Hiệu suất chuyển đổi quang năng thành hydro đạt kỷ lục nhờ module HyCon của Fraunhofer ISE
Annie Nguyễn
21/07/2026
Viện Hệ thống Năng lượng Mặt trời Fraunhofer ISE của Đức vừa công bố một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực sản xuất hydro xanh, khi hệ thống quang điện - điện phân tích hợp HyCon đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hydro (STH) lên tới hơn ba mươi phần trăm trong điều kiện vận hành ngoài trời thực tế. Đây được coi là mức hiệu suất kỷ lục đối với sản xuất hydro tái tạo trong môi trường thực tế, vượt qua ngưỡng ba mươi phần trăm lần đầu tiên.
Công nghệ đột phá HyCon
Trung tâm của hệ thống là module lai HyCon, kết hợp pin mặt trời đa tiếp giáp III-V hiệu suất cao với công nghệ điện phân màng trao đổi proton (PEM). Cụ thể, hệ thống sử dụng pin mặt trời bốn tiếp giáp (J) với cấu trúc bán dẫn III-V, loại pin đã từng đạt hiệu suất chuyển đổi quang điện lên tới gần bốn mươi tám phần trăm trong điều kiện ánh sáng hội tụ.
Điểm đặc biệt của thiết kế này là sự kết nối trực tiếp giữa tế bào quang điện và các tế bào điện phân. Ánh sáng mặt trời được tập trung qua hệ thống thấu kính Fresnel, chiếu vào bốn tế bào quang điện siêu nhỏ (diện tích chỉ vài mm²) mắc song song. Năng lượng điện tạo ra được dẫn trực tiếp tới hai tế bào điện phân PEM mắc nối tiếp, phân tách nước thành hydro và oxy.
Thiết kế loại bỏ hoàn toàn bộ chuyển đổi DC-DC trung gian, giúp tiết kiệm khoảng mười hai phần trăm năng lượng thường bị mất đi trong quá trình chuyển đổi. Trong các thử nghiệm ngoài trời kéo dài nhiều ngày tại Freiburg, Đức, hệ thống đạt hiệu suất module CPV khoảng ba mươi lăm phần trăm, hiệu suất điện phân PEM hơn chín mươi mốt phần trăm, và hiệu suất STH tổng thể hơn ba mươi mốt phần trăm. Đặc biệt, sau nhiều giờ vận hành với nhiều chu kỳ động, hệ thống không ghi nhận dấu hiệu suy giảm hiệu suất.
Tiềm năng và thách thức thương mại
Mặc dù là một thành tựu kỹ thuật ấn tượng, con đường thương mại hóa vẫn còn nhiều thách thức. Các nhà nghiên cứu thừa nhận công nghệ hiện đang ở cấp độ sẵn sàng công nghệ (TRL) tương đương giai đoạn chứng minh khái niệm. Chi phí sản xuất hydro xanh hiện vẫn dao động ở mức cao, gấp nhiều lần so với hydro sản xuất từ khí tự nhiên.
Nhóm nghiên cứu ước tính nếu có thể nâng hệ số công suất của hệ thống HyCon lên khoảng ba mươi lăm phần trăm, chi phí hydro hòa vốn có thể giảm xuống dưới mức có thể cạnh tranh với hydro từ nhiên liệu hóa thạch. Việc đạt được hiệu suất cao và ổn định trong điều kiện thực tế đã chứng minh tiềm năng của công nghệ, tuy nhiên cần thêm thời gian và nguồn lực để mở rộng quy mô.
Để thúc đẩy ứng dụng thực tế, nhóm nghiên cứu đang có kế hoạch thành lập công ty khởi nghiệp Clearsun Energy, tập trung vào ứng dụng CPV quy mô tiện ích.
Ý nghĩa đối với ngành năng lượng
Thành tựu này có ý nghĩa quan trọng đối với tương lai của năng lượng tái tạo. Hydro được xem là giải pháp lưu trữ năng lượng then chốt cho các nguồn điện gián đoạn như mặt trời và gió. Các ngành công nghiệp nặng và vận tải đường dài, vốn khó khăn trong việc điện khí hóa trực tiếp, có thể hưởng lợi từ hydro xanh. Việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi sẽ giúp giảm diện tích đất cần thiết và chi phí hạ tầng để sản xuất cùng một lượng hydro, đặc biệt có ý nghĩa tại những khu vực có quỹ đất hạn chế hoặc chi phí cao.
