Trong nhiều thế kỷ, các nhà phát minh đã tìm ra nhiều cách để thu năng lượng mặt trời. Họ đã thực hiện những công việc đáng kinh ngạc với các tế bào quang điện có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành năng lượng. Tuy nhiên, với tất cả các nghiên cứu, lịch sử và khoa học cho đến nay, có những giới hạn về số lượng năng lượng mặt trời có thể thu được và sử dụng, bởi vì việc thu năng lượng mặt trời chỉ giới hạn vào ban ngày.

Tìm ra cách hiệu quả hơn để khai thác năng lượng mặt trời là rất quan trọng để chuyển đổi sang lưới điện không có carbon. Theo một nghiên cứu gần đây của Văn phòng Công nghệ Năng lượng Mặt trời của Bộ Năng lượng và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ, năng lượng mặt trời có thể chiếm tới 40% nguồn cung điện của Hoa Kỳ vào năm 2035 và 45% vào năm 2050.

Nhiệt điện mặt trời truyền thống (STPV) dựa vào một lớp trung gian để điều chỉnh ánh sáng mặt trời cho hiệu quả tốt hơn. Mặt trước của lớp trung gian (mặt đối diện với mặt trời) được thiết kế để hấp thụ tất cả các photon đến từ mặt trời. Bằng cách này, năng lượng mặt trời được chuyển thành nhiệt năng và nâng cao nhiệt độ của lớp trung gian.

Nhưng có giới hạn hiệu suất nhiệt động lực học của STPV, từ lâu được hiểu là giới hạn vật đen (85,4%), vẫn thấp hơn nhiều so với giới hạn Landsberg (93,3%) - giới hạn hiệu suất cuối cùng để thu năng lượng mặt trời.

Trong nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học chỉ ra rằng hiệu suất thấp hơn giới hạn là do sự phát xạ ngược năng lượng mặt trời không thể tránh khỏi của lớp trung gian do tác động qua lại của hệ thống. Các nhà khoa học đề xuất các hệ thống STPV sử dụng lớp trung gian có các đặc tính bức xạ không tác động lẫn nhau. Lớp trung gian như vậy về cơ bản có thể ngăn chặn đáng kể sự phát xạ ngược năng lượng mặt trời và tạo ra nhiều luồng photon hơn về phía tế bào. Kết quả là hệ thống STPV có thể đạt đến giới hạn Landsberg về hiệu suất thu năng lượng mặt trời.

Phát hiện mới giúp hiệu suất thu năng lượng mặt trời có thể được cải thiện đến giới hạn nhiệt động lực học. Giới hạn nhiệt động lực học là hiệu suất biến đổi lớn nhất có thể về mặt lý thuyết của ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Bên cạnh việc cải thiện hiệu quả, STPV hứa hẹn sẽ nhỏ gọn và có khả năng chuyển đổi (điện có thể được lập trình theo yêu cầu dựa trên nhu cầu của thị trường). Trong một kịch bản ứng dụng quan trọng, STPV có thể được kết hợp với một bộ lưu trữ năng lượng nhiệt tiết kiệm để tạo ra điện 24/7. Chi tiết tham khảo tại:

Sina Jafari Ghalekohneh, Bo Zhao. Nonreciprocal Solar Thermophotovoltaics. Physical Review Applied, 2022; 18 (3) DOI: 10.1103/PhysRevApplied.18.034083

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn