Pin năng lượng mặt trời có thể thu nước trong khí quyển để tự làm mát

Theo Sitechdaily, các nhà nghiên cứu tại Ả Rập Xê Út đã tạo ra thiết bị mới thu thập nước trong khí quyển để làm mát pin mặt trời mà không cần sử dụng điện.

Ả Rập Xê Út đầu tư rất nhiều chi phí vào công nghệ pin mặt trời, kết hợp với nguồn ánh sáng mặt trời dồi dào, giúp quốc gia này trở thành nước xuất khẩu năng lượng tái tạo lớn.

Năng lượng mặt trời hiện chiếm hơn 80% sản lượng năng lượng tái tạo của Vương quốc này. Tuy nhiên, một nghịch lý là những tấm pin mặt trời thường xuyên bị quá nóng do hoạt động cường độ cao. Để khắc phục điều này, chúng cần lắp đặt thêm hệ thống làm mát chạy bằng điện.

Giải pháp làm mát sáng tạo

Một nhóm nghiên cứu quốc tế do giáo sư Qiaoqiang Gan của KAUST phụ trách đã thiết kế một giải pháp tiềm năng. Thiết bị của họ không cần điện, vì nó có thể tự hút nước từ không khí mà không cần gì khác ngoài trọng lực để chiết xuất nước từ không khí và làm từ các vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm.

Cùng với việc giữ cho các tấm pin mặt trời và các công nghệ bán dẫn khác mát hơn, nước có thể được tái sử dụng để tưới tiêu, rửa, làm mát các tòa nhà nơi đặt các tấm pin mặt trời và các ứng dụng khác.

Ả Rập Xê Út đầu tư rất nhiều chi phí vào công nghệ pin mặt trời. (Ảnh: Sitechdaily)

Thu thập nước trong không khí 

Các nhà khoa học ước tính rằng bầu khí quyển chứa lượng nước gấp sáu lần so với tất cả nước ngọt trong các con sông cộng lại. Giáo sư Gan cho biết: “Lượng nước này có thể được thu thập bằng công nghệ thu nước trong khí quyển”.

Mặc dù những công nghệ này hoạt động khá tốt, nhưng ở những môi trường khô cằn như ở Ả Rập Xê Út, chúng cần có điện để thu được nước. Đây cũng là trở ngại của việc áp dụng pin mặt trời ở các vùng nông thôn của Vương quốc này, nơi cơ sở hạ tầng điện rất tốn kém.

Ngoài ra, một lý do khiến hiệu suất thấp là do nước bám vào bề mặt của thiết bị thu. Giáo sư Dan Daniel và Shakeel Ahmad, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong nhóm của Gan, phát hiện ra rằng bằng cách thêm một lớp phủ bôi trơn là hỗn hợp của polyme thương mại và dầu silicon, họ có thể thu thập được nhiều nước hơn bằng cách chỉ dựa vào trọng lực.

Ahmad cho biết: “Một thách thức phổ biến trong các hệ thống thu nước trong khí quyển là các giọt nước xu hướng bị giữ lại trên bề mặt của thiết bị, do đó cần phải thu thập ngưng tụ chủ động. Lớp phủ của chúng tôi đã loại bỏ hiệu quả việc này, cho phép thu thập nước thụ động. Vì hệ thống này hoạt động hoàn toàn dựa vào cơ chế làm mát bức xạ thụ động, nên nó không tiêu thụ bất kỳ điện năng nào".

Giải pháp này dựa trên công nghệ trước đây do Gan tạo ra, mà ông mô tả là “kiến trúc hai mặt thẳng đứng”. Hệ thống đó ban đầu được thiết kế để phản xạ nhiệt trở lại bầu trời nhằm giữ cho các tấm pin mặt trời mát mẻ nhưng không thu được nước tạo ra.

Hiệu quả kinh tế và môi trường vượt trội

Thiết bị mới được thử nghiệm sáu lần trong khoảng thời gian một năm trong điều kiện tự nhiên tại thị trấn Thuwal, cách Jeddah khoảng 100 km về phía bắc. Nó có thể tăng gần gấp đôi tốc độ thu thập nước so với các công nghệ thu nước trong khí quyển khác.

Cùng với hiệu quả của việc thu nước, Daniel cũng rất vui mừng về lợi ích kinh tế của hệ thống này.

Ông nói: “Hệ thống này không tiêu thụ bất kỳ điện năng nào, nên tiết kiệm năng lượng. Hơn nữa, nó không dựa vào bất kỳ bộ phận cơ khí nào như máy nén hoặc quạt, giảm việc bảo trì so với các hệ thống truyền thống, dẫn đến tiết kiệm chi phí hơn nữa".

Nghiên cứu có sự đóng góp của giáo sư Gyorgy Szekely của KAUST cùng với Gan và Daniel, được công bố trên tạp chí Advance Materials. Dự án này là một trong số rất nhiều dự án đang được thực hiện tại Trung tâm Năng lượng tái tạo và Công nghệ bền vững KAUST mới.