Những tiến bộ mới nhất về tế bào năng lượng mặt trời hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu cho đèn vườn hình hoa bồ công anh là gì?

Tại sao tế bào năng lượng mặt trời hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu lại quan trọng đối với đèn vườn bồ công anh

Đèn vườn dùng cho những cây bồ công anh phải đối mặt với một số điều kiện môi trường khá khắc nghiệt, đòi hỏi các giải pháp công nghệ năng lượng mặt trời đặc biệt. Hầu hết các đèn này được lắp đặt ở những vị trí vốn đã nhận ít ánh sáng mặt trời, như dưới gốc cây hoặc ở các góc râm trong vườn, đặc biệt là ở vùng phía bắc nơi ánh sáng ban ngày khan hiếm. Các tế bào năng lượng mặt trời silicon thông thường hoạt động kém trong những điều kiện này. Khi mây kéo đến hoặc ánh sáng không trực tiếp, hiệu suất của các tấm pin mặt trời tiêu chuẩn giảm khoảng một nửa, đôi khi còn hơn thế nữa. Và khi chúng không thể sạc đầy các viên pin, người dùng sẽ thấy đèn bị nhấp nháy rồi tắt sớm vào những đêm đông dài hoặc trong thời tiết u ám mùa xuân.

Đèn hình bồ công anh với dạng tròn thực ra khiến việc thu thập năng lượng khá khó khăn. Các đường cong thường tự tạo bóng đổ lên chính chúng, do đó chúng nhận được ít ánh sáng hơn khoảng 30% so với các tấm pin phẳng thông thường. Khi không có tế bào quang điện đặc biệt được chế tạo để hoạt động dưới ánh sáng yếu, những đường cong đẹp mắt này lại trở thành vấn đề thay vì lợi thế. Đối với thế hệ tiếp theo của các đèn vườn này, các nhà sản xuất cần tập trung vào hiệu suất hoạt động dưới ánh sáng mờ dưới mức 100 lux, điều xảy ra khi cây cối che khuất phần lớn ánh sáng ban ngày hoặc trong khung giờ buổi tối. Một số tế bào quang điện mới hơn vẫn có thể đạt hiệu suất khoảng 12 đến 15% ngay cả trong những điều kiện ánh sáng yếu này, trong khi các tế bào silicon thông thường gần như ngừng hoạt động ở mức 5 đến 7%. Điều này có nghĩa là đèn có thể sáng suốt đêm một cách đáng tin cậy, biến chúng từ những vật trang trí đẹp chỉ dùng được vào mùa xuân thành thiết bị có thể sử dụng quanh năm tại nhiều khu vực khác nhau trong sân vườn.

Những đổi mới về Perovskite và Chấm lượng tử thúc đẩy hiệu suất dưới ánh sáng yếu

Perovskites được điều chỉnh băng tần để hoạt động tối ưu trong điều kiện khuếch tán dưới 100 lux

Lý do mà pin mặt trời peroxit hoạt động tốt trong ánh sáng yếu là do cách chúng ta điều chỉnh các tính chất băng tần của chúng. Khi các nhà sản xuất thay đổi cấu trúc hóa học của các vật liệu này, họ có thể tạo ra điện tích tốt hơn ngay cả khi ánh sáng mặt trời là rải rác thay vì trực tiếp, như những gì xảy ra vào buổi sáng sớm, chiều muộn hoặc vào những ngày có mây. Các thử nghiệm cho thấy perovskites thực sự có thể bắt được khoảng 35-40% các hạt ánh sáng nhiều hơn so với các tấm silic thông thường khi có ít hơn 100 lux sẵn có, làm cho chúng rất tốt cho đèn vườn cần hoạt động đúng cách ngay cả khi có bóng râm hoặc trong những tháng mùa đông. Điều làm cho chúng khác biệt với công nghệ năng lượng mặt trời thông thường là khả năng của chúng để tiếp tục sản xuất điện liên tục ngay cả khi mức độ ánh sáng dao động nhanh chóng, điều này xảy ra mọi lúc trong sân sau nơi cây tạo ra bóng chuyển động và mây đến và đi trong suốt cả ngày.

