Một trang trại năng lượng mặt trời độc lập ở Crete tích hợp các tấm pin mặt trời graphene perovskite
Các tấm pin mặt trời graphene-perovskite được lắp đặt ở Crete. Ảnh: Pescetelli et al.
Perovskites, vật liệu khoáng có thành phần canxi titanat, được cho là có giá trị để chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao. Trong khi các nhóm các nhà khoa học và kỹ sư trên toàn thế giới đang phát triển và thử nghiệm các tế bào năng lượng mặt trời perovskite trong các phòng thí nghiệm, các đánh giá ngoài trời quy mô lớn về các tế bào này vẫn còn thiếu.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rome Tor Vergata, Đại học Địa Trung Hải Hellenic ở Crete, BeDimensional S.p.A., Great Cell, Viện Công nghệ Ý (IIT) và Đại học Siena gần đây đã sản xuất các tấm pin mặt trời perovskite diện tích lớn được thiết kế bằng cách sử dụng hai chiều (2D) vật liệu. Sau đó, họ đã tích hợp thành công 9 tấm pin mặt trời này vào một trang trại năng lượng mặt trời độc lập, nằm trên đảo Crete của Hy Lạp. Phát hiện của nhóm nghiên cứu này, được trình bày trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Energy, có thể tạo điều kiện và cung cấp thông tin cho việc triển khai quy mô lớn trong tương lai của pin mặt trời perovskite.
"Bài báo gần đây của chúng tôi nêu bật những nỗ lực nghiên cứu chung của chúng tôi trong 5 năm qua trong việc nâng cấp PV perovskite, bắt đầu từ các tế bào phòng thí nghiệm đến mô-đun, bảng điều khiển và cuối cùng là cơ sở hạ tầng trang trại năng lượng mặt trời", Francesco Bonaccorso, một trong những nhà nghiên cứu thực hiện nghiên cứu , nói với Tech Xplore. "Dự án này được phát triển đặc biệt trong bối cảnh của sáng kiến Cờ hiệu Graphene châu Âu, sáng kiến thiết lập sự hợp tác chặt chẽ giữa Đại học Tor Vergata, BeDimensional S.p.A., GreatCell và Đại học Địa Trung Hải Hellenic, có cả hai bộ kỹ năng bổ sung và rất khác nhau."
Công việc hợp tác gần đây của các trường đại học và tổ chức khác nhau này đã được chọn là dự án mũi nhọn của sáng kiến Graphene Flagship. Đây là một sáng kiến tập trung vào việc công nghiệp hóa và triển khai các công nghệ thu hoạch năng lượng mặt trời.
Nhóm nghiên cứu lần đầu tiên công bố kết quả của những nỗ lực hợp tác của họ trong Vật liệu Chức năng Nâng cao vào năm 2016. Trong bài báo này, nhóm đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới trong bối cảnh quang điện perovskite, chứng minh rằng bằng cách thiết kế đúng cách các giao diện với vật liệu 2D, có thể tăng tính ổn định của pin mặt trời perovskite.
Aldo Di Carlo, một nhà nghiên cứu khác tham gia vào nghiên cứu, cho biết. "Mục tiêu chính của công việc gần đây của chúng tôi là chứng minh khả năng mở rộng tối đa của công nghệ này ở cấp trang trại năng lượng mặt trời (mét2). Bằng cách đó, lần đầu tiên chúng tôi có thể xác nhận công nghệ Perovskite ở quy mô như vậy."
Bảng điều khiển năng lượng mặt trời của nhóm bao gồm nhiều lớp: thủy tinh với oxit thiếc pha tạp flo (FTO), TiO2 nén với graphene, TiO2 trung tính với graphene, perovskite, fMoS2, poly (triarylamine) (PTAA) và vàng. Trong quá trình sản xuất hàng loạt quy mô và bền vững của công nghệ này, vàng có thể được thay thế bằng một vật liệu thay thế, chẳng hạn như graphene, vật liệu carbon khác hoặc kim loại rẻ tiền. Ảnh: Pescetelli et al.
