Giống như con người, các tấm năng lượng mặt trời hoạt động không hiệu quả khi bị nóng lên. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã tìm ra một công nghệ bổ trợ làm cho các tấm năng lượng tự “đổ mồ hôi” để làm mát và tăng sản lượng điện.

Đây là “một cách đơn giản, tinh tế và hiệu quả để cải tiến các tấm năng lượng mặt trời hiện có và tăng hiệu quả tức thì,” Liangbing Hu, nhà khoa học vật liệu ở Đại học Maryland, College Park, cho biết.

Ngày nay trên thế giới có hơn 600 gigawatt công suất điện mặt trời, cung cấp 3% nhu cầu điện toàn cầu. Công suất đó dự kiến sẽ tăng gấp năm lần trong thập kỷ tới. Hầu hết các tấm năng lượng mặt trời sử dụng silicon để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện. Nhưng các tế bào silicon điển hình chỉ chuyển đổi 20% năng lượng của mặt trời chiếu vào chúng thành dòng điện. Phần lớn năng lượng dư thừa còn lại biến thành nhiệt, có thể làm ấm các tấm năng lượng nóng lên tới 40°C. Và khi nhiệt độ tấm năng lượng mặt trời càng lên trên mức 25°C, hiệu suất của chúng càng giảm xuống. Trong ngành năng lượng, mức tăng hiệu suất cho dù chỉ 1% cũng là một lợi ích kinh tế lớn, Jun Zhou, nhà khoa học vật liệu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Huazhong, Trung Quốc, nói.

Từ nhiều thập kỷ trước, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng làm mát các tấm năng lượng mặt trời bằng nước có thể làm tăng hiệu suất của tấm năng lượng mặt trời. Ngày nay, một số công ty thậm chí còn bán các hệ thống làm mát bằng nước cho tấm năng lượng mặt trời. Nhưng những hệ thống đó đòi hỏi nhiều nước và bể chứa, đường ống và máy bơm, không khả thi ở các khu vực khô cằn và ở các nước đang phát triển với cơ sở hạ tầng yếu.

Các nhà nghiên cứu cũng đã phát minh ra các vật liệu có thể hút hơi nước từ không khí và ngưng tụ thành nước, trong đó có một loại gel hấp thụ mạnh hơi nước vào ban đêm, khi không khí mát mẻ và độ ẩm cao. Gel này, là một hỗn hợp ống nano carbon trong các loại polymer với muối calci chlorit ngậm nước, làm cho hơi nước ngưng tụ thành những giọt nhỏ được giữ lại trong gel. Khi gặp nhiệt độ cao ban ngày, gel giải phóng hơi nước. Nếu được bao phủ bởi một lớp nhựa trong, hơi thoát ra sẽ bị giữ lại, ngưng tụ lại thành nước và chảy vào thùng chứa.

Peng Wang, kỹ sư môi trường tại Đại học Bách khoa Hồng Kông, và các đồng nghiệp đã nghĩ đến việc sử dụng loại gel này làm chất làm mát cho các tấm năng lượng mặt trời. Họ ép một tấm gel dày 1 cm vào mặt dưới của tấm năng lượng mặt trời silicon tiêu chuẩn. Vào ban ngày, nhiệt từ tấm năng lượng làm gel giải phóng hơi nước mà nó hút từ không khí đêm hôm trước. Nước bay hơi sẽ làm mát tấm pin mặt trời, giống như mồ hôi toát ra làm mát cơ thể người khi quá nóng.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng lượng gel cần dùng phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm của môi trường. Trong môi trường sa mạc với độ ẩm 35%, một tấm năng lượng mặt trời rộng 1m2 cần 1 kg gel để làm mát, trong khi đó, một khu vực có độ ẩm 80% chỉ cần 0,3 kg gel/m2.

Trong cả hai trường hợp, nhiệt độ của tấm năng lượng giảm tới 10°C, sản lượng điện tăng trung bình 15% và có thể lên đến 19% trong điều kiện có gió tăng cường hiệu quả làm mát – theo bài báo của Wang và các đồng nghiệp được công bố hôm 11/5 trên Nature Sustainability.

“Gia tăng hiệu suất rất đáng kể,” Zhou nói, đồng thời chỉ ra rằng mưa có thể hòa tan muối canxi clorua trong gel, làm giảm khả năng hút nước. Wang đồng ý, nhưng lưu ý rằng thiết kế này đặt hydrogel nằm phía dưới tấm năng lượng mặt trời, giúp phần nào che mưa. Wang và các đồng nghiệp cũng đang nghiên cứu loại gel thế hệ thứ hai không bị xuống cấp, ngay cả khi bị ướt.