Liệu pin quang điện perovskite có thể đưa Vương quốc Anh tới một tương lai xanh hơn không?

Các cơ sở sản xuất điện mặt trời quang điện cũng đã được chứng minh là có hiệu quả kinh tế cao hơn về lâu dài so với các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Năng lượng cung cấp năng lượng cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta, từ lúc chúng ta bật đèn vào buổi sáng cho đến lúc chúng ta sạc điện thoại vào ban đêm. Khi hiệu ứng nhà kính gia tăng và an ninh năng lượng trở thành những vấn đề ngày càng cấp bách, việc chuyển sang năng lượng xanh trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Sự biến động của giá dầu, đặc biệt là do sự độc quyền của OPEC, nhấn mạnh nhu cầu về các nguồn năng lượng đáng tin cậy và bền vững. Năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, cung cấp giải pháp cho những thách thức này. Mặc dù có nhiều hứa hẹn, việc áp dụng công nghệ năng lượng mặt trời vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá những trở ngại hiện tại, những tiến bộ trong các loại pin mặt trời mới và cách chúng có thể biến đổi bối cảnh năng lượng của Vương quốc Anh.

Tại sao lại là năng lượng mặt trời?

Mặc dù lãi suất tăng gần đây đã làm tăng giá xây dựng các dự án năng lượng mới, các cơ sở sản xuất điện mặt trời cung cấp một số chi phí dự án thấp nhất trên toàn cầu. Các cơ sở sản xuất điện quang điện mặt trời cũng đã được chứng minh là hiệu quả kinh tế hơn về lâu dài so với các nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch.

Bất chấp những tiến bộ này, một số yếu tố đã cản trở việc áp dụng chúng ở Vương quốc Anh. Điều này dẫn đến việc điện mặt trời PV chiếm 16% công suất điện vào năm 2023 so với 27% của điện gió, theo GlobalData. Một thách thức lớn là diện tích đất cần thiết cho các trang trại điện mặt trời, thường cạnh tranh với việc sử dụng cho mục đích nông nghiệp. Bộ trưởng Năng lượng mới, Ed Miliband, đã phê duyệt ba trang trại điện mặt trời mới, bị người dân địa phương chỉ trích nặng nề vì sử dụng sai mục đích đất canh tác. Các giải pháp thay thế đã được đề xuất, chẳng hạn như các trang trại điện mặt trời nổi trên các vùng nước hoặc lắp đặt hàng loạt các tấm pin mặt trời trên mái nhà mới xây.

Lợi nhuận đầu tư chậm ở Anh cũng được coi là một vấn đề. Các tế bào năng lượng mặt trời hoạt động tốt nhất khi có ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào, tuy nhiên, điều kiện thời tiết điển hình ở Anh cung cấp mức ánh sáng mặt trời trung bình thấp hơn, do đó làm giảm sản lượng điện. Hơn nữa, chi phí lịch sử liên quan đến việc sản xuất các tế bào silicon truyền thống và cơ sở hạ tầng liên quan, bao gồm kết nối năng lượng hoặc lưới điện, được cho là làm tăng chi phí thay thế công suất nhiệt hiện có bằng năng lượng mặt trời.

Pin mặt trời Perovskite: một công cụ thay đổi cuộc chơi tiềm năng

Tuy nhiên, một dòng pin mặt trời mới cho thấy triển vọng. Pin mặt trời perovskite đã chứng minh hiệu quả cao trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, với sự phát triển công nghệ nhất quán khiến hiệu quả của chúng tăng lên theo từng năm. Perovskite cũng được sản xuất bằng ít bước hơn silicon và được lắng đọng trên pin mặt trời thông qua dung dịch lỏng. Kỹ thuật sản xuất hợp lý này có nghĩa là chúng rẻ hơn đáng kể khi mua mặc dù hiệu quả như pin silicon truyền thống. Người ta cũng có thể sản xuất pin perovskite tại Vương quốc Anh. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Swansea đã nghiên cứu các phương pháp sản xuất có thể mở rộng quy mô, đạt được pin perovskite in hoàn toàn theo từng cuộn đầu tiên trên thế giới, giúp Vương quốc Anh tự bảo vệ mình trước mọi diễn biến địa chính trị. Đây là một lợi thế đáng kể vì hiện tại chỉ riêng Trung Quốc chiếm hơn 80% sản lượng quang điện mặt trời.

