Sơn năng lượng mặt trời là loại sơn, ngoài khả năng tạo màu sắc và bảo vệ bề mặt (tường, cửa, vỉa hè, v.v.), còn có khả năng phản ứng với ánh sáng mặt trời để tạo ra năng lượng sạch và bền vững.
Có hai loại sơn năng lượng mặt trời: một loại tạo ra điện, được nghiên cứu và phát triển từ một thập kỷ trước, và một phiên bản mới hơn phản ứng với hơi nước trong không khí nhờ ánh sáng mặt trời, có khả năng tạo ra hydro. Cả hai loại sơn năng lượng mặt trời này đều rất thú vị vì khả năng khai thác tài nguyên thiên nhiên và tạo ra năng lượng sạch, vô tận. Nhưng liệu tôi có thể mua chúng ở các cửa hàng không? Chúng tôi sẽ giải thích mọi thứ bên dưới.
Nguồn gốc: nơi nó xuất hiện, quá trình tiến hóa và phát triển
Nhu cầu tìm kiếm những phương pháp mới để tạo ra năng lượng sạch và bền vững đã thúc đẩy nhiều trường đại học và tổ chức nghiên cứu mọi khả năng. Ví dụ, các nhà nghiên cứu tại Đại học Notre Dame ở Indiana, Hoa Kỳ, đã công bố một bài báo vào cuối năm 2011 với tiêu đề “Sơn năng lượng mặt trời đáng tin cậy: Một phương pháp một bước mang tính đột phá để thiết kế các tế bào năng lượng mặt trời tinh thể nano”, mô tả chi tiết nghiên cứu của họ và các đặc tính của loại sơn này trong việc sản xuất điện, tương tự như các tấm pin mặt trời quang điện.
Để chế tạo, họ đã sử dụng một loại bột nhão không chất kết dính bao gồm các hạt nano bán dẫn CdS, CdSe và TiO2, được phủ lên bề mặt kính dẫn điện và nung ở 473 K. Hành vi chuyển đổi quang năng của các điện cực màng bán dẫn này được đánh giá trong một tế bào quang điện hóa bao gồm điện cực đối graphene-Cu2S và cặp oxy hóa khử sulfide/polysulfide. Trong quá trình thử nghiệm, điện áp mạch hở lên đến 600 mV và dòng điện ngắn mạch là 3,1 mA/cm2 đã đạt được với các điện cực CdS/TiO2 và CdSe/TiO2. Hơn nữa, hiệu suất chuyển đổi năng lượng vượt quá 1% đã đạt được đối với các pin mặt trời được chế tạo bằng phương pháp quét đơn giản thông thường trong điều kiện môi trường xung quanh.
Loại sơn này đã phát triển thành sản phẩm thương mại, được sản xuất bởi một số công ty như SolarPaint Ltd., có trụ sở tại Israel. Dựa trên nghiên cứu ban đầu từ Đại học Notre Dame, SolarPaint đã phát triển và cấp bằng sáng chế cho "Sơn năng lượng mặt trời" và đã tiếp thị sản phẩm này từ năm 2018. Nhưng như đã đề cập trước đó, một nghiên cứu khác từ Viện Công nghệ Hoàng gia Melbourne (RMIT) đã phát triển một loại sơn năng lượng mặt trời có khả năng hấp thụ hơi nước để sản xuất nhiên liệu hydro. Đây là một cuộc cách mạng thực sự trong lĩnh vực vật liệu bền vững - một nguồn năng lượng sạch ngay trên tường nhà bạn. Trên thực tế, hydro được coi là một trong những nguồn năng lượng sạch của tương lai. Nghiên cứu này chỉ là giai đoạn đầu của loại sơn năng lượng mặt trời mới này, và cần nghiên cứu thêm để khai thác hydro mà nó có thể tạo ra. Do đó, chúng ta sẽ không có tin tốt hơn trong vài năm tới.
Đặc điểm của sơn năng lượng mặt trời
Khi nói về sơn năng lượng mặt trời quang điện, bí mật của công nghệ được cấp bằng sáng chế bởi công ty SolarPaint nằm ở việc sử dụng “chấm lượng tử”, là những hạt nano tạo ra năng lượng. Các chấm lượng tử được hòa tan (pha loãng) trong hỗn hợp nước và cồn, sau đó được chuyển hóa thành sơn năng lượng mặt trời. Sơn này có thể được phủ lên bất kỳ bề mặt dẫn điện nào có khả năng thu năng lượng mà không cần thiết bị đặc biệt. “Lưới điện cực” của SolarPaint (được làm từ các dây siêu mảnh tương tự như lưới chống muỗi) và lớp phủ chứa hạt nano của sơn năng lượng mặt trời có thể tạo ra năng lượng mặt trời khi được phủ lên mái nhà, tường và trong tương lai, thậm chí cả đường sá. Công nghệ này có thể là một bước đột phá đối với các tấm pin mặt trời truyền thống, vốn bị hạn chế rõ rệt bởi diện tích đất hạn chế mà ngành công nghiệp năng lượng mặt trời truyền thống vẫn sử dụng.
Nó hoạt động như thế nào?
