Trang chủ » » News » Renewable energy

Renewable energy

Sua cuộc đua phát triển năng lượng mặt trời: Những gì sẽ xảy ra tiếp theo?

Sự tăng trưởng nhanh của năng lượng mặt trời nhờ giảm chi  phí đang chậm lại - nhưng các nhà khoa học đang nghiên cứu để tìm ra thế hệ vật liệu tiếp theo để có thể khai thác năng lượng nhiều hơn từ ánh mặt trời.

Sua cuộc đua phát triển năng lượng mặt trời: Những gì sẽ xảy ra tiếp theo?

Một số người gọi nó là "cuộc đua quang năng": một khoảng thời gian 25 năm trong đó năng lượng mặt trời đã tăng lên theo cấp số nhân, chuyển đổi công nghệ từ những thứ kì lạ thành nguồn năng lượng phát triển nhanh nhất thế giới.

Sự gia tăng đột biến này, có thể thấy công suất 100MW trong năm 1992 đã tăng hơn 300GW vào năm 2016, chủ yếu là do chi phí giá thành giảm, giảm 86% trong khoảng từ năm 2009 đến năm 2017.

Trung Quốc, nước dẫn đầu thế giới trong việc xây dựng và lắp đặt các tấm pin mặt trời, đã bổ sung một lượng kỷ lục công suất vào năm ngoái (2017). Công nghệ thậm chí còn thiết lập kỷ lục ở nước Anh xám: tại một thời điểm mùa hè năm ngoái, quang năng thậm chí cung cấp nhiều năng lượng hơn các nhà máy điện hạt nhân của quốc gia.

Nhưng với một số chuyên gia đặt câu hỏi: liệu đường cong giảm chi phí của năng lượng mặt trời đang đi đến kết thúc, có những câu hỏi về việc tăng trưởng tầng bình lưu có thể được duy trì hay không.

Và trong khi năng lượng từ mặt trời lên tới bề mặt trái đất chỉ trong một giờ so với con người sử dụng mỗi năm, liệu năng lượng mặt trời dựa trên silic ngày nay có đáp ứng nhu cầu năng lượng dài hạn của chúng ta?
 

Sản xuất năng lượng mặt trời đã tăng lên theo cấp số nhân từ năm 2000

 
Tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trên toàn cầu, GW
Tổng công suất lắp đặt năng lượng mặt trời trên toàn cầu những năm 2000, GW
 

Để đáp ứng những thách thức này, các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang đua nhau nghiên cứu để tìm ra các vật liệu mới có thể tiết kiệm năng lượng hơn từ các photon của mặt trời và được sử dụng linh hoạt hơn so với các tấm panel ngày nay.

Khoáng chất phong phú nhất trên trái đất đã trở thành người tiên phong, hứa hẹn các tấm pin mặt trời hiệu quả hơn và nhẹ hơn, thậm chí có thể được làm trong suốt để sử dụng làm kính cửa sổ.

Varun Sivaram, chuyên gia khoa học và công nghệ thuộc Hội đồng Quan hệ Đối ngoại, nói: "Perovskite hiện đang dẫn đầu trong số các công nghệ quang điện đang phát triển (PV).

Cuốn sách sắp tới của ông về năng lượng mặt trời cho biết loại tinh thể này đã tạo ra một bầu không khí sôi nổi xung quanh trong giới học thuật, mô tả nó như sau: "một vật liệu có thể cho phép sản xuất các loại pin mặt trời rẻ tiền và hiệu quả cao, có thể không cần được làm lạnh từ máy in nhiều như báo chí đã in."

Một công ty được thành lập tại Oxford, Anh Quốc, đang ở vị trí tiên phong trong cuộc chạy đua để phát triển và mở rộng quy mô sản phẩm perovskite để sử dụng cho mục đích thương mại. Được thành lập vào năm 2010, Oxford PV ban đầu đã trải qua nhiều năm nghiên cứu để cho  ra đời các tế bào thay thế, nhạy cảm với thuốc nhuộm.

