Tin tức
Thiết kế hệ thống điện mặt trời hybrid mới
23/08/2011
Các kỹ sư tại Đại học Duke đã chế tạo hệ thống hybrid mới có khả năng chuyển đổi ánh nắng mặt trời thành điện năng hiệu quả hơn so với các hệ thống dựa vào các tấm pin mặt trời thông thường.
Trong hệ thống hybrid mới, ánh nắng mặt trời làm nóng hỗn hợp nước và metanol trong các ống thủy tinh gắn trên mái nhà. Sau 2 phản ứng xúc tác, hệ thống sản sinh ra hydrô hiệu quả hơn so với công nghệ hiện hành. Hydro có thể được lưu giữ và sử dụng theo nhu cầu trong pin nhiên liệu.
Khi phân tích, Hotz, PGS về kỹ thuật cơ khí và khoa học vật liệu tại Duke đã so sánh hiệu suất exergy của hệ thống hybrid với 3 hệ thống khác. Hệ thống hybrid đạt hiệu suất exergy lên tới 28,5% vào mùa Hè và 18,5% vào mùa Đông, trái lại các hệ thống thông thường vào mùa Hè chỉ đạt 5-15% và 2,5-5% vào mùa Đông.
Giống như các hệ thống pin mặt trời khác, hệ thống hybrid bắt đầu bằng việc thu ánh nắng mặt trời. Sau đó, mọi thứ trở nên khác biệt. Mặc dù nhìn từ xa, thiết bị hybrid trông giống như thiết bị thu ánh nắng mặt trời truyền thống, nhưng thực tế nó lại chứa một chuỗi các ống đồng được mạ một lớp mỏng nhôm và nhôm oxit và một phần được đổ đầy các hạt nano xúc tác. Hỗn hợp nước và metanol chảy qua các ống đồng được bịt kín trong chân không.
PGS Hotz cho rằng hệ thống mới cho phép hấp thụ 95% ánh nắng mặt trời và thất thoát rất ít nhiệt ra xung quanh. Nhiệt độ bên trong các ống đạt mức hơn 200oC. Trong khi đó, thiết bị thông thường chỉ đun nước nóng ở nhiệt độ khoảng 60-70oC.
Ngay khi chất lỏng bay hơi gặp nền nhiệt độ cao này, một lượng nhỏ chất xúc tác được bổ sung, tạo ra hydro. Sự kết hợp của nhiệt độ cao với chất xúc tác bổ sung sản sinh ra hydro hiệu quả hơn. Sau đó, hydro được chuyển ngay đến một pin nhiên liệu cung cấp điện cho một tòa nhà suốt cả ngày hoặc được nén và lưu giữ trong thùng để sau này cung cấp điện.
Ba hệ thống được xem xét trong phân tích là pin mặt trời thông thường chuyển đổi ánh nắng mặt trời trực tiếp thành điện để tách nước bằng phương pháp điện phân thành hydro và oxy; hệ thống xúc tác quang sản sinh ra hydro giống như hệ thống mới, nhưng đơn giản và vẫn chưa hoàn thiện; và một hệ thống trong đó pin mặt trời chuyển đổi ánh nắng mặt trời thành điện được lưu giữ trong các loại pin khác nhau (pin lithium ion là hiệu quả nhất).
Về chi phí, hệ thống hybrid mới có giá thành rẻ nhất với tổng chi phí lắp đặt là 7.900 USD nếu được thiết kế để đáp ứng các nhu cầu điện năng vào mùa hè, dù rằng vẫn đắt hơn nhiều so với máy phát điện bằng nhiên liệu hóa thạch truyền thống.
Chi phí và hiệu suất của các hệ thống có thể thay đổi trên diện rộng tùy thuộc vào vị trí vì các thiết bị được gắn trên mái nhà có thể đáp ứng nhu cầu cho toàn bộ tòa nhà nhưng lại không đủ vào mùa đông. Hệ thống có kích thước đủ lớn để thỏa mãn nhu cầu điện của mùa đông lại sản sinh nhiều năng lượng hơn mức cần có vào mùa hè, do vậy, chủ sở hữu hệ thống có thể quyết định đóng các phần của cấu trúc mái hoặc có thể bán điện thừa cho lưới điện.
Nghiên cứu do Quỹ Khoa học quốc gia Thụy Sỹ cấp kinh phí.
Nguồn: Science Daily