Công nghệ tấm quang năng đang phát triển nhanh chóng cùng lúc với chi phí triển khai các dự án điện mặt trời giảm mạnh đang tạo ra động lực quan trọng cho tiến trình chuyển đổi năng lượng trên thế giới. Giờ đây, các tấm quang năng có thể hấp thụ ánh sáng mặt trời phản chiếu từ mặt đất, hoạt động vào ban đêm, thậm chí đóng vai trò như một mái che ở các trang trại cây trồng.
Các tấm quang năng bán trong suốt có thể được sử dụng làm mái che bảo vệ ở các trang trại trồng dâu tây và những loại cây trồng khác. (Ảnh: sunbiose)
Chi phí sản xuất giảm nhanh
Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) cho biết thế giới cần phải nâng cao công suất điện mặt trời đáng kể trong thập niên này để đáp ứng mục tiêu của Thỏa thuận khí hậu Paris là giữ nhiệt độ trái đất tăng không quá 1,5 độ C so với thời kỳ tiền công nghiệp.
Tin tốt là chi phí triển khai các dự án điện mặt trời đã giảm đáng kể. Trong một báo cáo hồi đầu năm nay, Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) của Liên hợp quốc cho biết chi phí sản xuất mỗi đơn vị năng lượng mặt trời đã giảm 85% trong giai đoạn 2010 – 2019.
Gregory Nemet, giáo sư tại Đại học Wisconsin – Madison (Mỹ), tác giả chính của báo cáo, cho biết: “Ánh nắng mặt trời là cách rẻ nhất cho đến nay giúp con người sản xuất điện trên quy mô lớn”.
Các chuyên gia hy vọng mức giá cao hiện nay của nhiên liệu hóa thạch và mối lo ngại về an ninh năng lượng do tác động từ cuộc chiến tranh Nga-Ukraine sẽ đẩy nhanh hoạt động phát triển và tiêu thụ năng lượng tái tạo.
Điện mặt trời vừa đón nhận thêm động lực lớn sau hôm 7/8, khi Thượng viện Mỹ thông qua dự luật khí hậu đầy tham vọng, trong đó phân bổ 370 tỉ đô la cho các nỗ lực cắt giảm 40% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính ở Mỹ vào năm 2030.
Một báo cáo phân tích của các chuyên gia tại Đại học Princeton (Mỹ) ước tính dự luật này có thể giúp nước Mỹ tăng gấp 5 lần công suất năng lượng mặt trời bổ sung vào năm 2025 so với năm 2020.
Giáo sư Nemet dự báo chỉ riêng năng lượng mặt trời có thể chiếm một nửa hệ thống điện trên thế giới vào giữa thế kỷ này. “Tôi nghĩ rằng năng lượng mặt trời thực sự có tiềm năng lớn”, ông nói với AFP.
Hôm 7/8, Thượng viện Mỹ thông qua dự luật khí hậu đầy tham vọng, phân bổ 370 tỉ đô la Mỹ cho các nỗ lực cắt giảm 40% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính ở Mỹ vào năm 2030 bao gồm hỗ trợ các dự án điện mặt trời. (Ảnh: E&E News)
Các vật liệu mới giúp tăng hiệu suất của tấm quang năng
“Hiệu ứng quang điện”, quá trình tấm quang năng hấp thụ và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện, được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1839 bởi nhà vật lý người Pháp, Edmond Becquerel. Tấm quang năng làm từ silicon bắt đầu được phát triển ở Mỹ vào những năm 1950, với các vệ tinh vận hành bằng năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới được phóng vào năm 1958.
IPCC cho biết trong tất cả các công nghệ năng lượng, cho đến nay, những công nghệ quy mô nhỏ như năng lượng mặt trời và pin được cải tiến nhanh hơn và được áp dụng nhiều hơn so với các lựa chọn cồng kềnh khác như điện hạt nhân.
Ngày nay, hầu hết tất cả các tấm quang năng lắp trên các mái nhà và nằm trải dài trên những cánh đồng rộng lớn đều được sản xuất tại Trung Quốc bằng cách sử dụng chất bán dẫn silicon.
