Những công nghệ hiện đại từ năng lượng mặt trời

Với giá thành ngày càng giảm, pin quang điện hóa (hay pin mặt trời- photovoltaic cell) đang được ứng dụng rộng rãi để tạo ra nhiều công nghệ mới, từ những hộp sạc điện thoại thông minh cho đến loại sơn hấp thụ ánh sáng mặt trời.  

Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất trên trái đất và con người đã tìm ra nhiều cách để tận dụng nguồn tài nguyên này trong việc khai thác lương thực, sưởi ấm và điện năng. Một báo cáo gần đây của Tổ chức Năng lượng Quốc tế ( International Energy Agency) cho biết, dự đoán vào năm 2050, mặt trời có thể sẽ trở thành nguồn điện năng lớn nhất, xếp trên cả nhiên liệu hóa thạch, năng lượng gió, thủy năng và năng lượng hạt nhân.

Việc giảm giá thành của pin quang điện hóa cũng khiến điện mặt trời có khả năng trở thành nguồn năng lượng chính trong tương lai. Những hoạt động đổi mới sáng tạo gần đây đã tập trung tinh chỉnh các công nghệ điện mặt trời, tiến tới những công nghệ hiệu quả hơn, rẻ hơn và cũng thân thiện với môi trường hơn. Ví dụ một nhóm nghiên cứu ở Úc đã phát triển loại tế bào mực năng lượng mặt trời có thể in lên cả nhựa; Mercedes-Benz cũng đã công bố một loại xe được sơn bằng sơn mặt trời. Dưới đây là bảy ví dụ khác về những ứng dụng khác nhau của nguồn năng lượng này.

Bộ tiêu chuẩn cho tấm năng lượng mặt trời

Những tấm năng lượng mặt trời thường được coi là cách sản xuất điện “sạch” nhất. Giờ đây chứng chỉ Cradle to Cradle (C2C) do Viện Sáng tạo Sản Phẩm Cradle to Cradle (trụ sở chính ở California, Mỹ) cấp sẽ khiến cho tấm năng lượng mặt trời trở nên bền vững hơn nữa. C2C là một tập hợp các tiêu chuẩn, nguyên tắc đo lường chất lượng sản phẩm về tính an toàn của vật liệu, khả năng tái sử dụng của vật liệu, khả năng tái tạo năng lượng, quản lý nước và công bằng xã hội.

Tấm năng lượng mặt trời của công ty SunPower (Mỹ), đã được chứng chỉ Bạc của C2C và mới được tung ra thị trường vào tháng 11, là những tấm năng lượng mặt trời đầu tiên và duy nhất hiện nay trên thế giới có thể đáp ứng được những tiêu chuẩn khắt khe về qui trình sản xuất bền vững. Tất cả các tấm pin đều được sản xuất ở Mexicalia (Mexico), không sử dụng hoạt chất tổng hợp cadmium chloride hay cadmium, vốn có hại với sức khỏe con người và môi trường như trong một vài loại pin mặt trời khác. Công ty này có hẳn một chương trình về tái sử dụng và tái chế để đảm bảo cho các tấm pin này vẫn hữu dụng đến tận giai đoạn cuối, khi những bộ phận không thể tái sử dụng sẽ được xử lý bởi các nhà tái chế đã được cấp giấy chứng nhận.

Hội tụ năng lượng mặt trời

Một nhóm nghiên cứu của ĐH California, San Diego, đã phát triển một loại sơn hạt nano có thể giúp cho các nhà máy điện hội tụ năng lượng mặt trời (Concentrated Solar Power-CSP) hoạt động hiệu quả hơn.

Các nhà máy CSP sử dụng những tấm gương và nhiệt để sản xuất điện ở những vùng có nắng. Hàng trăm ngàn tấm gương hắt ánh sáng mặt trời vào một cái tháp, nơi muối nóng chảy bốc hơi đủ mạnh để quay turbine và tạo ra điện. Không giống như công nghệ quang điện, CSP có thể hoạt động ngay cả lúc trời nhiều mây hoặc tối.

