Bài viết

IEA dự báo khả quan về năng lượng tái tạo

Năm 2019, các công trình mới về năng lượng tái tạo trên toàn thế giới dự kiến sẽ tăng trở lại với mức tăng hai chữ số so với năm 2018, Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) cho biết hôm 20-9-2019.

Năng lượng tái tạo tăng trở lại

Trong năm 2019, công suất điện mặt trời, điện gió và thủy điện trên toàn cầu có thể tăng lần lượt là 113,7 GW, 57,6 GW và 17,8 GW, theo ước tính mới nhất của IEA. Nhìn chung, các công trình lắp mới năng lượng tái tạo có thể tăng gần 200 GW trong năm 2019, cao hơn khoảng 12% so với năm 2018.

Điện mặt trời đang có sự tăng trưởng nhanh chóng, mức tăng công suất mới ước tính là 17% trong năm 2019, so với tốc độ lắp đặt vào năm 2018. Sự không chắc chắn ở thị trường khổng lồ Trung Quốc sẽ được bù đắp bởi sự tăng trưởng mạnh mẽ không chỉ ở châu Âu (đặc biệt là Tây Ban Nha) mà còn ở Việt Nam, Nhật Bản, Ấn Độ và Mỹ, IEA cho biết.


Một công trình điện mặt trời đang được lắp đặt ở Pháp.

Mặt khác, điện gió trên bờ đang có sự tăng trưởng mạnh nhất kể từ năm 2015 về công suất lắp đặt mới, với ước tính 52,9 GW được lắp đặt vào năm 2019, cộng với 4,7 GW công suất điện gió ngoài khơi, là nhờ thị trường Mỹ, nơi các nhà khai thác đang đẩy nhanh việc phát triển các dự án trước khi chính sách ưu đãi tín dụng, thuế ở cấp liên bang kết thúc.

Theo Kịch bản bền vững của IEA, công suất năng lượng tái tạo phải tăng trung bình hơn 300 GW/năm trong giai đoạn 2018 đến 2030 mới đáp ứng được các mục tiêu của Thỏa thuận Paris (giữ nhiệt độ trái đất không tăng quá 20C).

Sự phát triển của điện mặt trời và điện gió thường được nhấn mạnh, nhưng chúng vẫn chỉ chiếm 1,8% và 4,4% sản lượng điện toàn cầu trong năm 2017, theo dữ liệu mới nhất của IEA, trong khi đó than chiếm 38,3%, thủy điện chiếm 16,3%.

Sự đóng góp của ngành điện trong quá trình chuyển đổi năng lượng sang ít phát thải carbon là có vai trò quan trọng. Tuy nhiên, tỷ lệ năng lượng phi hóa thạch trong hỗn hợp điện toàn cầu vào năm 2018 vẫn không thay đổi so với mức đạt được 20 năm trước, theo đánh giá thống kê mới nhất về năng lượng thế giới của BP công bố vào tháng 6-2019.

Năm 2018, lần đầu tiên tăng trưởng công suất năng lượng tái tạo được lắp đặt đã “đình trệ” kể từ năm 2001, lý do vì sự thay đổi trong chính sách ưu đãi cho năng lượng mặt trời ở Trung Quốc, nhằm hạn chế chi phí và quản lý tốt hơn việc tích hợp sản xuất năng lượng mặt trời trong lưới điện. Tốc độ tăng tốc trên thị trường điện mặt trời ở Trung Quốc vẫn không chắc chắn trong năm 2019, IEA cho biết.

Ngày 19-9-2019, Chính phủ Nga thông báo quyết định chi 725 tỉ rúp (1,1 tỉ USD) cho chương trình phát triển năng lượng tái tạo đến năm 2050. Trong đó, 400 tỉ rúp sẽ chi vào giai đoạn

2025-2030, điện gió 222 tỉ rúp (3 GW), năng lượng mặt trời 148 tỉ rúp (2,2 GW) và 30 tỉ rúp cho thủy điện nhỏ (170 MW).

Năng lượng tái tạo – Bao nhiêu là đủ?

Sản lượng năng lượng tái tạo đã tăng gấp 4 lần trên thế giới trong 10 năm qua. Nhưng điều đó vẫn không ngăn được lượng khí thải tăng lên, theo một báo cáo được công bố trước hội nghị thượng đỉnh Liên Hiệp Quốc về khí hậu ngày 6-9-2019.

Đầu tư cho điện gió, điện sinh khối, thủy điện, nhất là điện mặt trời, đạt được hơn 2.500 tỉ USD từ năm 2010 đến nay nhờ chi phí giảm, theo báo cáo thường niên do Trường Tài chính và quản lý Frankfurt và Bloomberg Tài chính năng lượng mới (BNEF) phối hợp với Chương trình môi trường của Liên Hiệp Quốc (UNEP) thực hiện.