Chấm lượng tử nhạy với ánh sáng hồng ngoại gần mở rộng khả năng hấp thụ phổ vào các môi trường bị che khuất, lọc qua tán lá

Công nghệ chấm lượng tử mở ra những khả năng mới trong việc thu hoạch ánh sáng vì nó có thể bắt được các bước sóng hồng ngoại gần, vốn thực sự xuyên qua được tán lá và vẫn dồi dào ngay cả khi điều kiện trở nên râm mát. Khi những chấm lượng tử đặc biệt này được tích hợp vào các tấm pin hình dạng hoa bồ công anh, chúng biến bức xạ nhiệt còn sót lại thành năng lượng thực tế, nghĩa là đèn có thể tiếp tục hoạt động lâu hơn khoảng 2 giờ 18 phút theo các thử nghiệm gần đây ngoài thực địa. Điều này tạo nên sự khác biệt lớn đối với đèn vườn đặt dưới những tán cây lớn hoặc giàn dây leo, nơi các tấm pin mặt trời thông thường thường ngừng hoạt động sau khoảng bốn giờ kể từ khi mặt trời lặn. Phép màu thực sự xảy ra khi những hạt siêu nhỏ này khai thác được ánh sáng mà mắt người không thể nhìn thấy, nhờ đó quá trình sạc vẫn ổn định ngay cả khi bóng râm phủ kín.

Hiệu suất thực tế: Gia tăng thời gian hoạt động và xác nhận thực địa

Thử nghiệm tại Bắc Âu và Tây Bắc Thái Bình Dương: Thời gian chiếu sáng về đêm dài hơn 42% so với đèn dùng công nghệ silicon

Nghiên cứu thực hiện tại các quốc gia Bắc Âu và một số khu vực ở Tây Bắc Thái Bình Dương, nơi thường chỉ có khoảng 3,5 giờ nắng đỉnh điểm mỗi ngày, cho thấy cách các tế bào năng lượng mặt trời mới hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu ngoài phòng thí nghiệm. Khi được kiểm tra liên tục trong mười hai tháng, những chiếc đèn hình bông dandelion được trang bị tấm pin làm từ vật liệu perovskite kết hợp với chấm lượng tử đã hoạt động lâu gần gấp rưỡi so với các phiên bản sử dụng tấm pin silicon thông thường. Điều đó có nghĩa là chúng có thể tiếp tục phát sáng suốt cả đêm, ngay cả trong những ngày đông tối tăm khi ánh sáng tự nhiên hầu như không đạt quá 100 lux trong phần lớn thời gian trong ngày. Tại sao lại như vậy? Bởi vì các tấm pin cải tiến này hấp thụ được nhiều dải phổ ánh sáng hơn, nên chúng hoạt động hiệu quả hơn dưới bầu trời nhiều mây và thậm chí còn thu nhận được ánh sáng phản xạ từ các bề mặt. Chúng tôi cũng đã thử nghiệm chúng dọc theo bờ biển Oregon, và sau một năm đối mặt với không khí mặn và thời tiết ẩm ướt, các tấm pin vẫn sản sinh ra lượng điện năng tương đương như lúc mới lắp đặt.

Từ hiệu suất phòng thí nghiệm PCE (23,7%) đến sản lượng thực tế ngoài vườn: Cách thức ổn định đầu ra dưới ánh sáng yếu chuyển thành độ tin cậy ánh sáng như dandelion

Kết quả phòng thí nghiệm cho thấy các tế bào perovskite đạt hiệu suất chuyển đổi điện khoảng 23,7% khi được thử nghiệm trong điều kiện ánh sáng yếu ổn định lý tưởng. Nhưng điều thực sự quan trọng đối với việc sử dụng hàng ngày là khả năng duy trì điện áp ổn định khi ánh sáng mặt trời thay đổi trong suốt cả ngày. Dandelion Lights giải quyết vấn đề này thông qua hệ thống quản lý năng lượng thông minh, ngăn đèn LED nhấp nháy khi mây trôi qua – một điều mà hầu hết các loại đèn năng lượng mặt trời giá rẻ không thể xử lý được. Chúng tôi cũng đã thu thập dữ liệu thực địa cho thấy kết quả khá ấn tượng: độ sáng duy trì ổn định khoảng 94% trong các mùa khác nhau. Hiệu suất giữa mùa hè và mùa đông chỉ chênh lệch khoảng 5%, một con số không hề tồi nếu xét đến sự biến động thời tiết. Về mặt thực tiễn, điều này có nghĩa là người dùng vẫn có ánh sáng đáng tin cậy ngay cả khi đi bộ dưới tán cây hoặc gặp sương mù buổi sáng, mà không cần phải điều chỉnh liên tục. Khả năng chuyển hóa những con số ấn tượng từ phòng thí nghiệm thành hiệu suất hoạt động ổn định đêm này sang đêm khác khiến những chiếc đèn này trở nên lý tưởng cho khu vườn và lối đi, nơi mọi người cần độ chiếu sáng tốt mà không phải lo lắng về bảo trì.

