Các nhà nghiên cứu tại MIT đã tìm ra phương pháp sử dụng các thiết bị quang nhiệt không dùng gương để thu ánh nắng mặt trời, làm cho hệ thống trở nên đơn giản và có giá thành rẻ hơn. Điểm mấu chốt là ngăn không cho nhiệt thất thoát khỏi vật liệu nhiệt điện nhờ có tinh thể photon, về cơ bản là một dãy các lỗ cực nhỏ cách đều nhau ở lớp trên cùng của vật liệu.
Hầu hết các công nghệ khai thác năng lượng mặt trời đều thu ánh nắng chuyển đổi thành điện bằng cách sử dụng các vật liệu quang điện. Các công nghệ khác sử dụng nhiệt năng từ mặt trời thường xuyên thu ánh nắng mặt trời bằng các tấm gương để sản sinh đủ nhiệt đun sôi nước và làm quay tua bin phát điện. Phương pháp thứ 3 ít phổ biến hơn là sử dụng nhiệt mặt trời cũng thu bằng các tấm gương để sản xuất điện trực tiếp nhờ thiết bị gọi là quang nhiệt bắt nguồn từ Viện Công nghệ Masachussett (MIT) Hoa Kỳ vào những năm 1950.
Hiện tại, các nhà nghiên cứu tại MIT đã tìm ra phương pháp sử dụng các thiết bị quang nhiệt không dùng gương để thu ánh nắng mặt trời, làm cho hệ thống trở nên đơn giản và có giá thành rẻ hơn. Điểm mấu chốt là ngăn không cho nhiệt thất thoát khỏi vật liệu nhiệt điện nhờ có tinh thể photon, về cơ bản là một dãy các lỗ cực nhỏ cách đều nhau ở lớp trên cùng của vật liệu.
Phương pháp này "bắt chước" hiệu ứng nhà kính của Trái đất: Bức xạ hồng ngoại từ mặt trời có thể đi vào con chíp qua các lỗ trên bề mặt, nhưng các tia phản chiếu bị chặn lại khi chúng cố gắng thoát ra. Hiện tượng cản trở này đã đạt được nhờ hình dạng được thiết kế chính xác cho phép các tia nằm trong phần nhỏ của các góc thoát ra, trong khi phần còn lại nằm trong vật liệu và làm nóng vật liệu.
Bermel giải thích nếu bạn để vật liệu hấp thụ nhiệt và ánh sáng, có màu đen thông thường vào trong ánh nắng mặt trời trực tiếp, thì nó không thể nóng hơn nhiều so với nước sôi vì vật liệu sẽ phát xạ lại nhiệt gần nhanh như nó hấp thụ. Tuy nhiên, để sản xuất điện có hiệu quả thì cần có nhiệt độ cao hơn nhiều. Bằng cách thu ánh nắng mặt trời nhờ gương cầu hoặc một dãy dài các gương phẳng, có thể đạt mức nhiệt cao hơn, nhưng lại cần có hệ thống lớn và phức tạp hơn.
Hệ thống mới được sản xuất đơn giản nhờ sử dụng công nghệ sản xuất chíp tiêu chuẩn. Trái lại, các gương được sử dụng cho hệ thống thu truyền thống cần có đặc tính quang học tốt, nhưng giá thành cao.
Bước tiếp theo, các nhà khoa học sẽ thử nghiệm nhiều vật liệu khác nhau có cấu hình này để tìm ra vật liệu sản xuất điện năng hiệu quả nhất. Nhờ có các hệ thống quang nhiệt mặt trời hiện có, hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng đã đạt 10%, nhưng cách tiếp cận chọn lọc góc này có thể nâng hiệu suất lên mức 35-36%.