Theo báo cáo này, không tính các đập thủy điện lớn hơn 50 MW, năng lượng tái tạo hiện có công suất 1.650 GW (so với 414 GW năm 2009) và tạo ra 12,9% sản lượng điện toàn cầu vào năm 2018. Báo cáo liệt kê 30 quốc gia đã đầu tư hơn 1 tỉ USD vào năng lượng tái tạo trong giai đoạn này, đồng thời vẫn sử dụng rộng rãi nhiên liệu hóa thạch. Quốc gia đầu tư lớn nhất từ trước đến nay, Trung Quốc, nước phát thải CO2 lớn nhất thế giới, đã chi 760 tỉ USD cho năng lượng xanh kể từ năm 2010.

Kể từ năm 2009, chi phí để xây dựng các nhà máy điện mặt trời đã giảm 81% và điện gió trên bờ giảm 46%. Điều này giúp tăng khả năng cạnh tranh một cách ngoạn mục. Đối với Francoir d’Estais, thuộc UNEP, điều đó cho thấy sự chuyển đổi của ngành năng lượng đang được thực thi, nhưng nó không đủ nhanh để cho phép thế giới đáp ứng các mục tiêu về khí hậu và sự ấm lên của trái đất.

Năm 2018, năng lượng xanh đã giúp giảm được 2 tỉ tấn CO2 phát thải, báo cáo cho biết. Tuy nhiên, phát thải của ngành năng lượng nói chung cũng đã đạt mức kỷ lục 13,7 tỉ tấn CO2 tương đương, khiến thế giới càng rời xa các mục tiêu về khí hậu.

Theo Petrotimes.vn
https://nangluongquocte.petrotimes.vn/iea-du-bao-kha-quan-ve-nang-luong-tai-tao-551369.html

Pin mặt trời “Peropkit”: Tương lai của tương lai

Pin mặt trời là tương lai của ngành năng lượng, peropkit là tương lai của pin mặt trời. Peropkit được Tạp chí “Science” xếp vào 10 đột phá hàng đầu trong năm 2013 do có triển vọng tuyệt vời trong lĩnh vực chế tạo các tấm pin mặt trời.

Pin mặt trời

Các tấm pin mặt trời (PV) phổ biến nhất hiện nay được lắp ráp từ các tế bào quang điện được chế tạo trên cơ sở của nguyên tố silic (Si).

Pin mặt trời tạo ra điện nhờ hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng này được nhà vật lý người Pháp Alexander Edmond Becquerel (con trai của nhà vật lý Antoine Cesar Becquerel và cha của nhà vật lý Antoine Henri Becquerel – người đã nhận giải thưởng Nobel và phát hiện ra phóng xạ) phát hiện lần đầu tiên vào năm 1839. Hơn 100 năm sau, việc sản xuất pin mặt trời đã đạt được bước đột phá trong phòng thí nghiệm của Bell, để tạo ra loại pin mặt trời phổ biến nhất.

Theo ngôn ngữ của vật lý chất rắn, pin mặt trời được tạo ra trên cơ sở chuyển đổi dạng p-n trong tinh thể silic. Sự chuyển đổi này được tạo ra bằng cách thêm một lượng nhỏ các khuyết tật khác nhau vào các khu vực khác nhau của mạng tinh thể. Giao diện giữa các khu vực này sẽ tạo ra sự chuyển đổi. Ở phía n, các electron mang dòng điện và ở phía p – là các lỗ trống không có electron. Trong các khu vực liền kề với giao diện, sự khuếch tán của các điện tích sẽ tạo ra điện thế bên trong. Khi một photon có đủ năng lượng đi vào một tinh thể, nó có thể đánh bật một electron ra khỏi nguyên tử và tạo ra cặp lỗ-electron mới. Electron vừa được giải phóng đó sẽ bị hút về phía các lỗ nằm ở phía bên kia của giao diện, nhưng vì điện thế bên trong của nó, nó không thể vượt qua được giao diện. Nhưng nếu các electron đó được cho đi qua một đường mạch bên ngoài, chúng sẽ chuyển động theo đường đó và tạo ra dòng điện. Đi đến phía bên kia, chúng sẽ tái hợp lại với các lỗ. Quá trình này tiếp tục xẩy ra khi có ánh sáng mặt trời.

Năng lượng cần thiết để giải phóng một electron liên kết được gọi là khoảng cách giải. Đây là điểm mấu chốt để hiểu tại sao các tế bào quang điện vốn có hiệu suất giới hạn. Khoảng cách dải là một tính chất không đổi của tinh thể và các tạp chất của nó. Các tạp chất được điều chỉnh sao cho khoảng cách dải của pin mặt trời gần với năng lượng photon từ phổ nhìn thấy.

Năng lượng photon được lượng tử hóa. Một photon có năng lượng nhỏ hơn khoảng cách dải (ví dụ, từ phần hồng ngoại của phổ) không thể tạo ra sóng mang điện tích. Nó chỉ đơn giản làm nóng tấm pin. Hai photon hồng ngoại cũng sẽ không kích hoạt được dòng điện, ngay cả khi tổng năng lượng của chúng là đủ. Một photon có năng lượng quá cao (ví dụ, từ vùng tử ngoại) sẽ đánh bật một electron, nhưng năng lượng dư thừa sẽ bị lãng phí.