Sơn năng lượng mặt trời , hay sơn quang điện mặt trời, là một nguồn năng lượng mặt trời thay thế sử dụng sơn để tạo ra điện khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Điện năng này sau đó được truyền đến ắc quy ô tô. Nhờ một loại vật liệu gọi là perovskite, việc phun loại sơn này có thể biến bất kỳ bề mặt nào thành tấm pin mặt trời. Nó chủ yếu được cấu tạo từ canxi titanat và rẻ hơn silicon dùng cho các tấm pin mặt trời. Hơn nữa, các tấm pin này có thể mỏng hơn nhiều so với các tấm pin truyền thống.
Công nghệ này dựa trên những tiến bộ gần đây trong nghiên cứu tinh thể nano bán dẫn. Một loại sơn năng lượng mặt trời đơn lớp đã được phát triển để thiết kế các tế bào quang điện chấm lượng tử. Mặc dù cần có những cải tiến hơn nữa để phát triển các chiến lược cho các thiết bị bán dẫn rắn hoàn toàn, diện tích lớn, nhưng nỗ lực ban đầu này trong việc chế tạo sơn năng lượng mặt trời mang lại những ưu điểm về thiết kế đơn giản và khả năng kinh tế trong việc tạo ra các tế bào quang điện thế hệ tiếp theo. Nguồn năng lượng thay thế này phù hợp với các bề mặt không phẳng và những nơi không thể đặt các tấm sưởi năng lượng mặt trời thông thường, chẳng hạn như ô tô hoặc các thiết bị di động nói chung.
Quá trình tạo ra hydro dẫn đến việc hình thành sơn năng lượng mặt trời gốc hydro, hay còn gọi là Sơn Năng lượng Mặt trời-H2. Cách sử dụng rất đơn giản: chỉ cần quét một lớp sơn lên mái nhà, cửa ra vào hoặc tường ngoài bằng con lăn hoặc cọ. Chỉ vậy thôi; hệ thống chỉ cần ánh sáng mặt trời và hơi nước trong không khí. Vật liệu này cho phép bạn tận hưởng nhiều lợi ích của năng lượng mặt trời mà không cần lắp đặt các tấm pin quang điện.
Về mặt kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của nó dựa trên việc thu giữ hơi nước từ không khí và ngưng tụ nó. Sau đó, nhờ oxit titan, lớp sơn đóng vai trò là chất bán dẫn cho quá trình điện phân quang xúc tác của nước đã thu giữ. Nói cách khác, nó thúc đẩy sự phân hủy nước thành các phân tử oxy và hydro. Hydro này sau đó có thể được thu thập để sử dụng làm nhiên liệu trong các tế bào hoặc động cơ điện hóa.
Lợi ích của sơn năng lượng mặt trời
Pin mặt trời quang điện hoặc Sơn năng lượng mặt trời –eH:
- Dễ sản xuất
- Tiết kiệm hơn so với các tấm pin dựa trên silicon
- Tận dụng mọi bề mặt
- Dễ thi công (như bất kỳ loại sơn nào)
- Đang trong quá trình tiếp thị từ năm 2018
Sơn hydro hoặc sơn năng lượng mặt trời – H2:
- Dễ sản xuất
- Dễ thi công (như bất kỳ loại sơn nào)
- Tận dụng mọi bề mặt
- Có khả năng tạo ra năng lượng sạch và vô hạn
Mặc dù có vẻ như những phương pháp sản xuất năng lượng mới này chỉ toàn ưu điểm, nhưng sự thật là, hiện tại, chúng vẫn còn một số nhược điểm.
- Hiệu năng vẫn thấp hơn so với chip silicon
- Việc quản lý và sử dụng nó đòi hỏi các thiết bị điện và điện tử
Sơn năng lượng mặt trời hydro hoặc Sơn năng lượng mặt trời -H2
- Khó khăn trong việc lưu trữ H2 được tạo ra
- Vẫn đang trong quá trình phát triển
Sơn năng lượng mặt trời cho nhà ở: hiện thực hay chỉ là viễn tưởng?
Mặc dù nghe có vẻ như khoa học viễn tưởng, nhưng sự thật là đây là một giải pháp thay thế mà chúng ta sẽ sớm có thể tự mua được. Tuy nhiên, chúng ta sẽ cần sự trợ giúp chuyên nghiệp để hoàn tất phần còn lại của quá trình lắp đặt cần thiết để sử dụng. Điều này bao gồm các kết nối điện để lưu trữ năng lượng, chuyển đổi nó thành dòng điện xoay chiều cho gia đình, v.v. Chúng ta không được quên rằng các bề mặt được sơn bằng sơn năng lượng mặt trời quang điện sẽ hoạt động như các tấm pin mặt trời quang điện. Và để tận dụng tối đa chúng, chúng phải được kết hợp với các thành phần khác như pin, bộ điều khiển sạc, bộ biến tần, v.v
Về sơn năng lượng mặt trời gốc hydro, chúng ta có thể coi đó là hiện thực, vì nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của việc sản xuất hydro. Tuy nhiên, sẽ mất vài năm nữa trước khi chúng ta có thể sử dụng nó, vì hydro là một loại khí cần được thu giữ sau khi tạo ra, và bước này vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn với sơn năng lượng mặt trời. Nhưng vì việc sản xuất hydro hiện nay rất tốn kém và gây ô nhiễm, chúng tôi tin tưởng rằng nhiều công ty sẽ quan tâm đến việc nghiên cứu giải quyết vấn đề thu giữ hydro được tạo ra từ sơn năng lượng mặt trời.
Nguồn: HogarSense