Jason Fleischer, PGS về kỹ thuật điện tại Đại học Princeton không tham gia nghiên cứu cho rằng các hệ thống quang nhiệt sẽ hoạt động hiệu quả, ánh nắng mặt trời thông thường cần được thu lại và phát xạ nhiệt trở lại không gian cũng là một vấn đề. Ưu điểm của nghiên cứu mới là sử dụng vật liệu hấp thụ ánh nắng hiện có và tạo ra cấu trúc photon bên trong, do đó vật liệu phát xạ ánh nắng theo hướng và bước sóng tối ưu cho chuyển đổi quang điện. Điều này làm tăng hiệu suất vượt ra ngoài các dự báo trước đây dựa vào ánh nắng mặt trời không tập trung, cho phép thiết bị nhỏ sản xuất nhiều điện hơn so với thiết bị truyền thống có kích thước lớn hơn.
Hiện tại, các nhà nghiên cứu tại MIT đã tìm ra phương pháp sử dụng các thiết bị quang nhiệt không dùng gương để thu ánh nắng mặt trời, làm cho hệ thống trở nên đơn giản và có giá thành rẻ hơn. Điểm mấu chốt là ngăn không cho nhiệt thất thoát khỏi vật liệu nhiệt điện nhờ có tinh thể photon, về cơ bản là một dãy các lỗ cực nhỏ cách đều nhau ở lớp trên cùng của vật liệu.
Phương pháp này "bắt chước" hiệu ứng nhà kính của Trái đất: Bức xạ hồng ngoại từ mặt trời có thể đi vào con chíp qua các lỗ trên bề mặt, nhưng các tia phản chiếu bị chặn lại khi chúng cố gắng thoát ra. Hiện tượng cản trở này đã đạt được nhờ hình dạng được thiết kế chính xác cho phép các tia nằm trong phần nhỏ của các góc thoát ra, trong khi phần còn lại nằm trong vật liệu và làm nóng vật liệu.
Bermel giải thích nếu bạn để vật liệu hấp thụ nhiệt và ánh sáng, có màu đen thông thường vào trong ánh nắng mặt trời trực tiếp, thì nó không thể nóng hơn nhiều so với nước sôi vì vật liệu sẽ phát xạ lại nhiệt gần nhanh như nó hấp thụ. Tuy nhiên, để sản xuất điện có hiệu quả thì cần có nhiệt độ cao hơn nhiều. Bằng cách thu ánh nắng mặt trời nhờ gương cầu hoặc một dãy dài các gương phẳng, có thể đạt mức nhiệt cao hơn, nhưng lại cần có hệ thống lớn và phức tạp hơn.
Hệ thống mới được sản xuất đơn giản nhờ sử dụng công nghệ sản xuất chíp tiêu chuẩn. Trái lại, các gương được sử dụng cho hệ thống thu truyền thống cần có đặc tính quang học tốt, nhưng giá thành cao.
Bước tiếp theo, các nhà khoa học sẽ thử nghiệm nhiều vật liệu khác nhau có cấu hình này để tìm ra vật liệu sản xuất điện năng hiệu quả nhất. Nhờ có các hệ thống quang nhiệt mặt trời hiện có, hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng đã đạt 10%, nhưng cách tiếp cận chọn lọc góc này có thể nâng hiệu suất lên mức 35-36%.
Jason Fleischer, PGS về kỹ thuật điện tại Đại học Princeton không tham gia nghiên cứu cho rằng các hệ thống quang nhiệt sẽ hoạt động hiệu quả, ánh nắng mặt trời thông thường cần được thu lại và phát xạ nhiệt trở lại không gian cũng là một vấn đề. Ưu điểm của nghiên cứu mới là sử dụng vật liệu hấp thụ ánh nắng hiện có và tạo ra cấu trúc photon bên trong, do đó vật liệu phát xạ ánh nắng theo hướng và bước sóng tối ưu cho chuyển đổi quang điện. Điều này làm tăng hiệu suất vượt ra ngoài các dự báo trước đây dựa vào ánh nắng mặt trời không tập trung, cho phép thiết bị nhỏ sản xuất nhiều điện hơn so với thiết bị truyền thống có kích thước lớn hơn.
Theo Tổng cục Môi trường, 12/2011