Hiệu suất PV được định nghĩa là lượng điện nhận được chia cho năng lượng của ánh sáng trên một PV. Một phần đáng kể của năng lượng ánh sáng sẽ bị mất đi. Vì vậy, hiệu suất của PV không thể đạt tới 100%. Khoảng cách dải của pin mặt trời silicon là 1,1 eV. Theo sơ đồ của phổ điện từ, phổ nhìn thấy được nằm trong vùng cao hơn một chút, do đó, bất kỳ ánh sáng nhìn thấy được nào cũng sẽ cung cấp cho chúng ta điện. Nhưng điều này cũng có nghĩa là một phần năng lượng của mỗi photon bị hấp thụ sẽ bị mất đi và chuyển thành nhiệt.

Kết quả là, ngay cả với một tấm pin mặt trời lý tưởng được sản xuất trong điều kiện hoàn hảo, hiệu suất tối đa theo lý thuyết sẽ là khoảng 33%. Đối với các tấm PV có sẵn trên thị trường, hiệu suất thường ~20%.

Khoáng vật peropkit

Peropkit có công thức hóa học là CaTiO3 (titanat canxi) – một khoáng vật tương đối hiếm trên trái đất. Các tinh thể của peropkit có hình khối lập phương. Các tinh thể thường được gắn dọc theo các mặt của hình khối. Tùy thuộc vào các tạp chất, peropkit có màu khác nhau (đen xám, đen, nâu đỏ, đỏ lục bình, đỏ cam và vàng mật ong), có độ cứng 5,5÷6, mật độ: 3,97÷4,0 g/cm3. Trong thành phần của peropkit, nguyên tố canxi (Ca) có thể được thay thế bằng xeri (Ce), nguyên tố titan (Ti) – bằng niobi (Nb) và tantan (Ta), và có thể có các tạp chất khác, dẫn đến sự hình thành các khoáng vật cùng họ khác là papillit, disanalit và loparit.

Peropkit được Gustav Rosa phát hiện vào năm 1839 tại dãy núi Ural và được ông đặt tên để vinh danh một chính khách Nga là Bá tước L. A. Peropsky – một người sưu tầm khoáng vật. Khoáng vật peropkit có thể được tìm thấy ở bất kỳ lục địa nào trên Trái đất và trong các đám mây của ít nhất một ngoại hành tinh. Những vật liệu tổng hợp có cấu trúc tinh thể và có cấu trúc hóa học tương tự như peropkit tự nhiên cũng được gọi là peropkit.

Peropkit được tìm thấy chủ yếu trong đá phiến talc và chlorite; ở dạng vi cấu trúc trong đá có nguồn gốc núi lửa (đá bazan melilit, dung nham bazan). Các mỏ peropkit được phát hiện ở Urals (Nga), ở Tyrol (Áo), ở Thụy Sĩ, ở Phần Lan.

Cấu trúc của peropkit: A- canxi; B- titan; C- ôxy.

Peropkit là một khoáng vật gốc của titan, niobi và một số nguyên tố khác. Peropkit cũng rất nổi tiếng về cấu trúc tinh thể của nó. Các nguyên tử titan trong peropkit được đặt tại vị trí của một mạng tinh thể bị biến dạng yếu. Ở trung tâm của hình khối là các nguyên tử canxi. Các nguyên tử oxy hình thành các khối tám mặt gần như đều đặn xung quanh các nguyên tử titan, được kéo giãn ra một chút và hơi nghiêng so với các vị trí lý tưởng.

Trong số các hợp chất có cấu trúc của peropkit thường gặp là các oxit, các halogen, hợp chất intermetallic. Các vật liệu có các tính chất siêu dẫn nhiệt độ cao, chất dẫn ion, cũng như nhiều vật liệu từ tính và dẫn điện đều có cấu trúc của peropkit (hoặc của các hợp chất của peropkit). Tùy thuộc vào các nguyên tố thành phần, peropkit thể hiện các tính chất hữu ích khác nhau, chẳng hạn như tính siêu dẫn, độ kháng từ rất cao và các tính chất quang điện. Việc sử dụng peropkit trong pin mặt trời có triển vọng rất lớn. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của peropkit trong các nghiên cứu tại phòng thí nghiệm đang tăng lên rất nhanh.

Các kết quả nghiên cứu về peropkit

Khi nói về peropkit, hầu hết chúng ta thường hiểu đó là cả một nhóm các chất có cấu trúc tinh thể ba phần giống nhau. Cấu trúc tinh thể này lần đầu tiên được phát hiện trong canxi titanate. Các chất như vậy hiếm khi được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng tinh khiết. Nhưng, ta có thể rất dễ thu được các chất như vậy từ rất nhiều các hợp chất khác và tinh thể peropkit có thể được “nuôi trồng” một cách nhân tạo. Mỗi một phần của cấu trúc peropkit có thể được tạo ra từ các nguyên tố khác nhau (như chì, bari, lantan, v.v…). Điều này cho phép tạo ra được rất nhiều “máy bắt photon” có thành phần khác nhau. Các nghiên cứu đã cho thấy, hợp chất của peropkit với một số kim loại kiềm cho phép tạo ra các tế bào quang điện có hiệu suất tới 22%. Tiềm năng về hiệu suất của các tế bào quang điện dựa trên cơ sở các hợp chất của peropkit được xác định tới 31%.

