Một sản phẩm pin mặt trời đột phá đã ra đời với thiết kế hình khối ba chiều, mang đến khả năng sản xuất năng lượng vượt trội gấp 20 lần so với các mẫu pin phẳng truyền thống. Điều đáng chú ý là những tấm pin này không chỉ vượt trội về hiệu suất mà còn hứa hẹn tiềm năng cải thiện so với các tấm pin tiêu chuẩn hiện tại. Giải pháp này sẽ mở ra một hướng đi mới cho ngành năng lượng mặt trời, đem lại hiệu quả cao hơn trong việc khai thác nguồn năng lượng tái tạo.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm với nhiều cấu hình pin quang điện xếp chồng và cuối cùng chọn thiết kế 3D để tối ưu hóa khả năng hấp thụ ánh sáng trong suốt vòng đời hoạt động. Khác với phương pháp lắp đặt các tấm pin mặt trời phẳng trên mái nhà hoặc bề mặt phẳng khác, nhóm đã phát triển một kỹ thuật xây dựng các khối lập phương hoặc tháp. Điều này cho phép kéo dài chiều cao của các tấm pin, tạo ra cấu hình ba chiều vô cùng hiệu quả.
Việc sản xuất khối lập phương lõm có thể phức tạp, nhưng thiết kế dạng accordion lại cho phép thực hiện dễ dàng hơn nhiều. Hãy tưởng tượng những tòa nhà chọc trời với bức tường rèm được trang bị tấm pin mặt trời, hay những tháp độc lập nằm giữa bãi đậu xe. Điều này mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi cho công nghệ tấm pin mặt trời mới trong lĩnh vực kiến trúc. Bằng cách tận dụng các công cụ mô hình hóa, chúng ta có thể tối ưu hóa cấu trúc của các tòa nhà, từ đó thu được năng lượng mặt trời một cách hiệu quả hơn.
Kết quả nghiên cứu mới đây cho thấy các cấu trúc 3D đạt hiệu suất thu năng lượng vượt trội, gấp đôi đến hơn 20 lần so với các tấm phẳng cố định có cùng kích thước. Đặc biệt, sự cải thiện này diễn ra mạnh mẽ ở những vùng xa đường xích đạo, trong mùa đông, cũng như vào những ngày nhiều mây. Những phát hiện này được xây dựng dựa trên mô hình máy tính và thử nghiệm thực tế, đã được công bố trên tạp chí uy tín Energy and Environmental Science.
Trong một nghiên cứu đầy triển vọng, nhóm chuyên gia đã triển khai một thuật toán máy tính để phát triển phần mềm phân tích. Phần mềm này có khả năng kiểm tra các cấu hình pin mặt trời dưới nhiều điều kiện khác nhau, bao gồm vĩ độ, mùa và thời tiết. Họ đã thử nghiệm ba cách bố trí pin trên mái tòa nhà phòng thí nghiệm của MIT trong vài tuần, qua đó thu thập dữ liệu quý giá cho những nghiên cứu về năng lượng tái tạo trong tương lai.
Tấm pin 3D không chỉ mang lại lợi ích về mặt diện tích mà còn nâng cao hiệu suất cho các tấm pin. Sự đổi mới này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong công nghệ năng lượng.
Chi phí sản xuất năng lượng từ các tấm pin 3D hiện tại có thể cao hơn so với các tấm pin phẳng truyền thống. Tuy nhiên, lợi ích vượt trội của chúng về khả năng sản xuất điện trên cùng một diện tích là điều không thể phủ nhận. Tấm pin 3D cung cấp nguồn điện ổn định và hiệu quả hơn, không chỉ trong suốt cả ngày mà còn suốt các mùa. Những yếu tố này sẽ giúp bù đắp chi phí ban đầu, mang lại giá trị lâu dài cho người sử dụng.
Theo Marco Bernardi, đồng tác giả nghiên cứu và là sinh viên tốt nghiệp từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu của MIT, lý do chính cho sự cải thiện đáng kể này là nhờ vào thiết kế bề mặt thẳng đứng của cấu trúc 3D. Thiết kế này cho phép thu nhận ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn, đặc biệt vào thời điểm sáng sớm, chiều tối và trong mùa đông.
Nghiên cứu mới từ MIT tập trung vào mô hình năng lượng cho thấy một khối lập phương có vết lõm vào trong có khả năng nâng cao hiệu suất năng lượng từ 10 đến 15% so với dạng phẳng thông thường. Đặc biệt, khi áp dụng công nghệ màng mỏng, các tấm pin này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện thiếu sáng và bóng râm. Kết quả này mở ra hướng đi mới trong việc tối ưu hóa sản xuất năng lượng và giảm thiểu chi phí.
Nghiên cứu mới đây gợi mở một hướng đi tiềm năng cho việc lắp đặt tấm pin mặt trời trên những tòa nhà cao tầng. Giải pháp này giúp tối ưu hóa việc sử dụng không gian mà không làm ảnh hưởng đến diện tích đã có sẵn. Đây là một bước tiến quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh nhiều khu vực đang đối mặt với hạn chế về mặt đất khi triển khai điện mặt trời.