Tuy nhiên, Henry Snaith, người đồng sáng lập công ty, đã thay đổi cách giải quyết vào năm 2012. "Tôi phát hiện ra perovskite có thể rất hiệu quả trong các tế bào PV. Chúng tôi nhận ra đây là nơi mà có thể đặt cược cơ hội thực sự. "

 
Cửa sổ kính có tích hợp tấm pin mặt trời tích hợp trong Hội chợ Thương mại Quốc tế ở Munich
Cửa sổ kính có tích hợp tấm pin mặt trời trong Hội chợ Thương mại Quốc tế ở Munich. Ảnh: Michaela Rehle / Reuters
 

Ý tưởng lớn của công ty Anh và Đức là dựa vào sự thành công của silicon, quy mô và hiệu quả sản xuất của Trung Quốc đã làm cho giá rẻ như vậy.

Perovskite thu được năng lượng từ một phần khác của bước sóng ánh sáng mặt trời so với silicon, do đó ý tưởng của Oxford PV là đặt nó lên trên silicon, để tối đa hoá việc phát điện.

"Chúng tôi nhận thấy mình ở một vị trí không phải cạnh tranh với một ngành công nghiệp $ 35 tỷ [silic], chúng tôi đang nâng cao nó. Ý tưởng là sử dụng nguồn lực hiện có. Nếu bạn làm điều gì đó hoàn toàn khác thì nó sẽ thất bại. Frank Averdung, Giám đốc điều hành của công ty, nói.

Làm việc với một nhà sản xuất tấm panel năng lượng mặt trời lớn nhưng không tên, công ty hy vọng sẽ có một sản phẩm sẵn sàng cho thị trường vào năm 2019.

Trong khi giá của các tấm pin mặt trời dựa trên silicon đã giảm từ hơn 350 đô la Mỹ mỗi megawatt giờ cho một trang trại quy mô lớn trong năm 2009 xuống còn hơn 50 đô la vào năm 2017, một số trong ngành nghĩ rằng việc cắt giảm mạnh mẽ đã chấm dứt.

Artur Kupczunas, đồng sáng lập của công ty perovskite Ba Lan, cho biết cắt giảm chi phí đã giảm xuống: "Chúng tôi thấy sự sụt giảm nhanh chóng của giá. Tuy nhiên, có những trở ngại về công nghệ để giảm xuống nhanh như năm 2013.

Saule, đang đàm phán với cơ quan vũ trụ của Nhật Bản, đang phát triển sản xuất máy in phun cho các module năng lượng mặt trời dựa trên perovksite.

Hiện tại, họ chỉ có thể in ở cỡ A4, nhưng nhóm 25 nhân viên của công ty hy vọng sẽ mở rộng đến một mét vuông vào cuối năm.

Kupczunas vui mừng nhất về triển vọng kết hợp các tấm pin mặt trời trong kết cấu của các tòa nhà mới, cả trong tường và kể cả cửa sổ - bởi vì nó có thể được làm gần như trong suốt.

"Bạn có thể sử dụng nó trong toàn bộ tòa nhà," ông nói, lưu ý silic là quá nặng cho các ứng dụng như vậy.

Perovskite là cái được gọi là tế bào năng lượng mặt trời thế hệ thứ ba. Silicon là thế hệ đầu tiên, trong khi một nhóm các đối thủ khác bao gồm cả phim mỏng là thứ hai.

Trong khi silicon cần được nung nóng ở nhiệt độ cao hơn 1000C trong suốt quá trình sản xuất pin mặt trời, perovskite không cần phải được xử lý ở nhiệt độ cao. Điều đó có nghĩa là nó ít sử dụng năng lượng và ít tốn kém hơn để thực hiện.

Một pin mặt trời dựa trên silic điển hình chuyển đổi khoảng 21-22% ánh sáng mặt trời thành năng lượng, và giới hạn của vật liệu là 29%. Oxford PV cho rằng phương pháp tiếp cận perovskite-on-silicon có thể đạt được hiệu suất lên đến khoảng 25%.

"Ý nghĩa của nó là trong cùng một ô, bạn sẽ có thêm 20% sức mạnh. Điều đó rất quan trọng ", Averdung nói.

