Lớp phủ dạng phun để kháng tuyết cho các tấm pin mặt trời

Một nhóm nghiên cứu do Đại học Michigan dẫn đầu đã phát triển một lớp phủ trong suốt, rẻ tiền làm giảm sự tích tụ băng tuyết trên các tấm pin mặt trời. Đây là tiến bộ có thể cải thiện đáng kể năng suất của các tấm pin mặt trời ở vùng khí hậu lạnh.

Hình minh họa.

Lớp phủ chủ yếu được làm từ nhựa PVC, hoặc nhựa PDMS, và silicon hoặc dầu thực vật. Nó có thể được phun hoặc quét lên pin mặt trời khi thời tiết lạnh và giúp pin kháng tuyết trong suốt một năm, theo kết quả thử nghiệm.

"Năng lượng tái tạo đang thực sự phát triển, nhưng tuyết là một vấn đề lớn ở các vùng khí hậu phía Bắc," Anish Tuteja, giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu tại Đại học Michigan, người dẫn đầu nhiên cứu, cho biết. "Các tấm pin mặt trời có thể mất 80 hoặc 90% công suất phát điện vào mùa đông. Vì vậy, tìm ra cách để chúng tiếp tục tạo ra năng lượng trong suốt cả năm là vấn đề quan trọng."

Việc thiết kế một lớp phủ có thể làm rơi cả tuyết và băng một cách thụ động là một thách thức lớn.

Tuteja nói: "Băng tương đối đặc và nặng, nhờ đó các lớp phủ trước đây có thể làm băng rơi khỏi pin mặt trời. Nhưng tuyết có thể nhẹ hơn băng 10 lần."

Để tìm ra lớp phủ phù hợp, nhóm Tuteja đã tìm cách phát huy hai đặc tính quan trọng đã tạo nên sức mạnh cho các lớp phủ chống đóng băng trong quá khứ: độ cứng gắn kết thấp và độ bám dính thấp. Độ bám dính bề mặt thấp về cơ bản là độ trơn trượt. Độ trơn trượt chỉ có tác dụng trên các khu vực nhỏ, nhưng bề mặt càng lớn, thì càng cần nhiều lực để tuyết và băng trượt khỏi bề mặt đó. Đối với các bề mặt lớn hơn, cần một cách để phá vỡ hoàn toàn sự kết dính giữa tuyết và băng và bề mặt. Độ cứng gắn kết thấp tạo ra các vết nứt giữa băng và tấm pin. Vết nứt sẽ lan truyền dọc theo tấm pin, bất kể kích thước của nó, phá vỡ băng và tuyết.

Nhóm nghiên cứu đã tìm cách đạt được sự cân bằng chính xác giữa độ bám dính bề mặt thấp và độ cứng gắn kết thấp để chống được cả băng và tuyết trên các bề mặt lớn nhỏ khác nhau. Họ bắt đầu với nhựa PVC rất cứng, cho độ cứng gắn kết thấp, và trộn với một lượng nhỏ dầu thực vật để tạo độ bám dính bề mặt đủ thấp cho PVC. Họ cũng phát minh ra một vật liệu thứ hai chống băng tuyết tốt tương đương, bằng cách sử dụng nhựa PDMS và dầu gốc silicon.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm vật liệu này trên một cánh đồng năng lượng mặt trời ở Fairbanks, Alaska, trong khoảng thời gian khoảng hai tuần. Các thử nghiệm cho thấy rằng các tấm phủ có độ phủ băng tuyết trung bình khoảng 28% trong toàn bộ mùa đông, so với khoảng 59% ở các tấm không phủ.

Nghiên cứu phát triển lớp phủ này thuộc một dự án của Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, một phòng thí nghiệm của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Laurie Burnham, nghiên cứu viên chính của dự án cho biết: “Phần lớn tăng trưởng của năng lượng mặt trời trong những năm gần đây là ở các bang phía bắc, nơi thường có tuyết”.

"Các lớp phủ chống tuyết, nếu có hiệu quả lâu dài, sẽ làm cho năng lượng mặt trời trở nên đáng tin cậy hơn và giá cả phải chăng hơn ở các vùng có tuyết, giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế sử dụng năng lượng mặt trời nhiều hơn," Burnham nói.

Tuteja cho biết nhóm nghiên cứu có kế hoạch điều chỉnh lớp phủ để có thể tồn tại ít nhất 5 năm.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials Technologies.

Theo Khoahocphattrien