Việc ứng dụng peropkit trên thực tế không hề đơn giản. Ngay khi được phủ lên lớp màng mỏng, peropkit sẽ tinh thể hóa rất nhanh và gây khó khăn cho việc tạo ra một lớp nguyên tố đồng đều trên một diện tích rộng. Trong khi đó, nhiệm vụ chính trong chế tạo PV là tạo ra một diện tích lớn để hứng ánh sáng mặt trời nhưng vẫn phải duy trì được hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao.

Vào tháng 6 năm 2018, Toshiba đã sản xuất thử nghiệm được pin mặt trời màng mỏng peropkit với diện tích bề mặt lớn nhất và hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao nhất.

Bí mật lớn nhất về tính hấp dẫn của peropkit đã được phát hiện là khả năng phát triển các tinh thể có kích thước đến mili mét trên một màng mỏng một cách nhanh chóng và dễ dàng mà không có các khuyết tật. Đây là kích thước tinh thể được coi là lớn và lý tưởng để chế tạo ra các tấm pin mặt trời. Các tinh thể peropkit cho phép các điện tử chuyển động theo tinh thể mà không bị nhiễu.

Các nghiên cứu về peropkit hiện nay đều nhắm tới mục đích tăng hiệu suất chuyển hóa năng lượng bằng cách loại bỏ các khuyết tật trong cấu trúc của mạng tinh thể. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra cả một lớp nguyên tố có mạng tinh thể lý tưởng. Các nhà nghiên cứu của MIT (Massachusetts Institute of Technology) gần đây đã đạt được tiến bộ lớn trong lĩnh vực này. Họ đã khắc phục được các khuyết tật trong mạng tinh thể của peropkit bằng cách chiếu chúng bằng ánh sáng. Phương pháp này có hiệu quả hơn nhiều so với các phương pháp đã biết (dùng hóa học và dùng điện) nhờ không tiếp xúc với màng mỏng.

Việc chế tạo PV trên cơ sở peropkit đơn giản hơn so với sử dụng silic, nhưng peropkit lại có tốc độ phân rã nhanh hơn. Các nhà nghiên cứu đang tập trung giải quyết vấn đề phân rã này. Một nghiên cứu chung của Trung Quốc và Thụy Sỹ đã đưa ra được một phương pháp mới để tạo ra một tế bào quang điện từ peropkit, loại bỏ được sự cần thiết phải di chuyển các lỗ. Tế bào này là một lớp có tính dẫn bằng lỗ xuống cấp, nên vật liệu ổn định hơn nhiều.

Phòng thí nghiệm của Berkeley đã cho hay, tế bào quang điện peropkit khi đạt được hiệu suất lý thuyết là 31% vẫn có thể có giá thành rẻ hơn so với silic. Các nhà nghiên cứu đã đo độ quang dẫn và hiệu suất chuyển đổi của các bề mặt của các hạt khác nhau bằng kính hiển vi nguyên tử. Họ đã phát hiện ra rằng, các bề mặt khác nhau có hiệu suất rất khác nhau. Vì vậy, họ tin rằng có thể tìm ra phương pháp sản xuất các màng mỏng mà trên đó chỉ các bề mặt có hiệu suất cao nhất được kết nối với các điện cực. Điều này có nghĩa là sẽ chế tạo ra được các tế bào quang điện có hiệu suất tới 31% để làm nên cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực điện mặt trời.

Các nhà nghiên cứu của Toshiba đã chia các phần cần thiết để tạo ra PV peropkit thành các lớp là dung dịch chì iodua – PbI₂, và methyl ammonium hydroiodide – MAI. Đầu tiên, người ta phủ lớp nền bằng dung dịch PbI₂, và sau đó bằng dung dịch MAI. Nhờ vậy, người ta đã điều chỉnh được tốc độ tăng trưởng của tinh thể trên màng mỏng, và đã tạo ra được ra một lớp phẳng, mỏng có diện tích lớn.

Các tế bào quang điện peropkit dựa trên thiếc.

Công nghệ sản xuất PV peropkit của Toshiba.

Theo công nghệ trên, người ta tạo ra các loại “mực” từ các thành phần cấu thành của peropkit và bôi chúng lên bề mặt của màng mỏng (phim).

Triển vọng ứng dụng của ​peropkit

Mặc dù còn quá sớm để nói về các chỉ số kinh tế cụ thể của việc sử dụng peropkit, vì việc sử dụng rộng rãi vật liệu này trong các tấm pin mặt trời được dự đoán sau năm 2025, khoáng vật peropkit vẫn được coi là có đủ các điều kiện tiên quyết để thay thế silic trong một tương lai không xa.

