Công nghệ lấy cảm hứng từ lượng tử chuyển đổi nhiệt thành điện qua ánh sáng với hiệu suất 60%

30-11-2024

Hệ thống phát nhiệt phát triển bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice.

Trong các hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt (TES), một bộ phát nhiệt sẽ hấp thụ nhiệt và chuyển đổi nó thành bức xạ điện từ, sau đó được tế bào quang điện tận dụng để tạo ra điện năng.

Pin và những hạn chế của chúng

Pin không hoàn hảo và có nhiều nhược điểm. Ví dụ, chúng được làm từ các khoáng chất hiếm thường được khai thác thông qua các phương pháp không bền vững. Khi bị thải bỏ, chúng thải ra hóa chất độc hại gây ô nhiễm môi trường và vòng đời sử dụng ngắn.

Hiện tại, mặc dù chúng ta phụ thuộc nhiều vào pin để lưu trữ năng lượng, nhưng cần có giải pháp xanh và sạch hơn. Một hướng đi đầy hứa hẹn là hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt (TES), nơi lưu trữ điện năng dưới dạng nhiệt năng và có thể chuyển đổi lại thành điện khi cần.

TES sử dụng vật liệu chi phí thấp, có tuổi thọ lâu hơn nhiều so với pin và dễ dàng mở rộng quy mô cho các hệ thống lưới điện lớn. Chúng có thể ổn định lưới năng lượng tái tạo bằng cách lưu trữ điện dư từ năng lượng mặt trời hoặc gió để cung cấp khi nhu cầu tăng cao.

Đột phá từ Đại học Rice

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice đã phát triển một bộ phát nhiệt có hiệu suất cao, mở ra tiềm năng cho việc xây dựng các hệ thống TES thực tiễn và có thể mở rộng. Bộ phát nhiệt là thành phần chính trong hệ thống TES, nơi hấp thụ nhiệt, chuyển đổi nó thành bức xạ điện từ, rồi được tế bào quang điện chuyển thành điện năng.

Vai trò quan trọng của bộ phát nhiệt hiệu quả

Thiết kế TES thường sử dụng hệ thống nhiệt-quang điện (TPV) để chuyển đổi nhiệt thành điện.

“Hệ thống này bao gồm hai thành phần chính: tế bào quang điện (PV) để chuyển đổi ánh sáng thành điện và bộ phát nhiệt để chuyển đổi nhiệt thành ánh sáng. Cả hai thành phần này cần hoạt động tốt để hệ thống đạt hiệu suất cao,” nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice cho biết.

Cho đến nay, các nhà khoa học chủ yếu tập trung cải tiến công nghệ tế bào PV. Tuy nhiên, trở ngại chính trong việc thực hiện các hệ thống TPV thực tế là mất mát năng lượng trong quá trình chuyển đổi. Đây chính là lúc bộ phát nhiệt, công nghệ thường ít được chú ý hơn, đóng vai trò quan trọng.

Một bộ phát nhiệt hiệu quả giúp giảm thiểu năng lượng bị mất khi chuyển đổi từ nhiệt sang điện. Đáng tiếc là các thiết kế TPV truyền thống chưa tích hợp được thiết bị này một cách hiệu quả.

“Sử dụng các phương pháp thiết kế thông thường hạn chế không gian sáng tạo cho bộ phát nhiệt, dẫn đến hai kịch bản: thiết bị thực tiễn nhưng hiệu suất thấp, hoặc bộ phát hiệu suất cao nhưng khó ứng dụng vào thực tế,” ông Gururaj Naik, đồng tác giả nghiên cứu và giáo sư tại Đại học Rice, chia sẻ.

Với đột phá này, “chúng tôi đã chỉ ra cách đạt được hiệu suất tốt nhất cho bộ phát trong những giới hạn thiết kế thực tế,” ông Ciril Samuel Prasad, đồng tác giả nghiên cứu và là nghiên cứu sinh tại Đại học Rice, bổ sung.