Sơn hạt nano có khả năng hấp thụ và biến hơn 90% ánh sáng mặt trời nó thu được thành nhiệt, và nó chịu được nhiệt tới trên 700 độ C. Điều này đã giúp giải quyết được một trong những hạn chế chính của công nghệ CSP là tuổi đời ngắn ngủi của bộ phận thu ánh sáng mặt trời trong tháp do ảnh hưởng của nhiệt.

Lá điện mặt trời

Một tòa nhà ở Hamburg là nơi đầu tiên trên thế giới sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra nhiệt và nhiên liệu từ tảo. Căn hộ BIQ có một lò phản ứng quang sinh học mang tên Lá Điện Mặt Trời (SolarLeaf) do công ty Colt International & SSC Ltd phát triển trên thiết kế của các kỹ sư của công ty Arup và kiến trúc sư của công ty Splitterwerk. Lò phản ứng quang sinh học này bao gồm một loạt những tấm pin thủy tinh chứa vi tảo, được cung cấp chất dinh dưỡng và khí CO2 tạo ra ngay ở đó. Loại tảo này hấp thụ ánh sáng ban ngày và khí CO2, quang hợp và tạo ra nhiệt tới 40 độ C sưởi ấm tòa nhà. Loại tảo này sau đó được thu hoạch và lên men để tạo ra nhiên liệu khí đốt từ chất thải sinh học để cung cấp điện và nhiệt. Thêm một ích lợi nữa là khi phát triển, tảo cũng có khả năng che phủ tòa nhà trong những thời kỳ nắng gắt.

TS Jan Wurm, phụ trách nghiên cứu khu vực châu Âu của công ty Arup, giải thích: “Các bề mặt của SolarLeaf là một cách lưu trữ năng lượng mặt trời để thành nhiên liệu sử dụng sau này. Đây là một dự án thử nghiệm với các dữ liệu về sản xuất và sử dụng năng lượng được thu thập cho đến giữa năm 2015”. Phản hồi từ cư dân 15 hộ trong tòa nhà này đều rất tích cực.

Nhà hàng điện mặt trời

Một chiếc bếp điện mặt trời hoạt động bằng cách tập trung tia nắng vào một thanh parabol kim loại lớn, tạo ra một điểm tỏa nhiệt đủ nóng để làm chín thức ăn. Tuy không phải là ý tưởng mới nhưng đầu bếp Phần Lan Antto Melasniemi và nhà thiết kế Tây Ban Nha Marti Guixe đã đưa ý tưởng lên một cấp độ mới với một nhà hàng hoạt động hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời. Trong bốn năm qua, họ đã đưa căn bếp điện mặt trời ngoài trời của mình (với 12 chiếc bếp năng lượng mặt trời) đi khắp châu Âu, tạo ra những nhà hàng pop-up. Dự án này đã kết thúc tại Leeds vào tháng 9-2014, nơi Melasniemi nhận được giải thưởng Ẩm thực Đường phố Anh.

Nấu ăn bằng điện mặt trời không chỉ dành cho những quốc gia nhiệt đới trong mùa hè; Melasniemi đã nấu được những bữa ăn dưới trời Helsinki lạnh âm 15 độ và có tuyết rơi. Guixe cho biết, họ thực hiện dự án này như một thử nghiệm và nó đã cho thấy việc có một nhà hàng sử dụng hoàn toàn năng lượng mặt trời là điều có thể xảy ra.

Bốt sạc điện thoại mặt trời

Hai doanh nghiệp xã hội có trụ sở tại London đã biến bốt điện thoại đỏ- hình ảnh biểu trưng của thành phố London- thành những điểm sạc điện thoại di động. Bốt điện thoại màu xanh đầu tiên của thành phố mang tên Solarbox đã xuất hiện vào tháng 11 vừa qua tại khu Tottenham Court Road sầm uất, và sẽ có thêm 10 chiếc nữa vào tháng 4-2015. Các nhà sáng lập dự án là Harold Craston và Kirsty Kenney, mới tốt nghiệp trường Kinh tế & Chính trị London năm nay, vừa giành giải thưởng “Doanh nghiệp ít phát thải khí carbon của năm” do Thị trưởng London trao tặng.