Trước khi bắt đầu làm việc trên trang trại năng lượng mặt trời độc lập của mình, các nhà nghiên cứu đã sản xuất 9 tấm pin mặt trời dựa trên vật liệu 2D GRAphene-PErovskite (GRAPE). Mỗi tấm này có diện tích 0,5 mét vuông, và bao gồm 40 mô-đun perovskite trên mỗi tấm, được kết nối với nhau.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng 9 tấm pin mặt trời này để tạo ra trang trại năng lượng mặt trời tự trị đầu tiên trên thế giới. Trang trại năng lượng mặt trời của họ, nằm trong khuôn viên Đại học Địa Trung Hải Hellenic ở Crete, có tổng diện tích bảng điều khiển là 4,5m2.
"Chúng tôi cũng xây dựng cơ sở hạ tầng hỗ trợ cần thiết, hệ thống thu thập dữ liệu và một trạm thời tiết", Emmanuel Kymakis, một nhà nghiên cứu khác tham gia nghiên cứu, cho biết. "Điều này cho phép chúng tôi liên tục giám sát trang trại năng lượng mặt trời, tương quan giữa điều kiện môi trường với hiệu suất ngoài trời của hệ thống. Là minh chứng đầu tiên của công nghệ này ở quy mô như vậy, nó thể hiện một thiết kế độc đáo. Hơn nữa, hiệu suất trang trại năng lượng mặt trời và dữ liệu thời tiết được tải lên trong một kho lưu trữ trực tuyến, cho phép cộng đồng nghiên cứu thăm dò (solarfarmhmu.gr). "
Công việc phối hợp của các nhóm do Bonaccorso, Kymakis và Di Carlo đứng đầu chứng minh rằng các tấm pin mặt trời perovskite có thể được thực hiện thành công và hiệu quả trên quy mô lớn. Nhóm nghiên cứu cũng thu thập các phép đo và dữ liệu tại trang trại năng lượng mặt trời của họ trong suốt quá trình nghiên cứu. Dữ liệu này có thể rất có giá trị để hiểu được những điểm mạnh và hạn chế của việc triển khai pin mặt trời perovskite trong thế giới thực.
Bonaccorso nói: “Kết quả của chúng tôi thể hiện một bước quan trọng đối với việc thương mại hóa công nghệ này. "Nhờ việc khai thác các vật liệu 2D, công nghệ của chúng tôi đã thể hiện sự ổn định hiện đại. Dữ liệu chúng tôi thu thập tại trang trại năng lượng mặt trời sẽ cho phép chúng tôi đánh giá sản xuất năng lượng và tính ổn định của công nghệ perovskite trong điều kiện thực tế. "
Trong tương lai, dữ liệu do nhóm các nhà nghiên cứu này thu thập có thể hướng dẫn các quy trình sản xuất pin mặt trời perovskite và giúp đáp ứng các mục tiêu thương mại hóa công nghệ năng lượng mặt trời đầy hứa hẹn này. Các phân tích đánh giá vòng đời do nhóm thực hiện cũng xác nhận rằng các trang trại năng lượng mặt trời có thể đóng một vai trò rất quan trọng trong việc giải quyết biến đổi khí hậu. Cụ thể, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng hồ sơ môi trường của trang trại năng lượng mặt trời của họ có thể so sánh với hồ sơ được nêu trong cả ước tính năng lượng thực tế và lạc quan cho năm 2050, vốn coi là sự kết hợp giữa các nguồn điện bền vững và truyền thống.
Bonaccorso cho biết thêm: “Kết quả mà chúng tôi thu được chỉ ra rằng cần có những nỗ lực bổ sung để cải thiện vật liệu bao gói và quy trình cán màng để kéo dài hơn nữa tuổi thọ của các tấm pin tạo nên trang trại năng lượng mặt trời. "Bằng cách tiến hành đánh giá vòng đời dựa trên dữ liệu thu được trong toàn bộ quá trình chế tạo, từ vật liệu đến tấm và mô tả đặc điểm, giờ đây chúng tôi cũng có thể xác định tác động đáng kể của quá trình sản xuất. Các hoạt động nghiên cứu trong tương lai của chúng tôi sẽ nhằm giải quyết những câu hỏi mở. "