Đổi mới với các bộ cộng hưởng "giao tiếp"

Các nhà nghiên cứu của Đại học Rice đã sắp xếp hàng loạt các xi-lanh nano silicon trên một tấm kim loại làm từ tungsten để tạo ra bộ phát nhiệt. Khi hệ thống này nhận nhiệt, các photon được giải phóng. Đồng thời, các xi-lanh nano hoạt động như các bộ cộng hưởng, được thiết kế để hấp thụ các bước sóng hoặc năng lượng cụ thể của photon.

Chúng tương tác hoặc “giao tiếp” với nhau, cho phép chúng chọn lọc và chỉ phát ra những photon có năng lượng phù hợp. Những photon này sau đó được gửi đến tế bào quang điện (PV), nơi chúng được chuyển đổi thành điện.

“Việc phát xạ chọn lọc này, đạt được nhờ các hiểu biết từ vật lý lượng tử, tối đa hóa chuyển đổi năng lượng và cho phép hiệu suất cao hơn so với trước đây,” các tác giả nghiên cứu nhấn mạnh.

Nhờ sử dụng hiệu ứng lượng tử, các bộ cộng hưởng có thể kiểm soát photon ở cấp độ lượng tử, đảm bảo chỉ phát ra các photon có ích nhất cho tế bào PV, cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Về Prosolar

Giải pháp điện mặt trời & lưu trữ năng lượng

Công ty Cổ phần Giải pháp Năng lượng Prosolar là đơn vị chuyên cung cấp giải pháp điện mặt trời và lưu trữ năng lượng cho hộ gia đình, doanh nghiệp, nhà máy và các dự án công nghiệp tại Việt Nam. Với hơn 10 năm kinh nghiệm cùng hàng trăm dự án đã triển khai trên toàn quốc, Prosolar mang đến các giải pháp năng lượng xanh giúp tối ưu chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sử dụng điện và hướng tới phát triển bền vững.

Prosolar cung cấp đa dạng giải pháp từ hệ thống điện mặt trời hòa lưới, hệ thống hybrid có lưu trữ, hệ thống ESS công nghiệp, giải pháp bơm nước năng lượng mặt trời đến hạ tầng trạm sạc xe điện. Công ty đồng thời là đối tác phân phối của nhiều thương hiệu năng lượng hàng đầu thế giới như SolaX, Livoltek, Deye, FoxESS, Dyness, Longi, Jinko và Canadian Solar.

Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm, quy trình khảo sát – thiết kế – thi công chuyên nghiệp và dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật sau bán hàng tận tâm, Prosolar cam kết mang đến các giải pháp năng lượng an toàn, hiệu quả và bền vững cho khách hàng trên toàn quốc.

Đối tác phân phối và bán hàng

Chúng tôi không ngại chia sẻ, vì sự thành công của đối tác chính là một phần quan trọng trong định hướng phát triển bền vững của chúng tôi

SolaX là nhà cung cấp giải pháp lưu trữ năng lượng quang điện (PV) toàn cầu, chuyên về biến tần năng lượng mặt trời và hệ thống pin lưu trữ. Thành lập năm 2012, SolaX được biết đến với sự đổi mới, độ tin cậy và cam kết phát triển năng lượng bền vững. Hãng cung cấp đa dạng sản phẩm cho các ứng dụng dân dụng, thương mại, công nghiệp và quy mô tiện ích, bao gồm biến tần hybrid, biến tần chuỗi và pin lưu trữ điện.

LIVOLTEK là nhà sản xuất và cung cấp giải pháp năng lượng tái tạo hàng đầu thế giới. Là một phần của Tập đoàn Hexing, được thành lập năm 1992 và niêm yết trên Sở giao dịch chứng khoán Thượng Hải (603556) năm 2016, LIVOLTEK kết hợp kiến thức toàn cầu sâu rộng với kinh nghiệm địa phương vững chắc để cung cấp các giải pháp năng lượng phù hợp tại hơn 110 quốc gia.

