Thấu kính kim tự tháp bắt ánh sáng từ mọi góc để tăng hiệu quả sử dụng pin mặt trời

Pin mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo ngày càng quan trọng, nhưng vẫn còn nhiều nơi để cải thiện. Các kỹ sư ở Đại học Stanford-Hoa Kỳ đã phát triển thấu kính hình kim tự tháp có thể tập trung ánh sáng mặt trời từ mọi góc vào pin mặt trời, giúp nó thu năng lượng từ lúc mặt trời mọc đến lúc mặt trời lặn.

Pin mặt trời hoạt động tốt nhất dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp, có nghĩa là nhiều trong số đó có thể chỉ có một vài giờ tạo năng lượng tốt mỗi ngày. Những pin mặt trời khác tối đa hóa thời gian làm việc bằng cách tích cực di chuyển theo Mặt trời, nhưng điều đó tiêu tốn năng lượng và thêm phức tạp về cơ học.

Đối với nghiên cứu mới, các nhà khoa học ở Đại học Stanford bắt đầu phát triển một công nghệ thụ động có thể thu thập ánh sáng mặt trời chiếu vào nó từ mọi góc và tập trung nó về phía pin mặt trời ở dưới. Họ đặt tên lăng kính này là AGILE - Axially Graded Index Lenses (AGILE), sẽ tạo thành một lớp thay thế cho tấm kính phẳng bảo vệ pin mặt trời trong các tấm pin mặt trời.

Thử nghiệm cho thấy, thấu kính AGILE có thể thu được hơn 90% lượng ánh sáng chiếu vào bề mặt của nó, rồi sau đó hội tụ lại chùm photon để cường độ ánh sáng tăng gấp 3 lần khi chạm đến pin mặt trời. Nhờ đó, tấm pin ở góc nào cũng vận hành hiệu quả, kể cả trong những ngày thời tiết không lý tưởng.

Thấu kính AGILE có cấu trúc tưởng đơn giản, nhưng kỹ thuật đằng sau nó khá phức tạp. Mỗi kim tự tháp nhỏ được tạo thành từ một chồng kính và polyme khác nhau với các chỉ số khúc xạ khác nhau, mỗi lớp sẽ bẻ cong ánh sáng tới một mức độ khác nhau. Lớp trên cùng có chỉ số khúc xạ thấp để cho phép ánh sáng đi vào từ mọi góc, nhưng mỗi bậc xuống lại làm cong nó thêm một chút, cho đến khi nó tập trung vào pin mặt trời bên dưới.

Nhiều vật liệu cũng cho phép thiết bị thu được phổ ánh sáng rộng, từ tia cực tím đến tia hồng ngoại. Nhóm nghiên cứu cũng phải đảm bảo các vật liệu hoạt động tốt với nhau - chẳng hạn như chúng nở ra trong nhiệt với tốc độ tương tự để không làm nứt thiết bị. Ngay cả khi sử dụng một số vật liệu, nhóm đã chứng minh rằng thấu kính AGILE có thể được in 3D.

Các nhà khoa học nói rằng hệ thống mới có thể giúp mở rộng những nơi có thể sử dụng năng lượng mặt trời, giảm cả chi phí và diện tích đất cần thiết. Thấu kính AGILE thậm chí có thể cải tiến pin mặt trời cho tàu vũ trụ.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Microsystems & Nanoengineering.

Đ.T.V (NASATI), theo https://newatlas.com/energy/agile-pyramid-lenses-boost-solar-cell-efficiency/, 28/6/2022