Các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc vừa công bố một phát minh đột phá: bộ tập trung năng lượng mặt trời trong suốt, không màu, có thể dễ dàng phủ lên các cửa kính thông thường. Công nghệ này hứa hẹn khai thác năng lượng mặt trời mà không làm thay đổi thẩm mỹ của các tòa nhà.
Thiết kế độc đáo này, do nhóm nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh, tỉnh Giang Tô thực hiện, sử dụng nhiều lớp tinh thể lỏng cholesteric (CLC). Bộ tập trung năng lượng mặt trời loại nhiễu xạ độc đáo (CUSC) này có khả năng chọn lọc và hướng ánh sáng mặt trời đến các cạnh của cửa sổ, nơi được trang bị các tế bào quang điện (PV) để thu năng lượng.
Tiến sĩ Dewei Zhang, một nhà nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh và là tác giả chính của công trình, giải thích: “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 một góc dốc.” Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí PhotoniX.
Điểm khác biệt của CUSC so với các bộ tập trung truyền thống là khả năng duy trì độ rõ nét hoàn toàn. Trong khi các bộ tập trung dựa trên phát quang hoặc tán xạ thường gặp phải các vấn đề như biến dạng hình ảnh, hiệu suất thấp và khó mở rộng quy mô, CUSC mới này cung cấp nhiễu xạ chọn lọc phân cực băng thông rộng và dẫn sóng hiệu quả.
Theo tiến sĩ Zhang, thiết bị này đạt độ truyền sáng trung bình cao, khoảng 64,2%, và chỉ số hoàn màu (CRI) ấn tượng 91,3%. Điều này đảm bảo rằng màu sắc của các vật thể vẫn được tái tạo một cách chân thực dưới ánh sáng mặt trời được thu thập. Đặc biệt, CUSC có thể thu thập tới 38,1% năng lượng ánh sáng xanh lục tại rìa cửa sổ.
Những đặc tính quang học vượt trội này cho phép lớp phủ tạo ra năng lượng sạch mà vẫn giữ cho kính trong suốt như ban đầu. 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 mét có thể tập trung ánh sáng mặt trời gấp 50 lần cường độ thông thường, từ đó tăng đáng kể tiềm năng thu năng lượng. Hiệu suất này có thể giảm tới 75% diện tích tế bào quang điện cần thiết, giúp tiết kiệm chi phí vật liệu và mở ra các lựa chọn thiết kế mới cho các tòa nhà tiết kiệm năng lượng.
Trong các thí nghiệm thực tế, một nguyên mẫu CUSC có đường kính 2,5 cm đã có thể cung cấp năng lượng trực tiếp cho một chiếc quạt 10 miliwatt (mW) dưới ánh sáng mặt trời ngoài trời. Hệ thống này cũng tương thích với các tế bào quang điện hiệu suất cao, như gallium arsenide (GaAs), một hợp chất bán dẫn giúp tăng cường chuyển đổi năng lượng tổng thể.
Tiến sĩ Wei Hu, giáo sư khoa học máy tính và công nghệ tại Đại học Nam Kinh, cho biết 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.
Một ưu điểm khác của thiết kế này là sự ổn định lâu dài khi tiếp xúc với môi trường. CUSC có thể được lắp đặt trên các cấu trúc cửa sổ hiện có, biến nó thành một giải pháp thiết thực cho việc nâng cấp đô thị bền vững trên quy mô lớn.
Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục nỗ lực để cải thiện hiệu suất băng thông rộng và khả năng kiểm soát phân cực của công nghệ. Họ cũng đang khám phá các ứng dụng tiềm năng khác, bao gồm nhà kính nông nghiệp và màn hình năng lượng mặt trời trong suốt. Mục tiêu cuối cùng của họ là biến những tấm kính thụ động thành các bề mặt tạo năng lượng chủ động trên toàn thế giới, góp phần vào một tương lai xanh hơn.
Admin
Nguồn: VnExpress
