Nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Monash (Úc) và Đại học Lisbon (Bồ Đào Nha) đã lập một mô hình mới chứng minh thành phố Melbourne ở Úc có thể tự đáp ứng được 74% nhu cầu điện năng, nếu công nghệ năng lượng mặt trời được tích hợp hoàn toàn vào các mái nhà, tường và cửa sổ của các tòa nhà ở nơi đây. Đây là nghiên cứu đầu tiên trên thế giới nhằm mô hình hóa tính khả thi và tác động trên quy mô toàn thành phố của pin mặt trời gắn trên cửa sổ cùng với các công nghệ năng lượng mặt trời khác. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Solar Energy.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc áp dụng hoàn toàn công nghệ pin mặt trời trên các mái nhà hiện có tại thành phố, có thể biến đổi hoàn toàn lượng khí thải cacbon của thành phố Melbourne và giảm đáng kể sự phụ thuộc vào điện lưới được tạo ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch. Nhóm nghiên cứu hy vọng các nhà hoạch định chính sách, nhà cung cấp năng lượng, công ty xây dựng và chủ sở hữu tòa nhà sẽ sử dụng mô hình mới để tối ưu hóa tiềm năng của công nghệ pin mặt trời trên nền tảng của cả các cấu trúc cũ và mới.

Trong nghiên cứu, mức tiêu thụ điện năm 2018 của Melbourne được so sánh với sản lượng điện có thể thu được từ pin mặt trời tích hợp trên các tòa nhà trên phạm vi rộng. Dữ liệu tiêu thụ điện từ khu trung tâm của Melbourne được thu thập từ các công ty phân phối điện Jemena, CitiPower & Powercor.

Trong mô hình trên quy mô thành phố, pin quang điện có thể đáp ứng 74% nhu cầu tiêu dùng cho các tòa nhà tại thành phố Melbourne. Năng lượng mặt trời trên mái nhà sẽ chiếm 88% nguồn cung này, với tỷ lệ năng lượng mặt trời tích hợp trên tường và cửa sổ lần lượt là 8% và 4%.

Công nghệ pin năng lượng mặt trời tích hợp trên tường và cửa sổ đã được chứng minh ít bị giảm hiệu suất trong những tháng mùa đông so với trên mái nhà, mang lại lợi ích và giá trị ổn định quanh năm. Tỷ lệ đóng góp tiềm năng của năng lượng mặt trời tích hợp trên cửa sổ tăng lên 18% ở quy mô khu vực lân cận, do ít bị ảnh hưởng bởi độ cao của các tòa nhà cao tầng và tỷ lệ cửa sổ trên tường.

Các nhà nghiên cứu đã xác định bức xạ mặt trời hàng năm trên các bề mặt tòa nhà của thành phố Melbourne để tìm ra các khu vực thích hợp cho việc lắp đặt pin mặt trời, có tính đến các hạn chế kỹ thuật và các yếu tố chi phí.

Mô hình chi tiết cho phép mô phỏng bức xạ mặt trời chiếu xuống và tiềm năng của pin mặt trời tại các khu đô thị. Nhiều yếu tố cần được tính đến, bao gồm tác động của bóng râm do hệ thống che nắng và ban công tạo ra, cũng như đặc tính của các công nghệ pin mặt trời khác nhau. Trong số các kỹ thuật khác, thì phân tích tương quan và hồi quy tuyến tính đã được thực hiện để xác định sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các chỉ số hình thái đô thị và tiềm năng của pin mặt trời hàng năm.

Tổng diện tích của khu vực trung tâm Melbourne được đề cập trong nghiên cứu là 37,4 km², trong đó 35,1 km² là diện tích sàn được xây vào năm 2019, chủ yếu bao gồm các tòa nhà dân cư và thương mại. Kết quả cho thấy tiềm năng quang điện của khu vực này chủ yếu được thúc đẩy bởi khả năng bổ sung thêm năng lượng mặt trời trên mái nhà.

Mặc dù các tòa nhà trên toàn thành phố có thể cung cấp điện năng trên mái và tường cao, nhưng tiềm năng lớn nhất thu được là từ các cửa sổ cao nhất của các khu vực có mật độ dân cư đông đúc như khu trung tâm thương mại.

"Thông qua sử dụng công nghệ quang điện có sẵn trên thị trường hiện nay và kết hợp những tiến bộ của công nghệ pin năng lượng mặt trời tích hợp trên tường và cửa sổ trong mười năm tới, chúng ta có thể thấy các khu trung tâm sẽ không phát thải cacbon trong những thập kỷ tới", GS. Jacek Jasieniak, trưởng nhóm nghiên cứu nói.

"Chúng tôi bắt đầu nhập khẩu điện than từ Thung lũng LaTrobe vào những năm 1920 nhằm ngăn chặn hoạt động đốt than bánh gây khói tại chỗ để cung cấp năng lượng cho các tòa nhà ở khu trung tâm. Giờ đây, hơn một trăm năm sau, chúng ta có thể nhìn thấy các tòa nhà ở Melbourne quay trở lại sản xuất điện tại chỗ trong khu trung tâm, nhưng sử dụng các công nghệ sạch, an toàn với khí hậu giúp nước Úc đạt được mục tiêu không phát thải cacbon vào năm 2050".

TS. Jenny Zhou, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: "Mặc dù có rất nhiều chính sách hỗ trợ các tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà mới, nhưng chúng tôi vẫn chưa thấy phản ứng mạnh mẽ nào để đảm bảo các tòa nhà hiện có được trang bị thêm công nghệ nhằm đáp ứng những thách thức của biến đổi khí hậu. Nghiên cứu của chúng tôi hướng các nhà ra quyết định tiến tới triển khai các công nghệ quang điện, giảm sự phụ thuộc của các thành phố vào nhiên liệu hóa thạch".

TS. Maria Panagiotidou, một trong các tác giả cho rằng: "Trong tương lai gần, việc thâm nhập thị trường và triển khai lắp đặt các cửa sổ năng lượng mặt trời hiệu quả cao có thể góp phần giảm thiểu lượng khí thải cacbon của các công trình xây dựng nhà cao tầng. Khi thế giới chuyển đổi sang một tương lai không phát thải cacbon, thì các giải pháp năng lượng tại địa phương sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc làm tăng xu hướng sử dụng pin mặt trời trong môi trường đô thị".

N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211110104638.htm, 10/11/2021