Các nhà nghiên cứu ở Hungary vừa đề xuất xây dựng cây quang điện với khoảng cách đáng kể giữa các tấm pin mặt trời. Thiết kế hình hoa hướng dương được đề xuất giúp giảm tổn thất bóng giữa các tấm đồng thời cải thiện khả năng làm mát và tản nhiệt.
Nguyên mẫu hệ thống
Hình ảnh: Đại học Nông nghiệp và Khoa học Đời sống Hungary, Kết quả về Kỹ thuật, Giấy phép Creative Commons CC BY 4.0
Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Nông nghiệp và Khoa học Đời sống Hungary đã thiết kế một nguyên mẫu cây quang điện mặt trời với mục đích mang lại sự cân bằng tối ưu giữa sản xuất năng lượng và quản lý nhiệt.
Tính năng chính của hệ thống là khoảng cách giữa các mô-đun năng lượng mặt trời lớn hơn so với các thiết kế cây năng lượng mặt trời thông thường. Cách tiếp cận này nhằm giảm tổn thất bóng giữa các tấm đồng thời cải thiện khả năng làm mát và tản nhiệt.
Nguyên mẫu có tổng đường kính 660 mm và sử dụng các mô-đun năng lượng mặt trời dựa trên pin do Công ty TNHH Năng lượng mặt trời Xiangxinrui Thâm Quyến Trung Quốc cung cấp. Mỗi tấm có kích thước 180 mm x 60 mm x 3 mm và hiệu suất 22%. Cây năng lượng mặt trời cũng dựa vào thân cây cao 1800 mm và một tấm gỗ phẳng chia thành 15 nhánh.
Để xác thực thiết kế đề xuất, các nhà khoa học đã so sánh hiệu suất của nó với hiệu suất của hệ thống PV phẳng có cùng đặc điểm. Các nhà khoa học giải thích: “Cả cây năng lượng mặt trời và mô-đun phẳng đều được tích hợp và cấu hình trong cùng một mạch điện, bao gồm sáu vòng được kết nối song song”. “Mỗi vòng bao gồm ba mô-đun được kết nối nối tiếp, tạo ra tổng cộng 18 mô-đun PV.”
Hình ảnh: Đại học Nông nghiệp và Khoa học Đời sống Hungary, Kết quả về Kỹ thuật, Giấy phép Creative Commons CC BY 4.0
Cả cây năng lượng mặt trời và hệ thống PV phẳng đều được thử nghiệm với hướng nam và góc nghiêng 20, 30 và 45 độ.
Các thử nghiệm cho thấy với góc 45 độ, cây năng lượng mặt trời ghi lại nhiệt độ tối đa là 38,05 C và hệ thống phẳng có 49,8 C. Kết quả là cấu hình cây năng lượng mặt trời mang lại công suất tối đa là 14,54 W, trong khi hệ thống phẳng tạo ra 11,8 W.
Ở cấu hình góc nghiêng 30 độ, hệ thống phẳng đạt nhiệt độ 51,3 C và cây năng lượng mặt trời đạt 40,75 C. Cây sau đạt công suất tối đa 13,84 W, so với 11,05 W của hệ thống phẳng. Với góc nghiêng 20 độ, cây năng lượng mặt trời đạt nhiệt độ tối đa 33,95 C và hệ phẳng là 43,86 C. Cây trước tạo ra 14,05 W và cây sau 11,4 W.
Hình ảnh: Đại học Nông nghiệp và Khoa học Đời sống Hungary, Kết quả về Kỹ thuật, Giấy phép Creative Commons CC BY 4.0
Các học giả cho biết: “Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng nhiệt độ của mô-đun PV phẳng vượt quá nhiệt độ của cây mặt trời hơn 10 độ C, do quá trình truyền nhiệt đối lưu kém hiệu quả hơn,” các học giả cho biết và nói thêm rằng nhiệt độ của mặt đất được cây mặt trời che bóng đã giảm 3– 7 C so với mặt đất không có bóng râm. “Hiệu suất của cấu hình mô-đun năng lượng mặt trời được đề xuất ở đây chứng kiến mức tăng 16–23% so với mô-đun phẳng.”
Các nhà nghiên cứu cũng quan sát thấy rằng cây năng lượng mặt trời giúp giảm 96% diện tích đất so với các hệ thống PV thông thường.
Họ cho biết: “Một cuộc kiểm tra diện tích mặt đất cho thấy mô-đun PV hướng dương giúp tiết kiệm đất 85% so với mô-đun PV phẳng”. “Khu vực dưới cây quang điện mặt trời có thể được sử dụng làm bãi đậu xe và mục đích nông nghiệp.”
Phát hiện của họ đã được trình bày trong nghiên cứu “Cây năng lượng mặt trời hướng dương so với mô-đun PV phẳng: Phân tích toàn diện về hiệu suất, hiệu quả và tiết kiệm đất trong tích hợp năng lượng mặt trời đô thị,” được công bố trên Kết quả trong Kỹ thuật.
Các nhà nghiên cứu của Viện Hàng hải Hàn Quốc mới đây đã đề xuất sử dụng cây năng lượng mặt trời để xây dựng nhà máy quang điện ở những khu vực rừng miền núi khan hiếm đất đai ở Hàn Quốc. Họ định nghĩa khái niệm mới là quang điện rừng và giải thích rằng nó sẽ vừa duy trì hoạt động hấp thụ carbon dưới cây năng lượng mặt trời, vừa sản xuất năng lượng mặt trời ở phần trên của đất rừng.
Các nhà nghiên cứu khác từ Đại học Amity, Noida, bang Uttar Pradesh, Ấn Độ, gần đây đã phát triển bốn thiết kế khác nhau cho cây quang điện mặt trời, được cho là cần ít không gian vật lý hơn các hệ thống PV thông thường trong môi trường đô thị.