Theo các chuyên gia của Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia của Mỹ (NREL), việc sản xuất các tấm PV peropkit sẽ rẻ hơn 10 lần so với silic. Lý do quan trọng, để sản xuất pin mặt trời silic thịnh hành, việc xử lý vật liệu ở nhiệt độ hơn 1400 độ cần phải có thiết bị tinh vi. Trong khi đó, peropkit có thể được kiểm soát trong dung dịch lỏng ở nhiệt độ 100 độ bằng thiết bị đơn giản.

PV peropkit do Toshiba chế tạo có diện tích 703 cm2, và đạt hiệu suất 12%.

Có hai ưu điểm khác của tế bào quang điện peropkit – tính linh hoạt và độ trong suốt. Nhờ đó, các PV peropkit có thể được lắp đặt ở nhiều nơi khác nhau: trên tường, trên nóc xe cộ, tòa nhà, trên cửa sổ và thậm chí trên quần áo.

Bằng cách điều chỉnh độ dày của lớp peropkit, ta có thể kiểm soát được độ trong suốt của PV peropkit để lắp đặt chúng cho nhiều mục đích khác nhau. Ví dụ, nó có thể được sử dụng trong việc che nhà kính: các thực vật sẽ vẫn nhận được đủ lượng photon cần thiết và nhà kính vẫn cung cấp được điện. Theo hướng này, các thí nghiệm xác định tỷ lệ ánh sáng hợp lý để cung cấp cho thực vật và để chuyển đổi thành điện năng đã được tiến hành ở Nhật Bản.

Một lĩnh vực ứng dụng khả thi khác là lắp các PV peropkit cho các ô tô chạy điện. Mặc dù chúng ta đang ở giai đoạn đầu của con đường này, nhưng đã có những thành tựu đầu tiên. Các nhà khoa học của Viện Western Reserve thuộc Đại học Cayes (Ohio, Hoa Kỳ) đã thử nghiệm sử dụng PV dựa trên peropkit để sạc lại pin cho xe điện. Họ đã kết nối 4 PV dựa trên peropkit với pin lithium. Khi kết nối để sạc pin lithium-ion cỡ nhỏ bằng đồng xu, nhóm các nhà khoa học đã đạt được hiệu suất chuyển đổi là 7,8%, bằng một nửa so với pin mặt trời màng mỏng thông thường.

Những dải ruy băng từ các PV peropkit có thể sẽ được dùng để trang trí cho áo sơ mi hoặc áo khoác. Việc ứng dụng peropkit trên chất nền polyurethane cho hiệu suất hấp thụ ánh nắng mặt trời đạt 5,72%.

Ở Nga, ở qui mô phòng thí nghiệm, các nhà khoa học đã tiến xa hơn với peropkit. Các kết quả nghiên cứu ở Nga còn cho thấy, vật liệu peropkit có thể là một nguồn phát tốt và phù hợp để tạo ra ánh sáng. Các nhà khoa học của Viện Thép và Hợp kim Matxcơva (MISiS) và Đại học Công nghệ Thông tin, Cơ học và Quang học St. Petersburg đã phát triển một PV peropkit có thể hoạt động đồng thời như pin và đèn LED. Cơ sở của ứng dụng này là halogen peropkit. Để chuyển đổi chức năng, chỉ cần thay đổi điện áp cung cấp cho thiết bị: ở mức đến 1.0 V, nguyên mẫu sẽ hoạt động như một pin mặt trời và nếu cung cấp hơn 2.0 V, chế độ LED sẽ được bật.

Trong tương lai, các nhà khoa học có thể phát triển các màng thủy tinh có 2 tính năng: tạo ra năng lượng vào ban ngày và phát ra ánh sáng vào ban đêm. Trong trường hợp này, để giữ được độ trong suốt của kính, độ dày màng thủy tinh tối đa không vượt quá 3 micron.

Ngoài ra, các halogen polimer tổ hợp của bismuth và antimon được các nhà khoa học của Viện Hóa học vô cơ mang tên A.V. Nikolaev, Viện Vật lý hóa học (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga) nghiên cứu và phát triển có thể trở thành nguyên lý chung cho việc chế tạo các chất bán dẫn trong tương lai. Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Nga cho phép chế tạo được những tấm pin mặt trời có hệ số chuyển đổi năng lượng cao kỷ lục. Các chất bán dẫn này của Nga khác với chất bán dẫn tương tự (do các nhà khoa học Trung Quốc nghiên cứu năm 2018) ở chỗ chúng không chứa nguyên tố chì độc hại.

