Bộ tập trung năng lượng mặt trời của các nhà nghiên cứu Đại học Nam Kinh có thiết kế trong suốt và có thể dùng trên cấu trúc cửa sổ sẵn có. Ảnh: Tristate Sun Control
Science Daily hôm 5/9 đưa tin các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc đã tạo ra bộ tập trung năng lượng mặt trời trong suốt, không màu, có thể phủ lên kính cửa sổ tiêu chuẩn, giúp thu năng lượng mặt trời mà không làm thay đổi diện mạo của cửa sổ.
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc tạo ra bộ tập trung năng lượng mặt trời đơn hướng trong suốt, có thể phủ trực tiếp lên kính cửa sổ tiêu chuẩn và sử dụng để thu ánh sáng Mặt Trời mà không làm thay đổi hình dáng cửa sổ. Sáng kiến thiết kế bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh ở tỉnh Giang Tô, Trung Quốc, sử dụng nhiều lớp tinh thể lỏng cholesteric (CLC). Theo các nhà khoa học, bộ tập trung năng lượng mặt trời loại nhiễu xạ độc đáo (CUSC) này chọn lọc hướng ánh sáng Mặt Trời về phía cạnh của cửa sổ, nơi lắp đặt tế bào quang điện (PV).
"Bằng cách thiết kế cấu trúc màng tinh thể lỏng cholesteric, chúng tôi tạo ra một hệ thống chọn lọc nhiễu xạ ánh sáng phân cực tròn, hướng nó vào trong kính dẫn sóng ở góc dốc", tiến sĩ Dewei Zhang, nhà nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh, tác giả chính của nghiên cứu công bố trên tạp chí PhotoniX, cho biết.
Khác với các bộ tập trung dựa trên phát quang hoặc tán xạ thông thường dễ gặp phải biến dạng hình ảnh, hiệu suất thấp và khả năng mở rộng quy mô kém, CUSC mới cung cấp nhiễu xạ chọn lọc phân cực băng thông rộng và dẫn sóng hiệu quả trong khi vẫn giữ được độ rõ nét hoàn chỉnh. Zhang chia sẻ thiết bị đạt độ truyền sáng trung bình cao khoảng 64,2% và chỉ số hoàn màu (thước đo mức độ tái tạo màu sắc chân thực của vật thể dưới ánh sáng nhân tạo so với ánh sáng tự nhiên) là 91,3%. Điều này cho phép thu thập tới 38,1% năng lượng ánh sáng xanh lá cây tại rìa cửa sổ.
Những đặc tính quang học trên có nghĩa lớp phủ có thể tạo ra năng lượng sạch trong khi giữ cho kính trong suốt và tự nhiên, đảm bảo rằng cửa sổ không có gì khác biệt với kính thông thường. Nhóm nghiên cứu cũng nhấn mạnh khả năng mở rộng quy mô của thiết kế. Các mô phỏng cho thấy một cửa sổ CUSC tiêu chuẩn rộng 2 m có thể tập trung ánh sáng Mặt Trời gấp 50 lần cường độ bình thường, qua đó tăng đáng kể tiềm năng thu năng lượng. Mức độ hiệu suất này cho phép giảm 75% diện tích tế bào quang điện cần thiết, tiết kiệm chi phí vật liệu và mở ra những lựa chọn thiết kế mới cho các tòa nhà tiết kiệm năng lượng.
Các thí nghiệm do nhóm thực hiện cho thấy nguyên mẫu có đường kính 2,5 cm có thể trực tiếp cung cấp năng lượng cho một quạt 10 miliwatt (mW) ngoài trời dưới ánh sáng Mặt Trời. Hệ thống cũng tương thích với tế bào quang điện hiệu suất cao, như gallium arsenide (GaAs), hợp chất bán dẫn tăng cường chuyển đổi năng lượng tổng thể.
Theo tiến sĩ Wei Hu, giáo sư khoa học máy tính và công nghệ tại Đại học Nam Kinh, màng CLC nhiều lớp được chế tạo bằng kỹ thuật căn chỉnh quang học và polymer hóa, có thể mở rộng thông qua sản xuất dạng cuộn.
Ngoài ra, thiết kế có sự ổn định dài hạn khi tiếp xúc môi trường trong thời gian dài và có thể lắp đặt trên cấu trúc cửa sổ hiện có, trở thành giải pháp thực tế cho nâng cấp đô thị bền vững quy mô lớn. Nhóm nghiên cứu dự định cải thiện hiệu suất băng thông rộng và khả năng kiểm soát phân cực của công nghệ. Họ cũng đang khám phá ứng dụng ngoài các tòa nhà, bao gồm nhà kính nông nghiệp và màn hình năng lượng mặt trời trong suốt. Mục tiêu của họ là biến kính thụ động thành bề mặt tạo năng lượng chủ động trên toàn thế giới.
An Khang (Theo Science Daily/Interesting Engineering)
