Thiết bị thu ánh sáng mặt trời hiệu quả cao hơn nhờ công nghệ tập trung hóa năng lượng

Các giảng viên của viện Masdar cùng với đội nghiên cứu khoa của mình mới đây đã nghiên cứu ra một cách thức mới lạ giúp nâng cao đáng kể lượng ánh sáng mặt trời mà thiết bị thu ánh sáng có thể hấp thụ trong quá trình chuyển hóa thành nhiệt năng. Thông qua việc có thể chuyển hóa được nhiều năng lượng hơn mà vẫn đảm bảo mức chi phí thấp, mẫu thiết bị mới này sẽ giúp cho những công nghệ mới phụ thuộc vào nguồn năng lượng mặt trời sẽ trở nên hiệu quả hơn và có giả cả phải chăng hơn đối với người dùng. 

Ông Tiejun, PGS-TS về Cơ khí và Vật liệu Kỹ thuật cho biết: "Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã phát triển một kỹ thuật chế tạo mới nhằm tạo ra một loại thiết bị thu ánh sáng không chỉ có hiệu quả cao hơn dựa trên khả năng khai thác được nhiều hơn lượng quang phổ mặt trời mà còn đơn giản, thân thiện hơn với môi trường và có chi phí thấp".

Ông Nicolas X. Fang, giáo sư Kỹ thuật Cơ Khí tại viện Công Nghệ Massachuset (MIT) đồng thời là điều tra viên và giám sát của dự án nghiên cứu lần này cho biết: "Chúng tối rất vui khi sự hợp tác giữa viện Masdar và MIT đã mang đến một kết quả rất tích cực, một cái nhìn mới hơn về hiện tượng cộng hưởng plasmon. Cụ thể, đó chính là xác định số lượng tương tác giữa trường điện từ và các electron tự do trong kim loại. Ứng dụng hiện tượng cộng hưởng Plason để giữ lại ánh sáng mặt trời sẽ giúp cho thiết bị hoạt động hiệu quả hơn. Chúng tôi hiện đang hướng tới nghiên cứu và thử nghiệm hiệu suất chuyển đổi năng lượng của vật liệu phủ trong thời gian sắp tới".

Phát hiện lần này sẽ đóng góp cho những nghiên cứu sau này của viện Masdar và MIT với mục tiêu xa hơn đó chính là phát triển các nhà máy điện năng lượng mặt trời kết hợp cùng với hệ thống làm mát.

Kỹ thuật chế tạo mới của nhóm nghiên cứu bao gồm thiết kế thiết bị thu ánh sáng với rất nhiều các lỗ nhỏ chỉ với bán kính hơn 400 nanomet (nhỏ hơn chiều rộng của một sợi tóc 200 lần) cách đều nhau trên bề mặt của thiết bị. Nhờ có các lỗ nhỏ được đục xuyên qua cả hai phía bề mặt của thiết bị mà lượng ánh sáng mặt trời được hấp thụ cũng nhiều hơn. Theo như tính toán, gần 90% tất cả các bước sóng của ánh sáng tới bề mặt trái đất được hấp thụ qua các lỗ nano siêu nhỏ. Không giống như các thiết bị hấp thụ ánh sáng mặt trời khác, mẫu thiết bị mới này không yêu cầu nhiều nguyên vật liệu và chỉ bao gồm hai lớp với tổng độ dày chỉ khoảng 170 nanomet: một lớp màng bán dẫn và một lớp kim loại phản chiếu.

Tiến sĩ Jin You Lu cho biết: "Ý tưởng này có thể áp dụng cho hầu hết các thiết bị hoạt động dựa trên hình thức hấp thụ năng lượng mặt trời thông thường. Với khuôn mẫu độc đáo này, năng suất hấp thụ của các thiết bị này có thể được tăng lên nhiều hơn khi chúng có thể tận dụng được cả các tia cực tím cũng như vùng nhìn thấy của phổ điện từ".

Để có thể tối đa hóa hiệu quả của các loại thiết bị hấp thụ ánh sáng mặt trời, điều cần thiêt phải khắc phục đó chính là giảm thiểu bức xạ nhiệt của các vật liệu làm nên thiết bị đó. Tuy nhiên, sẽ rất khó khăn để có thể tạo ra một loại thiết bị có khả năng hấp thụ một lượng lớn ánh sáng mặt trời mà vẫn có thể đảm bảo duy trì được mức độ bức xạ nhiệt thấp. Thông thường, khi các loại thiết này hấp thụ càng nhiều ánh sáng, nhiệt độ của thiết bị sẽ ngày càng tăng cao và làm cho cho chúng mất đi một phần năng lượng dưới dạng bức xạ nhiệt.

Điểm mấu chốt giúp loại thiết bị này hiệu quả hơn bao giờ hết chính là bên cạnh việc có thể tối ưu hóa khả năng hấp thụ ánh sáng, nó còn có thể hạn chế thấp nhất lượng năng lượng thất thoát quay trở lại trong không khí thông qua bức xạ nhiệt. Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã tận dụng các lớp phủ phim siêu mỏng trong quá trình sản xuất.

Minh Thúy (Theo Science Daily)