm xuống 10 mm đã làm tăng đáng kể hiệu quả thu thập photon. Thiết kế mô-đun cũng cho phép dễ dàng thay thế các đơn vị bị hỏng và tích hợp các vật liệu phát quang tiên tiến khi chúng có sẵn.
Để tăng cường hiệu quả của hệ thống hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã kết hợp các kỹ thuật từ LSC phẳng truyền thống—như gương cạnh và cấu trúc song song—vào thiết kế LSC lá. Các thí nghiệm của họ chứng minh rằng hiệu quả quang học của các cấu trúc giống như lá này có thể được tính toán phân tích dựa trên quang phổ và cường độ ánh sáng tới, bằng cách sử dụng kỹ thuật kích thích điểm đơn.
Theo Tổng biên tập JPE Sean Shaheen, giáo sư kỹ thuật và vật lý tại Đại học Colorado Boulder và là thành viên của Viện Năng lượng tái tạo và bền vững, "Những phát hiện này chứng minh một cách tiếp cận sáng tạo thúc đẩy khái niệm về bộ tập trung năng lượng mặt trời phát sáng để hướng ánh sáng mặt trời hiệu quả đến các thiết bị quang điện liền kề. Bằng cách kết hợp các thiết kế có thể mở rộng, lấy cảm hứng từ sinh học với những cải tiến trong kỹ thuật quang học, các tác giả đã tăng hiệu quả của các thiết bị của họ hướng đến những gì cần thiết cho mục đích sử dụng thực tế."
Việc tối ưu hóa việc thu thập photon trong LSC có thể mở đường cho các giải pháp năng lượng mặt trời linh hoạt và có khả năng mở rộng hơn. Cách tiếp cận này đối với việc thu thập năng lượng có thể cách mạng hóa việc ứng dụng các bộ tập trung năng lượng mặt trời, giúp chúng hiệu quả hơn và thích ứng hơn với nhiều mục đích sử dụng khác nhau, từ các công trình lắp đặt quy mô lớn đến các hệ thống tích hợp trong tòa nhà. Khi công nghệ tiến bộ, nó hứa hẹn sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất của các hệ thống năng lượng mặt trời và góp phần tạo ra các giải pháp năng lượng bền vững hơn.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
