Sunday, 14/07/2024 | 18:52 GMT+7

Tăng hiệu suất pin mặt trời nhờ lớp phủ chống phản xạ

24/07/2023

Nhờ lớp phủ chống phản xạ tăng cường mà hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời tăng từ 90,2% lên 97,5% mà vẫn bảo đảm khả năng chống bám bụi.

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, sẵn có và miễn phí. Nó có mặt ở mọi nơi trên trái đất. Khi chúng ta lắp đặt và sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời thì hệ thống các thiết bị chuyên dụng sẽ chuyển quang năng thành điện năng cung cấp cho các thiết bị điện tử trong gia đình và các công trình kiến trúc. Sản lượng điện được sản xuất ra cũng đồng thời là nguồn năng lượng xanh, sạch có thể sử dụng trực tiếp cho tải điện. ​
Trong xã hội hiện đại, năng lượng mặt trời được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải và y tế, đóng góp vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng cuộc sống cho con người. Tuy nhiên, để khai thác tối đa công suất của pin mặt trời, cần giải quyết một số vấn đề kỹ thuật và công nghệ, trong đó có việc chế tạo màng phủ chống phản xạ cho kính tấm bảo vệ của pin mặt trời.
Pin mặt trời là một trong những giải pháp năng lượng tái tạo có chi phí thấp nhất và hiệu quả nhất trong việc chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
Lớp màng phủ chống phản xạ có cấu trúc bề mặt kín giúp tăng khả năng truyền ánh sáng của kính tấm, giảm thiểu sự phản xạ ánh sáng và nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời nhưng vẫn đảm bảo khả năng chống bám bụi của kính bảo vệ sử dụng công nghệ chế tạo đặc biệt: tạo lớp màng phủ xốp đa lớp, có bề mặt kín do đó làm giảm chiết suất lớp màng đáng kể. 
Từ những lý do trên, nhóm các nhà khoa học của Viện Kỹ thuật nhiệt đới (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu thành công màng phủ kính chống phản xạ SiO2-TiO2 (Silic Dioxit và Titan Dioxit) có cấu trúc bề mặt kín dưới dạng nanocomposite của các hạt kích thước nanomet TiO2 và SiO2. Kích thước của các hạt nano SiO2 nằm trong khoảng 10-30 nm, đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật của màng phủ kính bảo vệ pin năng lượng mặt trời.
Độ truyền quang của lớp màng chống phản xạ SiO2/TiO2 một lớp và phủ 1 mặt trên nền kính với các tỷ lệ SiO2:TiO2 khác nhau (Ảnh: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) 
Với cấu trúc bề mặt kín, màng phủ SiO2-TiO2 hỗ trợ tăng khả năng truyền ánh sáng của kính tấm, giúp giảm thiểu sự phản xạ ánh sáng và nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời nhưng vẫn đảm bảo khả năng chống bám bụi của kính bảo vệ với công nghệ chế tạo đặc biệt: tạo lớp màng phủ xốp đa lớp, có bề mặt kín do đó làm giảm chiết suất lớp màng đáng kể.
Sau khi chế tạo thành công vật liệu, nhóm đã tiến hành đánh giá hiệu suất của tấm pin. Kết quả, ánh sáng truyền qua của kính bảo vệ pin đã tăng lên đáng kể sau khi phủ vật liệu nanocomposite SiO2-TiO2, cụ thể tăng từ 90,2% lên 97,5% tại bước sóng 550 nm, giúp tăng cường hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu chống bám bụi của kính.
Lắp đăt hệ pin măt trời sử dụng kính chống phản xạ để đo đạc hiệu suất (Ảnh: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) 
Kính được thiết kế để tối ưu hóa việc chuyển đổi năng lượng Mặt trời đồng thời bảo vệ lâu dài khỏi các điều kiện bên ngoài. Kính siêu trong, với hàm lượng oxit sắt thấp thường được sử dụng trong các ứng dụng năng lượng Mặt trời. Kính nổi hoặc có hoa văn có thể được phủ một lớp chống phản xạ để tăng thêm hiệu suất.
Lớp phủ dẫn điện trong suốt cũng có thể được sử dụng làm chất tiếp xúc điện trong một số công nghệ cho phép ánh sáng xuyên qua vật liệu quang điện trong khi dẫn điện chung ra khỏi các mô-đun. Kính cũng có thể được cường lực để tăng sức mạnh và độ bền.
Tấm kính của tấm năng lượng mặt trời là một trong những rào cản quan trọng bảo vệ các tế bào quang điện chống lại các tác nhân bên ngoài gây hại, chẳng hạn như nước, hơi và bụi bẩn. Tấm kính cũng cung cấp độ phản xạ thấp, độ truyền sáng cao và độ bền cao.
Theo TS Nguyễn Vũ Giang - chủ nhiệm đề tài nghiên cứu cho biết: "Sản phẩm của đề tài bước đầu đã được một số doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp pin mặt trời trong nước quan tâm và ký thỏa thuận hợp tác tiếp tục phát triển ứng dụng trên dây chuyền sản xuất công nghiệp. Đồng thời, đề tài đã được Cục Sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học và Công nghệ cấp 01 Bằng độc quyền Giải pháp hữu ích: Quy trình chế tạo lớp phủ chống phản xạ và nền bao gồm lớp phủ chống phản xạ”.
Bằng độc quyền Giải pháp hữu ích, sản phẩm của nhiệm vụ (Ảnh: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) 
Hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời là thước đo lượng ánh sáng mặt trời (chiếu xạ) chiếu vào bề mặt của tấm pin và được chuyển đổi thành điện năng. Do có nhiều tiến bộ trong công nghệ quang điện trong những năm gần đây, hiệu suất chuyển đổi của tấm pin trung bình đã tăng từ 15% lên hơn 20%.
Khi công nghệ tấm pin tiến bộ và hiệu suất của chúng được cải thiện, các nhà sản xuất có thể sản xuất các tấm pin công suất cao hơn với cùng một hệ số hình thức. Các tấm pin thường tăng công suất lên 5-10 watt mỗi năm nhờ cải tiến hiệu suất, mặc dù kích thước vật lý của tấm pin không thay đổi. Đây cũng là điều kiện thuận lợi cho các mái nhà có không gian hẹp vẫn có thể tạo ra nguồn năng lượng mặt trời hiệu suất cao.
Anh Thư

Chỉ thị 20 Cẩm nang tiết kiệm điện