Sự Cộng Hưởng Thiết Kế: Cách Hình Học Bồ Công Anh Cải Thiện Việc Thu Thập Ánh Sáng Trong Điều Kiện Thiếu Sáng

góc thu ánh sáng 360° và cấu trúc bề mặt tự làm sạch tăng cường khả năng thu nhận bức xạ hiệu quả

Đèn năng lượng mặt trời được thiết kế theo hình dạng bồ công anh kết hợp trí tuệ từ thiên nhiên với công nghệ năng lượng mặt trời tiên tiến để thu thập tối đa mọi phần năng lượng có sẵn, ngay cả khi điều kiện không lý tưởng. Hình dáng tròn của chúng cho phép hấp thụ ánh sáng mặt trời đến từ bất kỳ hướng nào xung quanh, điều này rất quan trọng trong các khu vườn nơi cây cối che khuất ánh nắng trực tiếp phần lớn thời gian trong ngày. Một số nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng thiết kế hình cầu này thu được khoảng 37% ánh sáng phân tán nhiều hơn so với các tấm pin phẳng thông thường, nhờ đó hiệu suất hoạt động về đêm cũng tốt hơn. Một điểm thông minh khác là lớp phủ đặc biệt giúp giữ cho bề mặt luôn sạch bụi và nước. Nếu thiếu lớp bảo vệ này, các hệ thống lắp đặt ngoài vườn thường bị giảm hiệu suất từ 12 đến 18% mỗi tháng chỉ do sự tích tụ bụi bẩn. Toàn bộ hệ thống duy trì độ sạch mà không cần lau chùi, đồng thời hình dạng cong còn giúp giảm phản xạ lãng phí và hướng dẫn ánh sáng tản mát thẳng đến các tế bào quang điện bên dưới. Tất cả những tính năng này cho thấy đèn vẫn hoạt động đáng kinh ngạc ngay cả trong điều kiện bóng râm, độ ẩm hoặc ô nhiễm. Điều đó chứng tỏ rằng vẻ ngoài bắt mắt không nhất thiết phải đánh đổi với hiệu quả hoạt động thực tế – một định hướng cho các giải pháp năng lượng mặt trời của tương lai.

Các câu hỏi thường gặp

Tế bào năng lượng mặt trời hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu là gì?

Tế bào năng lượng mặt trời hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu được thiết kế để vận hành hiệu quả trong những điều kiện ánh sáng mặt trời tối thiểu hoặc gián tiếp, chẳng hạn như dưới tán cây, trong thời tiết nhiều mây hoặc ở các khu vực bị bóng râm.

Tại sao tế bào năng lượng mặt trời perovskite phù hợp hơn cho điều kiện ánh sáng yếu?

Tế bào năng lượng mặt trời perovskite có tính chất vùng cấm có thể điều chỉnh, cho phép chúng tạo ra điện tích một cách hiệu quả ngay cả trong ánh sáng phân tán hoặc gián tiếp, rất phù hợp với điều kiện ánh sáng yếu.

Chấm lượng tử hỗ trợ thu hoạch ánh sáng mặt trời như thế nào?

Chấm lượng tử có thể hấp thụ bước sóng hồng ngoại gần, vốn có khả năng xuyên qua lá cây, cho phép chúng thu nhận ánh sáng ngay cả trong bóng râm và chuyển đổi thành năng lượng sử dụng được.

Điều gì làm cho đèn vườn hình hoa bồ công anh trở nên hiệu quả?

Dáng tròn của đèn hình hoa bồ công anh cho phép góc thu ánh sáng 360° và giảm hiện tượng che khuất, từ đó tăng khả năng thu thập ánh sáng phân tán một cách hiệu quả.

Các tế bào năng lượng mặt trời này hoạt động ra sao trong môi trường thực tế?

Các nghiên cứu cho thấy các tế bào năng lượng mặt trời hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu được lắp đặt trong đèn bồ công anh có thể duy trì chiếu sáng về đêm lâu hơn 42% so với các đèn sử dụng tế bào silicon truyền thống, ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt như các nước Bắc Âu và vùng Tây Bắc Thái Bình Dương.

PCE là gì và tại sao nó quan trọng?

PCE là viết tắt của Hiệu suất Chuyển đổi Năng lượng (Power Conversion Efficiency), một thông số đo lường quan trọng phản ánh mức độ hiệu quả mà pin năng lượng mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, đặc biệt trong các điều kiện ánh sáng thay đổi.