Tại sao pin mặt trời thế hệ mới lại “ăn nhiệt” để tạo điện?

Bui Nhat Minh · 10:50

Nghe có vẻ nghịch lý, nhưng ánh nắng mặt trời quá mạnh lại khiến pin mặt trời yếu đi. Theo Diễn đàn Kinh tế Thế giới, khi nhiệt độ tăng cao trong các đợt nắng nóng, hiệu suất của tấm pin mặt trời có thể giảm từ 10 đến 25%. Điều này xảy ra vì các tế bào quang điện bị quá nhiệt, khiến electron dao động mạnh, làm giảm điện áp và hiệu suất tổng thể.

Tuy nhiên, một nhóm nhà khoa học tại Anh vừa tìm ra cách biến chính lượng nhiệt đó thành lợi thế. Họ đã phát triển loại pin mặt trời quang điện hóa (PEC) có khả năng lưu trữ nhiệt dư thừa dưới dạng năng lượng hóa học, sau đó chuyển hóa lại thành điện năng khi cần. Phát minh này được công bố trong Tạp chí Vật lý Hóa học, mở ra hướng đi hoàn toàn mới cho năng lượng tái tạo.

Biến nhiệt thành điện bước ngoặt của năng lượng xanh

Khác với pin mặt trời truyền thống chỉ chuyển ánh sáng thành điện, công nghệ mới dựa trên phản ứng hóa học diễn ra ngay trên bề mặt tế bào quang điện. Mỗi tấm pin PEC vẫn hấp thụ photon như bình thường, nhưng phần năng lượng dư dưới dạng nhiệt sẽ được “gửi” vào một lớp chất điện phân đặc biệt. Ở đó, năng lượng được lưu trữ tạm thời dưới dạng hóa học, và có thể chuyển đổi lại thành điện khi cần thiết.

Theo tiến sĩ Dowon Bae (Đại học Loughborough), người đồng tác giả nghiên cứu, có một “khoảng nhiệt độ vàng” giúp quá trình này hoạt động hiệu quả nhất khoảng 45°C (113°F). Trong điều kiện này, nhiệt không chỉ không làm hại mà còn thúc đẩy phản ứng hóa học, giúp bù đắp phần năng lượng thất thoát vì quá nhiệt.

Tuy vậy, công nghệ mới vẫn còn một số thách thức. Các tế bào PEC cần một “điện thế khởi động” để bắt đầu phản ứng, khiến hiệu suất ban đầu giảm. Ngoài ra, chúng dễ bị ăn mòn hơn so với pin mặt trời thông thường. Dù vậy, PEC có lợi thế lớn trong khả năng lưu trữ năng lượng rất phù hợp cho các khu vực không kết nối lưới điện hoặc cần nguồn điện độc lập.

Một số nhà nghiên cứu còn ví pin PEC như “lá nhân tạo” có thể vừa hấp thụ ánh sáng, vừa lưu trữ năng lượng giống như cách cây xanh hấp thụ nắng để tạo ra năng lượng sống.

Tương lai của năng lượng mặt trời thông minh

Các kỹ sư năng lượng từng xem nhiệt là kẻ thù của pin mặt trời, nhưng nghiên cứu này cho thấy nắng nóng có thể trở thành đồng minh. Nếu được thương mại hóa, công nghệ PEC có thể giúp giảm chi phí năng lượng, tăng hiệu suất trong điều kiện khắc nghiệt, và thậm chí tạo nền tảng cho các hệ thống lưu trữ năng lượng bền vững hơn.

Với việc chi phí điện mặt trời đã giảm tới 85% kể từ năm 2010, bước đột phá này có thể khiến năng lượng mặt trời trở nên hấp dẫn hơn bao giờ hết. Trong tương lai, khi khí hậu ngày càng nóng hơn, những tấm pin “ăn nhiệt” như thế này có thể là chìa khóa giúp con người tận dụng tối đa sức mạnh của Mặt Trời.