Fox ESS là thương hiệu hàng đầu trong lĩnh vực biến tần Hybrid, biến tần bám tải và pin lưu trữ năng lượng mặt trời, nổi bật với công nghệ tiên tiến, hiệu suất cao và độ tin cậy vượt trội. Cùng Prosolar, khách hàng được tiếp cận giải pháp lắp điện mặt trời và lắp điện năng lượng mặt trời chính hãng, tối ưu chi phí, nâng cao hiệu quả sử dụng điện và hướng đến phát triển năng lượng bền vững.

Dyness là thương hiệu hàng đầu trong lĩnh vực pin lưu trữ Lithium LiFePO₄ dành cho hệ thống điện mặt trời, được thành lập năm 2017. Với công nghệ tiên tiến, hệ thống quản lý pin (BMS) thông minh và thiết kế module linh hoạt, Dyness mang đến giải pháp lưu trữ năng lượng an toàn, hiệu quả và dễ dàng mở rộng. Sản phẩm của Dyness hiện được phân phối tại hơn 100 quốc gia, đáp ứng nhu cầu của hộ gia đình, doanh nghiệp và các dự án thương mại, góp phần tối ưu hiệu quả sử dụng năng lượng sạch và nâng cao tính ổn định của hệ thống điện mặt trời.

Công ty TNHH Công nghệ Pylon (Pylontech) là nhà cung cấp hệ thống lưu trữ năng lượng chuyên dụng, tích lũy kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực điện hóa, điện tử công suất và tích hợp hệ thống. Chúng tôi đã cung cấp các sản phẩm và giải pháp lưu trữ năng lượng đáng tin cậy cho thị trường toàn cầu và khẳng định vị thế của mình là một trong những công ty hàng đầu trong ngành.

AIKO Solar được thành lập năm 2009 và là một trong những doanh nghiệp hàng đầu thế giới trong lĩnh vực nghiên cứu, phát triển và sản xuất tế bào quang điện (Solar Cell) cùng mô-đun pin năng lượng mặt trời.

Absen (mã chứng khoán: 300389.SZ) là tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới, vốn nổi tiếng toàn cầu với vị thế số 1 trong lĩnh vực màn hình LED cao cấp. Tuy nhiên, trong chiến lược phát triển bền vững, Absen đã mở rộng mạnh mẽ sang lĩnh vực năng lượng mới (Absen Energy). Tập đoàn chuyên cung cấp các giải pháp lưu trữ năng lượng thông minh, hệ thống điện mặt trời tích hợp cho hộ gia đình và công nghiệp, hướng tới mục tiêu hiện thực hóa hệ sinh thái năng lượng xanh toàn cầu, cung cấp 1 hệ thống lưu trữ hiệu quả không chỉ giúp tận dụng tối đa nguồn điện mặt trời mà còn đảm bảo nguồn điện dự phòng khi xảy ra sự cố lưới điện, là lựa chọn của nhiều hộ gia đình, doanh nghiệp và nhà máy.

Guangdong LVTOPSUN New Energy Co., Ltd. (thành lập năm 2008) là thương hiệu sản xuất thiết bị năng lượng tái tạo uy tín toàn cầu, chuyên sâu trong lĩnh vực nghiên cứu, phát triển và cung cấp các giải pháp pin lưu trữ Lithium cao cấp. Với hơn một thập kỷ kinh nghiệm, các sản phẩm pin Lithium LiFePO4 của LVTOPSUN nổi bật bởi công nghệ tự động hóa chuẩn xác, tuổi thọ chu kỳ cực cao (lên đến 8000 lần sạc xả) và hệ thống quản lý thông minh (BMS) an toàn tuyệt đối. Hiện tại, thương hiệu đã phủ sóng tại hơn 50 quốc gia, cung cấp giải pháp lưu trữ điện mặt trời tối ưu cho hàng triệu hộ gia đình và doanh nghiệp trên toàn thế giới.

