Vật liệu mới tăng cường công suất và tuổi thọ của tấm pin mặt trời
Bởi Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST)J
Các tấm pin được phủ vật liệu composite mới hấp thụ độ ẩm vào ban đêm và giải phóng độ ẩm vào ban ngày để làm mát thụ động. Nguồn: Heno Hwang (KAUST)
Một vật liệu composite mới giúp giữ cho tấm pin mặt trời mát một cách thụ động, tăng công suất đầu ra lên 12,9% và kéo dài tuổi thọ của chúng hơn 200%.
Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế do Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) tại Ả Rập Xê Út đứng đầu đã phát triển một vật liệu composite mới dựa trên acrylate giúp cải thiện hiệu suất của pin mặt trời.
Khi được áp dụng cho các tấm pin mặt trời hoạt động tại Ả Rập Xê Út trong nhiều tuần, vật liệu này đã làm tăng đáng kể công suất đầu ra và tuổi thọ đồng thời giảm lượng điện mà các tấm pin sử dụng. Những phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu: R.
Nhu cầu làm mát thụ động
Năng lượng mặt trời là trọng tâm chính của các nền kinh tế xanh trên toàn thế giới, với các tấm pin mặt trời chiếm hơn ba phần tư tổng số các cơ sở năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, việc cung cấp năng lượng mặt trời đáng tin cậy và lâu dài đặt ra những thách thức đáng kể.
Các tấm pin mặt trời thương mại chỉ chuyển đổi khoảng 20 phần trăm ánh sáng mặt trời thành điện, trong khi phần còn lại được hấp thụ dưới dạng nhiệt hoặc phản xạ. Nhiệt này làm giảm hiệu suất và rút ngắn tuổi thọ của các tấm pin, dẫn đến việc thay thế sớm hơn. Do đó, làm mát là điều cần thiết, nhưng các hệ thống truyền thống như quạt và máy bơm cần điện. Làm mát thụ động cung cấp một giải pháp thay thế không tiêu thụ năng lượng.
"Chúng tôi chuyên về các vật liệu cho phép làm mát thụ động. Những vật liệu này mỏng và có thể được đặt trên các hệ thống khác nhau cần làm mát để hoạt động, như nhà kính và pin mặt trời, mà không ảnh hưởng đến hiệu suất", Giáo sư Qiaoqiang Gan của KAUST, người đứng đầu nghiên cứu cho biết.
Trong nghiên cứu mới, được thực hiện thông qua Trung tâm Xuất sắc về Công nghệ Lưu trữ và Năng lượng Tái tạo của KAUST, Gan và các đồng nghiệp của ông đã phát triển một vật liệu composite hút ẩm được làm từ lithium clorua và natri polyacrylate. Vật liệu này hấp thụ độ ẩm từ không khí vào ban đêm và giải phóng vào ban ngày. Polyacrylate là một loại polyme giá rẻ và quy trình chế tạo không yêu cầu hóa chất độc hại hoặc thuốc thử chuyên dụng, không giống như các vật liệu hút ẩm khác được sử dụng để làm mát. Điều này làm cho vật liệu tổng hợp tiết kiệm chi phí hơn.
Kiểm tra thực địa trong điều kiện sa mạc
Trong khi hoạt động trong nhiều tuần ở sa mạc Saudi, các tế bào quang điện có vật liệu này bám dính vào chúng mát hơn 9,4 oC so với các tế bào không có vật liệu mới. Chúng cũng cho thấy công suất đầu ra tăng hơn 12% và tuổi thọ tăng hơn 200% trong khi giảm chi phí tạo ra điện gần 20%.
Ngoài Saudi Arabia, các thí nghiệm đã được thực hiện ở một số vùng mát nhất của Hoa Kỳ lục địa dưới mưa để chứng minh rằng công nghệ làm mát thụ động hoạt động trong mọi môi trường.
Gan đã thử nghiệm vật liệu tổng hợp trên các tế bào quang điện do Giáo sư Stefaan De Wolf của KAUST cung cấp, nhóm nghiên cứu của ông thường xuyên đạt được kỷ lục thế giới về hiệu suất của tế bào quang điện thông qua các thiết kế tùy chỉnh của họ.
“Công trình này là một ví dụ tuyệt vời về việc kết hợp nhiều chuyên môn khác nhau tại KAUST. Chúng tôi đã thử nghiệm công nghệ làm mát mới trên các tế bào quang điện hiệu suất cao trong nhiều môi trường và thấy kết quả tuyệt vời trong mọi trường hợp”, De Wolf cho biết.
Tài liệu tham khảo: “Chế tạo hợp lý vật liệu composite hút ẩm giá rẻ để làm mát bay hơi ít bảo trì cho các tấm pin mặt trời” của Huangyu Fang, Saichao Dang, Prasanth Kumar, Jiake Wang, Lujia Xu, Yingkun Zhu, Abdullah Almogbel, Abdulrahman Albadri, Stefaan De Wolf và Qiaoqiang Gan, ngày 16 tháng 5 năm 2025, Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu: R: Báo cáo.
DOI: 10.1016/j.mser.2025.101016