Nhóm Kỹ thuật phân tử vật liệu chức năng (GMF) của Thụy Sỹ đã đưa ra bảng so sánh dễ hiểu như sau về tương lai của PV peropkit so với các loại PV khác:

Các loại PV mặt trời

CdTe

CIGS

c-Si

Peropkit

Chi phí vật liệu thô

thấp

trung bình

thấp

thấp

Chi phí vật liệu cuối cùng

thấp

cao

cao

thấp

Chi phí chế tạo

trung bình

trung bình

cao

thấp

Thời gian hoàn vốn năng lượng

trung bình

cao

cao

thấp

Chi phí năng lượng so sánh

trung bình

cao

cao

thấp

Hiệu suất

trung bình

trung bình

cao

cao

Mức độ độc hại

trung bình

trung bình

thấp

cao

Tính đa dạng/phong phú

thấp

thấp

cao

cao

Nguồn: Nhóm Kỹ thuật phân tử vật liệu chức năng (GMF), Thụy Sĩ

Ghi chú:

1/ CdTe – một hợp chất tinh thể ổn định, được hình thành từ cadimi và telluri, được sử dụng làm vật liệu bán dẫn trong quang điện cadmium telluride và thường được kẹp với cadmium sulfide tạo thành một PV tiếp giáp p-n.

2/ CIGS – vật liệu bán dẫn gồm đồng, indi, gali và selen (một dung dịch rắn của đồng indium selenide và đồng gallium selenide).

3/ C-Si- crystalline silicon.

Bảng trên cho thấy, về hầu hết tất cả các khía cạnh, peropkit đều vượt trội so với các đối thủ cạnh tranh, bao gồm giá thành điện trung bình trong suốt vòng đời của pin mặt trời (chi phí LCOE). Nhược điểm duy nhất là việc xử lý các tấm PV đã qua sử dụng do độc tính của các hợp chất peropkit.

Tóm lại, peropkit có thể giúp mở rộng tương lai của năng lượng mặt trời không chỉ do tính kinh tế của nó, mà còn do phạm vi ứng dụng rộng hơn nhiều (ngoài công nghiệp, đô thị và nông nghiệp, các tấm PV dựa trên peropkit có thể được sử dụng ngay cả trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là sản xuất đồ điện tử mini, đồ gia dụng và thậm chí cả quần áo). Một khi phạm vi ứng dụng càng rộng, độ mở thị trường càng cao, peropkit sẽ càng đáp ứng được mong đợi của chúng ta hôm nay là làm giảm đáng kể giá thành điện mặt trời.

Theo nangluongvietnam.vn

http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-tai-tao/pin-mat-troi-peropkit-tuong-lai-cua-tuong-lai.html

Đảo năng lượng mặt trời hút CO2 tạo ra Methanol

Mới đây, Tạp chí Học viện Khoa học quốc gia Hoa Kỳ đã đăng tải một báo cáo khoa học mới tới từ các nhà nghiên cứu tại Na Uy và Thụy Điển, được coi là tia hy vọng mới cho nhân loại khi ghép cả triệu tấm pin mặt trời để tạo thành những trang trại năng lượng mặt trời (NLMT) trên mặt nước.

Điều đặc biệt, những trang trại NLMT nổi sẽ giải quyết được 3 vấn đề: Năng lượng, khí nhà kính và việc phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Công nghệ này sẽ dùng để xây dựng những nhà máy sản xuất ethanol quy mô lớn trên mặt nước, vì thế được xây ở vùng biển lặng sóng và ít gặp bão. Họ đưa ra những vị trí “đắc địa” như ngoài khơi Nam Mỹ, phía Bắc Ôxtrâylia, Vịnh A Rập và các vùng biển Đông Nam Á.

Để giảm được hậu quả của việc nóng lên toàn cầu, cần phương pháp cắt giảm khí thải CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, trong tương lai gần, những nhiên liệu lỏng chứa các bon sẽ vẫn là phương thức sản xuất năng lượng quan trọng. Vậy nên nhóm nghiên cứu cho ra mắt sự kết hợp của những công nghệ có sẵn, sử dụng NLMT để tái chế CO2 thành nhiên liệu lỏng” – Báo cáo khoa học chỉ ra.


Các tấm NLMT tạo điện, cùng lúc đó điện phân nước để tách ra hydro.

Theo các nhà nghiên cứu, những trang trại NLMT nổi cũng tương tự như các bè nuôi cá. Họ tính ra con số tương đối của 70 trang trại như vậy sẽ phủ được khoảng 1,3 km2 diện tích mặt biển. Các tấm NLMT tạo điện, cùng lúc đó điện phân nước để tách ra hydro. Số hydro đó sẽ tương tác với carbon dioxide trong nước biển, tạo ra methanol.

Nhóm các nhà khoa học cho rằng, ở quy mô đủ lớn, phương pháp này sẽ khiến việc sản xuất năng lượng tái tạo cạnh tranh được với ngành tinh chế nhiên liệu hóa thạch. Thời điểm hiện tại, họ đang bắt tay vào chế tạo những nguyên mẫu đầu tiên, nhằm chứng minh những ý tưởng nằm sau báo cáo khoa học mới được đăng tải là khả thi. Dự tính, cần 3,2 triệu hòn đảo nổi như thế để bù lại được lượng CO2 thải ra từ nhiên liệu hóa thạch.