Các ô perovskite này cũng rất linh hoạt và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng hơn silicon. Kết hợp với chi phí sản xuất thấp, các ứng dụng cục bộ như tấm pin riêng lẻ để chiếu sáng đèn đường trở nên khả thi hơn với công nghệ này.

Mặc dù có tiềm năng, việc sử dụng perovskite trong thương mại bị cản trở bởi một yếu tố: độ bền. Perovskite có thể dễ dàng bị phân hủy do các yếu tố môi trường, chẳng hạn như tiếp xúc với tia UV trong thời gian dài. Ngay cả trong điều kiện lý tưởng, một ô perovskite thông thường có tuổi thọ từ 1-2 năm so với tuổi thọ 25 năm của silicon. Đảm bảo độ bền lâu dài của các ô này là rất quan trọng đối với thành công thương mại của chúng.

Con đường đến khả năng thương mại

Các công ty khởi nghiệp mới như Oxford PV đã bắt đầu xây dựng các nhà máy thương mại, với kế hoạch bán sản phẩm vào cuối năm 2024. Các mô-đun do Oxford PV xây dựng bao gồm thiết kế đa điểm nối, trong đó perovskite và silicon được sử dụng song song với nhau để hấp thụ phổ ánh sáng rộng hơn, cho phép đạt hiệu suất cao kỷ lục. Tác động môi trường của tế bào song song này đã được chứng minh là ít hơn 6-18% so với mô-đun silicon thông thường trong suốt vòng đời 25 năm.

Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng perovskite sẽ không trở thành xu hướng chính cho đến năm 2035. Điều này là do một số lý do. Các kỹ thuật mới để giải quyết các con đường thoái hóa riêng lẻ đã được đề xuất, chẳng hạn như đưa polyme vào để bảo vệ perovskite khỏi tia cực tím hoặc sử dụng các lớp xen kẽ kỵ nước để ngăn ngừa sự tích tụ độ ẩm, tuy nhiên cần phải tìm ra một kiến ​​trúc tế bào có thể kết hợp các kỹ thuật này trước khi các tế bào perovskite có thể phát triển mạnh về mặt thương mại.

Quá trình mở rộng quy mô sản xuất thương mại cũng đòi hỏi đầu tư và thời gian đáng kể. Quá trình chuyển đổi từ sản xuất trong phòng thí nghiệm sang thị trường đại chúng liên quan đến một số rào cản về kỹ thuật và kinh tế, với các quy trình chứng nhận khá dài, làm chậm trễ việc áp dụng.

Phân tích từ Ủy ban Biến đổi Khí hậu cho thấy Vương quốc Anh sẽ cần đạt được ít nhất 40GW thông qua công suất phát điện mặt trời vào năm 2030. Con số này so với 17,4GW công suất mặt trời vào năm 2023 theo GlobalData. Mặc dù đóng góp công suất của năng lượng mặt trời sẽ tăng trưởng hữu cơ, nhưng không có khả năng mục tiêu này sẽ đạt được nếu không có sự can thiệp của chính phủ. Chính phủ Lao động mới đã hứa sẽ "hợp tác với khu vực tư nhân để tăng gấp đôi năng lượng gió trên bờ, tăng gấp ba năng lượng mặt trời và tăng gấp bốn năng lượng gió ngoài khơi vào năm 2030". Nếu Lao động có thể thực hiện được lời hứa của mình, triển vọng năng lượng mặt trời đạt được công suất cần thiết sẽ được cải thiện. Mặc dù các ô perovskite cho thấy tiềm năng lớn, nhưng các vấn đề về độ bền của chúng khiến chúng không phải là lựa chọn khả thi để sử dụng ngay lập tức. Trong tương lai gần, một cách tiếp cận thực tế sẽ liên quan đến việc sử dụng các ô silicon, với quá trình chuyển đổi dần dần sang các ô perovskite khi chúng ta tiến gần đến năm 2050. Việc đạt được mục tiêu không phát thải ròng thông qua các công nghệ năng lượng mặt trời phụ thuộc vào các chính sách hỗ trợ của chính phủ. Nếu được triển khai hiệu quả, năng lượng mặt trời có thể đảm bảo tương lai năng lượng carbon thấp cho Vương quốc Anh.