Các nhà nghiên cứu ở Hồng Kông vừa phát triển một lớp phủ hydrogel mới, chi phí thấp, giúp làm mát các điểm nóng trên tấm pin mặt trời và tăng sản lượng điện, từ đó cải thiện hiệu suất và độ tin cậy tổng thể của chúng.
Lớp phủ này nhắm vào các điểm nóng, là những khu vực có nhiệt độ cao không đồng đều trong một tấm pin mặt trời hoặc một phần của tấm pin mặt trời. Do hiện tượng che khuất một phần, chúng là một trong những vấn đề dai dẳng nhất trong hệ thống quang điện.
Các điểm nóng không chỉ làm giảm sản lượng điện mà còn có thể dẫn đến hỏng tấm pin, xuống cấp lâu dài và thậm chí gây cháy. Các nghiên cứu cho thấy, các điểm nóng gây ra 22% số lần hỏng tấm pin mặt trời chỉ trong vòng ba năm hoạt động.
Lớp phủ này được chế tạo bởi Giáo sư Yan Jerry và Tiến sĩ Liu Junwei tại Đại học Bách khoa Hồng Kông (PolyU). Theo nhóm nghiên cứu của PolyU, việc phủ lớp làm mát gốc hydrogel lên tấm pin mặt trời có thể giảm nhiệt độ điểm nóng lên đến 16 độ C.
Việc giảm nhiệt độ này dẫn đến tăng sản lượng điện lên tới 13% trong các thử nghiệm ở phòng thí nghiệm và hệ thống. Ngoài ra, công nghệ này còn tiết kiệm chi phí và thân thiện với người dùng, phù hợp với môi trường đô thị.
Điểm nóng là vấn đề thường gặp trong các hệ thống năng lượng mặt trời. Các nghiên cứu kiểm tra hơn 3,3 triệu tấm pin mặt trời cho thấy, 36,5% có biểu hiện lỗi về nhiệt, các tấm pin bị ảnh hưởng cho thấy nhiệt độ trung bình tăng vượt quá 21 độ C.
Nhiệt độ cao đẩy nhanh quá trình lão hóa vật liệu và làm giảm hiệu suất, từ đó làm hạn chế hiệu quả kinh tế dài hạn của hệ thống điện mặt trời. Lớp phủ này khi sử dụng trong hệ thống điện mặt trời mái nhà và tích hợp vào tòa nhà (BIPV), dự kiến phục hồi gần một nửa lượng điện năng bị mất do các điểm nóng gây ra.
Lớp phủ hydrogel chủ yếu được làm từ polyacrylamide, một loại gel hấp thụ nước, được liên kết với nhau bằng hydroxyethyl cellulose. Theo nhóm nghiên cứu, thiết kế này giúp khắc phục các vấn đề nghiêm trọng như nứt và co ngót, thường ảnh hưởng đến hydrogel thông thường trong quá trình sử dụng lâu dài.
Các hydrogel truyền thống có thể bị co ngót thể tích lên đến 46% sau quá trình sử dụng kéo dài, trong khi lớp phủ hydrogel cải tiến này làm giảm đáng kể hiện tượng nứt và co ngót, giới hạn tỉ lệ co ngót thể tích ở mức 34%.
Nhóm nghiên cứu của PolyU hiện đang lên kế hoạch phát triển hơn nữa phương pháp làm mát bằng bay hơi dựa trên hydrogel, để hỗ trợ việc ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệ quang điện mới nổi.
Lớp phủ hydrogel mới, được trình bày trong nghiên cứu “Nâng cao hiệu suất và độ bền của pin mặt trời bằng phương pháp quản lý điểm nóng tiên tiến”, được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials.