Một trang trại NLMT nổi có thể tạo ra được 15.000 tấn methanol/năm, từng đó là đủ để vận thành một chiếc Boeing 737 di chuyển được 300 chuyến khứ hồi trên quãng đường 3.400 km. “Chúng tôi muốn tận dụng nhiên liệu cho máy bay, xe tải đường dài, tàu thủy hạng nặng và các hệ thống tàu chạy ray không dùng điện. Tuy nhiên, đây không phải là giải pháp có thể giải quyết mọi thứ mà chỉ là một trong số rất nhiều cách thức nên làm để chống lạibiến đổi khí hậu. Do đó, cần phải tìm thêm phương thức cách nhiệt nhà riêng, tạo ra động cơ tiêu thụ năng lượng hiệu quả hơn và nên đi xe điện” – Bruce Patterson, nhà vật lý học tại Đại học Zurich – một trong số những tác giả của nghiên cứu cho hay.

Theo Đức Anh/tapchimoitruong.vn

Pin Mặt trời tạo ra điện trong bóng tối

Các nhà khoa học vừa làm được thứ không tưởng: công nghệ pin Mặt trời ngược, bởi thay vì dùng ánh sáng, chúng sử dụng bóng đêm để tạo điện. Cũng khó có thể gọi nó là pin “Mặt trời” được, chắc phải sớm đổi thành pin Hố đen cho dễ liên tưởng.

Nói một cách đơn giản, dựa vào cơ chế làm mát bức xạ và một số thiết bị điện có tổng trị giá … 700.000 VNĐ, nhóm các nhà nghiên cứu đã tạo ra đủ điện để thắp sáng một bóng đèn LED.


Ảnh minh họa.

“Lượng năng lượng phát ra từ Mặt trời chắc chắn cũng phải xấp xỉ lượng năng lượng phát ra từ Trái đất thông qua hiện tượng bức xạ nhiệt, phải như vậy Trái đất mới giữ được một nhiệt độ gần như bất biến ở mọi lúc, vậy nên lượng năng lượng có thể khai thác được là rất lớn”, tác giả báo cáo nghiên cứu mới, giáo sư kỹ thuật điện Shanhui Fan từ Đại học Stanford nói.

Trong nghiên cứu của mình, nhóm các nhà nghiên cứu chỉ ra thực tại đáng ngẫm: khoảng 1,3 tỷ người đang không biết tới ánh sáng điện. Dù rằng ta đã có công nghệ pin Mặt Trời, những cộng đồng thiếu điện vẫn cần ánh sáng vào ban đêm. Nhưng thay vì tính tới một thiết bị lưu trữ điện tốn kém, nhóm các nhà khoa học lại nghĩ tới một hệ thống có thể tạo được năng lượng từ màn đêm.

Pin Mặt trời tạo điện thông qua cơ chế có tên quang điện trong – ánh sáng chiếu lên một số loại vật liệu nhất định sẽ tạo ra dòng điện, hoặc thông qua cơ chế nhiệt – Mặt trời nóng hơn Trái đất, và sự chênh lệch nhiệt độ này có thể tạo ra năng lượng. Nghiên cứu mới chỉ ra một cách khác nữa, một hệ thống tận dụng nguồn nhiệt phát ra từ chính Trái đất.

Theo báo cáo mô tả, hệ thống phát điện từ bóng đêm này là một đĩa nhôm có đường kính 20 cm được tô màu đen, gắn vào với một máy phát nhiệt điện được bán đại trà. Những địa tô đen này chính là nguồn phát bức xạ, nhiệt độ thấp hơn không khí ngoài trời vài độ. Dòng nhiệt sẽ đi từ nguồn là Trái đất vào không khí, rồi sẽ qua máy phát nhiệt điện rồi truyền tới đĩa; đĩa sẽ tỏa nhiệt ra.


Cơ chế tạo điện của hệ thống mới.

Bài thử nghiệm được thực hiện ở California cho thấy hệ thống tạo ra được 25 miliwatt điện trên mỗi mét vuông đĩa, đủ để thắp sáng một bóng đèn LED. Khi trời trở sáng, hệ thống sẽ hoạt động ngược lại: nó sẽ hấp thụ nhiệt từ ánh sáng Mặt trời để tạo điện.

Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại, hệ thống vẫn mang nặng tính lý thuyết, và những gì các nhà khoa học thử nghiệm thực tế được mới chỉ chứng minh phần nổi của vấn đề, rằng nó có thể hoạt động được. Khi tăng quy mô hệ thống lên, một loạt câu hỏi mới sẽ xuất hiện.

Khả năng “tạo điện từ bóng đêm” hoàn toàn lép vế so với năng lượng Mặt trời, lép khoảng trên dưới 100 lần. Thế nhưng phải công nhận là giá nó rẻ thật, lại còn tạo ra được năng lượng khi không có ánh Mặt trời. Nếu bằng một cách nào đó, khoa học vận dụng được báo cáo khoa học này, biến nó thành một công nghệ gì đó thực sự hữu ích và với quy mô lớn, ngành năng lượng sẽ có đột phá mới.

