Công nghệ 'pin mặt trời ngược' tạo điện vào ban đêm

Tại Sydney (Australia), các nhà khoa học năng lượng mặt trời nghiên cứu hướng tiếp cận hoàn toàn mới để sản xuất điện, không hấp thụ ánh sáng như các tấm pin truyền thống mà theo chiều ngược lại.

“Chúng tôi đang phát triển các thiết bị tạo ra điện bằng cách phát ra ánh sáng thay vì hấp thụ ánh sáng. Có thể coi đây là dạng pin mặt trời đảo ngược”, Jamie Harrison, nghiên cứu sinh sau đại học tại Đại học New South Wales (UNSW), cho biết.

Các nhà khoa học tìm cách khai thác năng lượng mặt trời theo nhiều cách khác nhau, ngay cả vào ban đêm. (Ảnh minh họa)

Harrison là thành viên của nhóm nghiên cứu tại Học viên Kỹ thuật Quang điện và Năng lượng tái tạo UNSW, nơi các nhà khoa học đang tìm kiếm những phương thức mới để khai thác năng lượng mặt trời, bao gồm cả khả năng phát điện khi trời tối.

Ban ngày, Trái đất hấp thụ năng lượng từ Mặt trời. Đến đêm, năng lượng này được giải phóng dưới dạng bức xạ hồng ngoại, một loại bức xạ vô hình với mắt thường nhưng có thể cảm nhận dưới dạng nhiệt.

Nhóm nghiên cứu UNSW đang phát triển loại vật liệu bán dẫn có tên gọi là đi-ốt nhiệt bức xạ, cho phép chuyển đổi bức xạ hồng ngoại này thành điện năng.

“Nếu quan sát Trái đất vào ban đêm bằng camera hồng ngoại, bạn sẽ thấy hành tinh của chúng ta phát sáng”, Giáo sư Ned Ekins-Daukes, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết. “Đó là quá trình Trái đất tỏa nhiệt vào không gian lạnh giá xung quanh”.

Bức ảnh được chụp bằng máy ảnh hồng ngoại cho thấy Nhà hát Opera Sydney và Cầu Cảng Sydney phát ra nhiệt vào ban đêm. (Ảnh: CNN)

Dù không phải là những người đầu tiên nghiên cứu đi-ốt nhiệt bức xạ, nhóm UNSW là những người đầu tiên chứng minh trực tiếp khả năng tạo ra điện từ thiết bị này vào năm 2022, dựa trên các nghiên cứu nền tảng trước đó của Đại học Harvard và Stanford (Mỹ).

Tuy nhiên, lượng điện mà thiết bị hiện tạo ra vẫn còn rất nhỏ, thấp hơn khoảng 100.000 lần so với pin mặt trời thông thường.

“Công suất hiện tại chỉ đủ để chạy một chiếc đồng hồ đeo tay kỹ thuật số bằng nhiệt cơ thể”, Giáo sư Ekins-Daukes cho biết, đồng thời giải thích rằng hiệu suất của đi-ốt phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và môi trường xung quanh.

Ngay cả trong điều kiện tối ưu, đi-ốt nhiệt bức xạ trên Trái đất cũng chỉ có thể tạo ra mật độ công suất khoảng 1 watt/m2. Nguyên nhân do hơi nước và các khí như CO2 trong khí quyển hấp thụ nhiệt, làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt Trái đất và bầu trời đêm.

Một đi-ốt nhiệt bức xạ do các nhà khoa học tại UNSW phát triển, có thể chuyển đổi bức xạ hồng ngoại thành điện năng. (Ảnh: UNSW)

Theo Ekins-Daukes, môi trường không gian, nơi không có khí quyển và nhiệt độ cực thấp, mới là nơi công nghệ này phát huy tiềm năng thực sự.

Nhóm nghiên cứu kỳ vọng đi-ốt nhiệt bức xạ có thể được ứng dụng để cung cấp điện cho các vệ tinh. Hiện nay, vệ tinh chủ yếu dựa vào pin mặt trời, nhưng phương pháp này bị hạn chế trong những khoảng thời gian không nhận được ánh sáng trực tiếp.

“Ở quỹ đạo thấp, vệ tinh thường trải qua khoảng 45 phút có ánh sáng và 45 phút trong bóng tối”, Ekins-Daukes nói. “Pin mặt trời chỉ hoạt động khi có nắng, vì vậy giải pháp ở đây là tận dụng các bề mặt khác của tàu vũ trụ để tạo ra nguồn điện phụ trợ”.

Theo đó, đi-ốt tạo ra điện từ lượng nhiệt mà vệ tinh hấp thụ khi được chiếu sáng, sau đó phát tỏa nhiệt này vào không gian lạnh trong giai đoạn tối.

Hiện tại, trong thời gian không có ánh sáng, vệ tinh phải sử dụng pin lưu trữ được sạc trước đó. Tuy nhiên, Ekins-Daukes cho rằng công nghệ mới có thể giúp “khai thác thêm điện năng từ chính bề mặt vệ tinh”.

“Xu hướng hiện nay là phát triển các vệ tinh nhỏ hơn, hoạt động ở quỹ đạo thấp nhưng vẫn đảm nhiệm được chức năng của vệ tinh lớn”, ông nói. “Trong bối cảnh đó, đi-ốt nhiệt bức xạ, với trọng lượng nhẹ và khả năng tận dụng các bề mặt chưa được khai thác, có thể mang lại lợi thế đáng kể”.

Nhóm nghiên cứu UNSW dự kiến tiến hành thử nghiệm công nghệ này bằng khinh khí cầu trong năm nay, đánh dấu lần đầu tiên đi-ốt nhiệt bức xạ được thử nghiệm trong môi trường không gian.

(Nguồn: CNN)