Một nhóm nhà nghiên cứu tại Trung Quốc đã phát triển hệ thống năng lượng mặt trời tích hợp khí cầu di động, mở ra giải pháp khả thi cho việc cung cấp điện khẩn cấp ở các khu vực vĩ độ trung và cao.

Nghiên cứu mới về tiềm năng năng lượng mặt trời

Nghiên cứu đã đánh giá tiềm năng của 10.000 hệ thống quang điện tích hợp khí cầu (BIPVS) tại nhiều vĩ độ khác nhau. Kết quả cho thấy, tại các vĩ độ cao, BIPVS đạt sản lượng trung bình cao hơn trong các tháng hoạt động hiệu quả. Trong suốt vòng đời, các hệ thống này tại một số thành phố được chọn có thể sản xuất từ 480–700 GWh điện.

Ngoài ra, BIPVS còn giúp giảm 696 gam CO2 trên mỗi kWh điện sản xuất, nhấn mạnh lợi ích môi trường của công nghệ này.

Giải pháp vượt qua thách thức của năng lượng mặt trời

Với biến đổi khí hậu và mục tiêu trung hòa carbon, năng lượng mặt trời – nguồn năng lượng dồi dào, thân thiện môi trường và chi phí thấp – ngày càng quan trọng. Trong năm 2021, sản lượng điện mặt trời toàn cầu đã tăng 179 TWh, chiếm 3,6% tổng sản lượng điện toàn cầu.

Các công nghệ kết hợp như theo dõi, tự làm sạch, tập trung ánh sáng, và tích hợp xây dựng đã nâng cao hiệu suất quang điện (PV). Tuy nhiên, các hệ thống PV truyền thống vẫn gặp hạn chế như yêu cầu diện tích lớn, khó thích nghi địa lý, và bị che bóng từ công trình hoặc cây cối.

Hệ thống PV linh hoạt tích hợp khí cầu

Hệ thống BIPVS mang lại giải pháp hiệu quả và khả thi cho các khu vực vĩ độ trung và cao, nơi hệ thống PV cố định khó hoạt động hiệu quả. Khí cầu được trang bị pin mặt trời màng mỏng cadmium telluride (CdTe) với hiệu suất 19%, van xả, mô-đun điều khiển và lưu trữ, dây cố định, cùng bề mặt thấu quang phía trên.

Thiết kế độc đáo này giúp thu ánh sáng từ mọi hướng và tăng cường hiệu quả tập trung nhờ tính chất khúc xạ của khí cầu. Mặt dưới của khí cầu hạn chế diện tích lắp đặt nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả hấp thụ ánh sáng. Các tấm pin được đặt bên dưới khí cầu để bảo vệ khỏi bụi, tuyết, và mưa đá.

Van xả giúp kiểm soát áp suất khi tiếp xúc ánh sáng mặt trời, trong khi các mô-đun lưu trữ và điều khiển đảm nhiệm việc chuyển đổi, lưu trữ, giám sát và bảo vệ nguồn điện. Hệ thống được giữ ổn định nhờ bốn dây cáp và dây cố định nối khí cầu với mô-đun điều khiển trên mặt đất.

Tiềm năng ứng dụng rộng rãi

Hệ thống PV linh hoạt như BIPVS không chỉ cung cấp giải pháp năng lượng hiệu quả mà còn mở rộng tiềm năng ứng dụng tại các khu vực khó triển khai hệ thống cố định. Đây là bước tiến quan trọng trong việc tối ưu hóa năng lượng mặt trời tại các vùng khí hậu khắc nghiệt.

Kim Anh (Theo Interesting Engineering)