Theo Khánh Ly/Moitruong.com.vn/Trithuctre (19/10/2019)

Mái ngói năng lượng mặt trời – Giải pháp xây dựng của tương lai

Mái ngói năng lượng mặt trời còn được gọi là ván lợp mặt trời, về cơ bản là các tấm pin mặt trời cỡ nhỏ có khả năng sản xuất điện từ năng lượng mặt trời. Loại mái ngói này được xem như giải pháp tương lai trong xây dựng của thế hệ vật liệu năng lượng mặt trời.

Sự phát triển của kính năng lượng mặt trời và bây giờ là mái ngói năng lượng mặt trời đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ sớm có thể xây dựng các hệ thống quang điện tích hợp năng lượng mặt trời trực tiếp vào kết cấu của công trình xây dựng, thay vì gắn các tấm pin năng lượng lên các vật liệu xây dựng truyền thống.

Điều này mang lại lợi ích lớn về mặt thẩm mỹ bởi các tấm pin năng lượng mặt trời luôn bị đánh giá thấp về mặt thẩm mỹ. Khả năng kết hợp giữa chức năng quang điện với vật liệu lợp mái là một trong những cải tiến hứa hẹn nhất.


Mái ngói năng lượng mặt trời.

Mái ngói năng lượng mặt trời hoạt động tương tự như các tấm pin mặt trời, nhưng chúng đóng vai trò là một thành phần của mái nhà thay vì phải bắt vít lên hệ thống mái như trước đây. Các viên ngói được tạo thành từ các tế bào quang điện và khi ánh sáng mặt trời chiếu vào sẽ tạo ra một điện trường, cung cấp điện năng bền vững để sử dụng trong nhà.

Một hệ thống dây dẫn điện sẽ được kết nối với mái nhà để truyền tải điện năng từ các mái ngói năng lượng vào hệ thống điện trong ngôi nhà. Bên cạnh đó, cần lắp đặt một biến tần nhằm chuyển đổi điện một chiều tạo ra từ gạch ngói thành điện xoay chiều có thể sử dụng để chạy các thiết bị điện trong nhà.

Lượng điện năng được sản xuất ra sẽ phụ thuộc vào lượng ánh sáng mặt trời mà gạch ngói tiếp xúc. Nó sẽ tạo ra nhiều điện hơn vào những ngày mùa hè so với những ngày trời nhiều mây. Việc giữ cho mái ngói luôn sạch sẽ sẽ giúp chúng hoạt động với hiệu suất tối đa.

Thiết kế của mái ngói năng lượng mặt trời cũng ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng mà chúng tạo ra. Đơn cử như gạch ngói được thiết kế nằm cạnh nhau, không chồng chéo sẽ giúp tạo ra nhiều năng lượng hơn do diện tích tiếp xúc với ánh sáng mặt trời rộng hơn.

Mỗi viên ngói có chiều dài khoảng 35cm và chiều rộng khoảng 21cm, sử dụng công nghệ tế bào silicon tinh thể vừa đem lại hiệu quả về năng lượng vừa đảm bảo tính thẩm mỹ cho các ngôi nhà. Đây chính là một trong những giải pháp bền vững cho các công trình xây dựng của tương lai.

Theo VLXD.org/moitruong.com.vn (30/9/2019)

Tạo ra dòng điện trên pin mặt trời từ các phân tử hữu cơ

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Columbia, Mỹ đã phát triển một công nghệ mới có thể khai thác năng lượng mặt trời nhanh, hiệu quả hơn, hứa hẹn mở ra cuộc cách mạng giải phóng thế giới khỏi nhiên liệu hóa thạch.

Theo đó, họ đã thiết kế các phân tử hữu cơ có khả năng tạo ra hai “exciton” trên mỗi photon ánh sáng, quá trình này được gọi là “phân đôi đơn”. Các “exciton”, tạo ra dòng điện trên pin mặt trời, có thể tồn tại lâu hơn nhiều so với các exciton được tạo ra từ các phân tử vô cơ, dẫn đến sự khuếch đại điện và được pin mặt trời hấp thụ. Tất cả các tấm pin mặt trời hiện nay đều hoạt động theo cùng một cách. Với mỗi photon đi kèm, chỉ một exciton được tạo ra. Các exciton được tạo ra sẽ chuyển đổi thành dòng điện. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy có một số phân tử có thể giúp tạo ra hai exciton từ một photon.

Đây là tiến bộ không chỉ ứng dụng trong sản xuất năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo mà còn trong quá trình quang xúc tác trong hóa học, cảm biến và hình ảnh, có thể sử dụng trong sản xuất dược phẩm, nhựa và nhiều loại hóa chất tiêu dùng khác. Nó hứa hẹn giải phóng thế giới khỏi công nghệ khai thác năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch như dầu thô, than đá, khí tự nhiên hoặc dầu nặng.

Theo An Vi (tapchimoitruong.vn)