Nhưng công nghệ đang thay đổi nhanh chóng. Trong một báo cáo gần đây, IEA cho biết những tấm quang năng thế hệ mới đã được chứng minh có hiệu quả hơn 20% trong việc chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng so với các mô-đun tiêu chuẩn được lắp đặt cách đây 4-5 năm trước.
Ngoài ra còn có một loạt các vật liệu mới mà các chuyên gia dự đoán có thể giúp tăng hiệu suất cho tấm quang năng. Chúng bao gồm các công nghệ liên quan “tấm phim mỏng” có chi phí rẻ và trọng lượng nhẹ.
Theo các chuyên gia, trong tương lai, những nơi có thể thu hoạch năng lượng mặt trời có thể mở rộng đáng kể, nếu như các tấm quang năng có đủ độ bền để sử dụng trong vài thập niên. Nghiên cứu gần đây đã làm dấy lên hy vọng rằng điều này sẽ khả thi.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science hồi tháng 4, các nhà khoa học đã thêm các vật liệu chứa kim loại vào các tấm quang năng phủ lớp perovskite để giúp chúng hoạt ổn định hơn với hiệu suất gần như các phiên bản silicon truyền thống. Perovskite là tên gọi chung của các vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể giống với cấu trúc của vật liệu gốm calcium titanate (CaTiO3).
Các nghiên cứu khác chỉ ra rằng có thể kết hợp các vật liệu khác nhau trong tấm quang năng cho các mục đích khác nhau.
Một nghiên cứu trên tạp chí Nature đã sử dụng tấm quang năng “song song”, trong đó, chất bán dẫn perovskite hấp thụ ánh sáng cận hồng ngoại từ quang phổ mặt trời, trong khi một vật liệu hữu cơ dựa trên carbon sẽ hấp thụ tia cực tím và các phần nhìn thấy được của ánh sáng.
Tấm quang năng hấp thu nhiệt tỏa ra từ trái đất vào ban đêm
Trong năm nay, các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford (Mỹ) cho biết đã sản xuất một loại tấm quang năng có thể sản xuất điện vào ban đêm bằng cách hấp thu nhiệt tỏa ra từ mặt đất. Ron Schoff, người đứng đầu bộ phận nghiên cứu năng lượng tái tạo của Viện Nghiên cứu năg lượng điện (EPRI) có trụ sở ở Washington, nói: “Tôi nghĩ rằng có rất nhiều sự sáng tạo trong ngành này”.
Việc tạo ra nhiều năng lượng hơn từ mỗi tấm quang năng sẽ ngày càng trở nên quan trọng khi năng lượng mặt trời được triển khai ở quy mô lớn hơn, làm dấy lên lo ngại về việc sử dụng đất và những tác động đến hệ sinh thái.
Schoff cho biết có một thiết kế giúp thúc đẩy tính hiệu quả đang được sử dụng phổ biến ở các dự án quy mô lớn là tấm quang năng “hai mặt”. Các tấm quang năng này hấp thụ năng lượng không chỉ từ tia nắng mặt trời chiếu trực tiếp mà còn từ ánh sáng phản xạ từ mặt đất bên dưới.
Các giải pháp khác cho phép sử dụng cùng một không gian cho nhiều mục đích, chẳng hạn như các tấm quang năng bán trong suốt được sử dụng làm mái che bảo vệ cho cây dâu tây hoặc các loại cây trồng khác.
Một thập niên trước, Ấn Độ đã tiên phong trong việc triển khai tấm quang năng trên các kênh đào, giúp giảm sự bốc hơi của nước trong khi chúng sản xuất điện năng.
Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng nếu triển khai các dự án điện mặt trời trên các con kênh ở bang California, nơi thường xảy ra hạn hán, điều này có thể giúp tiết kiệm khoảng 63 tỉ gallon nước (1 gallon = 3,78 lít). Theo đó, một dự án điện mặt trời trên kênh đào ở bang California sẽ được triển khai thí điểm trong năm nay.
Chánh Tài
(KTSG Online /Theo AFP)