Paul Coxon, nhà vật lý học về vật liệu tại Đại học Cambridge, cho rằng việc kết hợp silicon và perovskite có thể là một cách tốt để thương mại hóa công nghệ mới và khắc phục những giới hạn của kỹ thuật cũ.

"Dù giá thành rẻ như thế nào thì các tế bào dựa trên silicon sẽ trở thành giới hạn đó [hiệu quả 29%] vẫn sẽ được áp dụng. Khi nhu cầu về điện của con người tăng lên, tiếp tục với công nghệ này, giới hạn này có thể tạo ra một trở ngại khó khăn để vượt qua ", ông nói.

Coxon cho biết tiềm năng của perovskite là rất lớn, và nghiên cứu đang phát triển nhanh chóng, chứng minh gần 4.000 bài báo khoa học được xuất bản vào năm ngoái. Tuy nhiên, ông hy vọng silic sẽ tiếp tục thống trị trong các trang trại năng lượng mặt trời lớn với quy mô sử dụng năng lượng, với công nghệ mới được sử dụng trong những không gian hạn hẹp hơn.

Ông nói: "Tôi nghĩ chúng ta có thể thấy các tế bào perovskite được sử dụng trong các tấm lợp năng lượng mặt trời ở quy mô trong nước và nhỏ hơn và thậm chí cả các mảng PV.
 

Thế hệ tế bào quang năng perovskite từ hệ thống dung môi ít độc hại từ các nhà khoa học Oxford
Các nhà khoa học tại Đại học Oxford đã phát triển một hệ thống dung môi với độ độc hại thấp có thể được sử dụng để sản xuất các tế bào năng lượng mặt trời perovskite. Ảnh: Khoa Vật lý / Đại học Oxford
 

Một số người có thể đặt câu hỏi về nhu cầu sử dụng năng lượng mặt trời hiệu quả hơn, khi Trung Quốc chế tạo các loại silicon có giá thành rẻ. Nhưng các chuyên gia tin rằng vẫn có những lý do tốt để tăng hiệu suất thông qua các vật liệu như perovskite.

Michael McGehee, giáo sư khoa học vật liệu tại Đại học Stanford, nói: "Khi chi phí của tấm pin mặt trời đã giảm trong 10 năm qua, tình hình đã nảy sinh ở đó một nửa số chi phí lắp đặt tấm pin là việc lắp đặt chính bản thân nó.

"Vì lý do đó, rất mong muốn nâng cao hiệu quả của các tấm pin để giảm số lượng tấm cần lắp. Gián tiếp làm giảm chi phí lắp đặt. Đó là lý do tại sao tiếp tục nâng cao hiệu quả vẫn còn rất quan trọng. "

Tất nhiên, không có một bảo đảm nào để perovskite sẽ thành công như là một vật liệu thần kỳ của năng lượng mặt trời. Các nhà khoa học và các công ty liên tục nhấn mạnh đến The Guardian rằng sự phát triển đang ở giai đoạn còn rất sơ khai, và Oxford PV cũng như Saule đều có những thách thức kỹ thuật và sản xuất cần phải vượt qua.

Các vật liệu thế hệ thứ ba khác cũng đang cạnh tranh. "Mặc dù Perovskite là ứng cử viên hàng đầu phòng thí nghiệm, nó có những hạn chế tiềm tàng và nó không phải là vật liệu năng lượng mặt trời đầy hứa hẹn. Các phương pháp tiếp cận khác - bao gồm các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ và chấm lượng tử - đi kèm với những ưu điểm riêng của chúng", Sivaram nói.

Nhưng những trở ngại lớn nhất có thể là những vấn đề tài chính, chẳng hạn như những nhà đầu tư vốn lưỡng lự bị thôi thúc bởi những chu kỳ bùng nổ và bứt phá trước đó về công nghệ sạch.

Sivaram nói: "Miễn là các nhà đầu tư và ngành công nghiệp năng lượng mặt trời tiếp tục bỏ qua giới học thuật, perovskite và các công nghệ năng lượng mặt trời mới có thể vẫn là những điều mới lạ trong phòng thí nghiệm."

 
(theo theguardian)
BÀI VIẾT XEM NHIỀU