XinPZ là thương hiệu pin lưu trữ năng lượng sử dụng công nghệ LiFePO₄ (Lithium Iron Phosphate), được phát triển và sản xuất bởi Shenzhen Xinpinzhi Technology, chuyên cung cấp các giải pháp lưu trữ điện cho hệ thống điện mặt trời dân dụng và thương mại. Các dòng pin XinPZ được thiết kế với hệ thống quản lý pin (BMS) thông minh, hỗ trợ mở rộng dung lượng, tương thích với nhiều dòng biến tần hybrid phổ biến và đáp ứng nhu cầu lưu trữ điện an toàn, ổn định, lâu dài.

Canadian Solar (mã chứng khoán NASDAQ: CSIQ) là một trong những tập đoàn công nghệ năng lượng tái tạo và sản xuất tấm pin mặt trời lớn nhất thế giới. Tại Việt Nam, Canadian Solar là một thương hiệu cực kỳ phổ biến và rất được ưa chuộng trong các dự án điện mặt trời áp mái (residential/C&I) cũng như các dự án trang trại điện mặt trời lớn nhờ độ bền cao, chế độ bảo hành uy tín và hiệu suất phát điện vượt trội trong điều kiện khí hậu nhiệt đới.

OSDA – giải pháp năng lượng mặt trời và lưu trữ thông minh, từ tấm pin N-Type đến hệ thống ESS, BESS và C&I ESS. Prosolar cung cấp, phân phối và tư vấn giải pháp phù hợp cho gia đình, doanh nghiệp và nhà xưởng.

GoodWe là thương hiệu chuyên về biến tần điện mặt trời, inverter hybrid, pin lưu trữ và giải pháp năng lượng thông minh, phù hợp cho hộ gia đình, doanh nghiệp và hệ thống C&I. Với danh mục sản phẩm đa dạng, GoodWe giúp tối ưu nguồn điện mặt trời, tăng khả năng tự sử dụng và hỗ trợ lưu trữ điện hiệu quả. Prosolar cung cấp và tư vấn giải pháp GoodWe phù hợp với nhu cầu thực tế của từng công trình.

GCL System Integration Technology Co., Ltd. (GCL SI) là một trong bốn công ty niêm yết thuộc GCL Group, với mã chứng khoán 002506.SZ. Công ty tập trung phát triển các sản phẩm và giải pháp như tế bào quang điện hiệu suất cao, mô-đun PV kích thước lớn, hệ thống lưu trữ năng lượng và các giải pháp năng lượng tích hợp. Theo thông tin công bố trên website chính thức, GCL SI hiện có năng lực sản xuất 16 GW cell hiệu suất cao và 30 GW module hiệu suất cao, đồng thời năm 2025 nằm trong TOP 7 toàn cầu về sản lượng module xuất xưởng.

AlpSolarr là thương hiệu giải pháp lưu trữ năng lượng thuộc LIGOO, hướng đến phát triển công nghệ năng lượng xanh, an toàn và bền vững. Với các giải pháp pin lưu trữ và hệ thống ESS cho gia đình, doanh nghiệp và công nghiệp, AlpSolarr mang đến lựa chọn tối ưu cho nhu cầu quản lý, sử dụng năng lượng mặt trời. Sản phẩm AlpSolarr được Prosolar cung cấp và phân phối, đồng hành cùng khách hàng trên hành trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.

Exliporc là thương hiệu chuyên phát triển và sản xuất các giải pháp pin lithium, hệ thống lưu trữ năng lượng cho gia đình, doanh nghiệp và nhiều lĩnh vực ứng dụng. Với định hướng phát triển bền vững, chú trọng chất lượng, đổi mới công nghệ và dịch vụ hỗ trợ, Exliporc hướng đến việc mang lại giải pháp năng lượng hiệu quả, an toàn và phù hợp với nhu cầu sử dụng. Tại Việt Nam, Prosolar cung cấp và phân phối các sản phẩm Exliporc, đồng hành cùng khách hàng trong quá trình lựa chọn và triển khai hệ thống điện mặt trời kết hợp lưu trữ.

Tin tức liên quan