Bốt sạc điện thoại mặt trời sử dụng một tấm năng lượng mặt trời uốn được của hãng Solbian có công suất 150W, gắn trên mái và kết nối với bộ sạc điện thoại USB ở bên trong. Người dân có thể sạc điện thoại miễn phí; chi phí được tài trợ bởi các quảng cáo được chiếu trong lúc mọi người chờ sạc pin. Một tháng sau khi áp dụng, Solarbox đã ghi nhận có trung bình 80 người sử dụng dịch vụ này mỗi ngày. Craston cho biết: “Việc những tấm pin mặt trời có giá thành ngày càng giảm đã giúp cho một dự án như thế này thành hiện thực. Đây cũng là cách tốt để làm tái sinh không gian công cộng”.

Bảng thông dụng điện mặt trời

Nhà thiết kế Marjan van Aubel, tốt nghiệp trường Nghệ thuật Hoàng gia London, đã sáng tạo ra Current Table. một chiếc bàn trang nhã có thể sạc điện thoại.

Ban ngày, tấm kính màu cam của Current Table có thể biến ánh sáng trong nhà thành điện năng, lưu trữ nó trong những pin ẩn. Khi những pin này đầy, điện thoại có thể được cắm vào cổng USB và sạc với tốc độ thông thường.

Thiết kế này sử dụng loại pin quang điện hóa nhạy cảm với màu sắc, được phát triển và sản xuất bởi công ty Solaronix. Chúng hoạt động bằng cách bắt chước quá trình quang hợp của thực vật: dùng màu sắc để khai thác ánh sáng mặt trời. Ưu điểm là nó có thể đặt ở trong nhà, không như những loại pin mặt trời cổ điển đòi hỏi phải được tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời.

Bề mặt tiếp xúc với ánh sáng càng lớn thì hiệu quả càng cao, bởi vậy mà người sử dụng Current Table cần tránh bày bừa trên mặt bàn khi pin còn đang nạp điện. Van Aubel cho rằng như vậy nó còn có lợi ích là khuyến khích người sử dụng trở nên gọn gàng hơn. Dự án này đang ở giai đoạn tiền sản xuất – bàn Current Table sẽ sớm xuất hiện trong phòng họp, nhà hàng hay thư viện trong tương lai gần.

Năng lượng mặt trời tẩy uế nước uống

Dù không hẳn là một sự đổi mới công nghệ nhưng đây là một cách làm tuyệt vời để cứu sống con người. Ánh nắng mặt trời đã được phát hiện là có khả năng diệt vi khuẩn từ 30 năm nay. Phương pháp dùng năng lượng mặt trời để tẩy uế nước (SODIS) chỉ đơn giản là đổ nước vào chai nhựa trong suốt và đặt dưới ánh nắng mặt trời trong vòng 48 giờ. Sự kết hợp giữa nhiệt và tia cực tím từ mặt trời sẽ diệt vi khuẩn, vì vậy dẫu cho nước có sẫm màu thì vẫn đủ an toàn để uống.

Một nhóm nghiên cứu do GS McGuigan của trường Phẫu thuật Hoàng gia Ireland (Royal College of Surgeons of Ireland), trong đó có TS Jacent Asiimwe và Rosemary Nalwanga, đã phố biến kiến thức về quá trình sử dụng phương pháp SODIS tại quận Lwengo ở tây nam Uganda trong suốt bốn năm qua. Họ đã nghiên cứu cách sử dụng phương pháp SODIS trong trường học, nhà ở và cộng đồng.

“SODIS đã thực sự chứng tỏ là một phương pháp có hiệu quả kinh tế cao, đem lại nước uống an toàn cho các cộng đồng cư dân ở nhiều quốc gia châu Phi,” GS Mcguigan cho biết. “Bước tiếp theo sẽ là mở rộng hơn nữa quy mô tới nhiều khu vực khác của Uganda và nhiều quốc gia châu Phi khác, nơi còn nhiều người vẫn chưa được dùng nước sạch.”

Thanh Nhàn dịch

Nguồn: http://www.theguardian.com/sustainable-business/2014/dec/09/we-want-the-black-hole-of-sunlight-solar-power-breaks-new-frontiers

 

Tác giả