Không chỉ mang lại một nguồn năng lượng sạch, phong phú, mặt trời còn mang lại nhiều tiềm năng khác, chẳng hạn như các nghiên cứu dùng năng lượng mặt trời để chia tách nước hay sản xuất nước sạch. Vậy tại sao không kết hợp cả 2 quy trình vào một hệ thống duy nhất? Đây chính là điều mà IBM cũng các đối tác hy vọng thực hiện với một hệ thống có tên High Concentration Photovoltaic Thermal (HCPVT) dựa trên công nghệ làm mát của các siêu máy tính để nâng cao hiệu suất chuyển hóa năng lượng đồng thời tạo ra nước tinh khiết.
Nguyên mẫu hiện tại của hệ thống bao gồm một đĩa parabol lớn được chế tạo từ nhiều chiếc kính và kết nối với một hệ thống theo dõi mặt trời. Phần lớn ánh sáng khi đập vào đĩa parabol sẽ bị phản chiếu và hội tụ lên hàng trăm con chip quang điện. Tất cả chip đều được lắp trên các bộ thu nhận làm mát bằng kênh vi lỏng. Mỗi con chip có kích thước chỉ 1 x 1 cm và có thể tạo ra trung bình từ 200 đến 250 W điện mỗi 8 giờ trong một ngày nắng với hiệu suất chuyển đổi khoảng 30%.
Tới đây thì hệ thống của IBM không khác biệt nhiều so với các hệ thống năng lượng mặt trời tập trung hiện có về công suất đầu ra cũng như thiết kế. Tuy nhiên, điều đặc biệt lại nằm ở hệ thống làm mát được IBM "thửa" từ công nghệ giải nhiệt do chính hãng phát triển cho các siêu máy tính như Aquasar và SuperMUC để sử dụng với các tấm quang điện, qua đó, tạo ra một hệ thống liên tục bơm nước lên các kênh làm mát nằm cách mỗi con chip chỉ vài µm thông qua nhiều lớp cấu trúc micro.
IBM cho biết phương pháp trên hiệu quả hơn gấp 10 lần so với phương pháp tản nhiệt bằng khí và duy trì nhiệt độ ổn định trên các chip để ngăn tình trạng nóng chảy. Hệ thống tản nhiệt sẽ cho phép các chip hoạt động bình thường ở cường độ ánh sáng gấp 2000 lần và thậm chí là 5000 lần theo giới hạn nhiệt độ an toàn.
Trong các siêu máy tính của IBM, nhiệt được hấp thụ bởi chất lỏng làm mát và chính lượng nhiệt này cũng được sử dụng để sưởi ấm cho tòa nhà nơi lắp đặt máy tính. Tuy nhiên, hệ thống HCPVT lại được phát triển theo một ý tưởng khác. Tức là, dòng nước nóng thải ra sau quá trình làm mát sẽ được dẫn đến một hệ thống khử muối. Tại đây, nước được cho bay hơi và lọc muối tạo thành nước sạch. Các nhà nghiên cứu ước lượng hệ thống có thể sản xuất 30 - 40 lít nước sạch trên mỗi mét vuông diện tích hấp thụ trong một ngày. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng thử dẫn dòng nước nóng đến một máy làm lạnh hấp thụ để tạo ra không khí điều hòa cho một khu vực gần đó.
Bằng cách kết hợp các đơn vị thu hoạch điện và nhiệt vào một hệ thống duy nhất, nhóm nghiên cứu dự đoán HCPVT có thể chuyển đổi đến 80% năng lượng mặt trời thu được thành dạng hữu ích.
Một lợi thế khác của hệ thống HCPVT là giá thành chế tạo thấp hơn so với các hệ thống năng lượng mặt trời thông thường nhưng vẫn mang lại hiệu suất cao. Phần lớn hệ thống được chế tạo từ bê tông hạng nhẹ và các lá kim loại thay vì các vật liệu đắt tiền như kính và thép, chỉ để lại một phần nhỏ là các thành phần công nghệ cao được chế tạo tại Thụy Sĩ. Nhờ đó làm giảm chi phí lắp đặt và bảo trì, đồng thời tạo cơ hội mở rộng sử dụng tại nhiều khu vực.
Nhóm nghiên cứu cho biết thiết kế cho hệ thống HCPVT chỉ tốn chưa đến 250 USD cho mỗi mét vuông diện tích hấp thụ và tạo ra năng lượng ở mức giá 0,10 USD/kWh. Theo IBM, mức phí này khiến hệ thống có thể so sánh ngang bằng hoặc thấp hơn với phí năng lượng của các nhà máy điện dùng chạy than.
Mô hình của một hệ thống HCPVT cớ lớn.
Hiện tại, nguyên mẫu hệ thống HCPVT đang được thử nghiệm tại một phòng thí nghiệm của IBM ở Zūrich. Các nguyên mẫu tiếp theo cũng đã được lên kế hoạch chế tạo và lắp đặt ở thị trấn Biasca và thành phố Rüschlikon, Thụy Sĩ. Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ có thể bắt đầu xây dựng các phiên bản lớn hơn của hệ thống tại những khu vực xa xôi hẻo lánh nhưng trước tiên, họ cần phải đảm bảo các hạ tầng cần thiết.
Các nhà khoa học tại IBM Research, công ty năng lượng Airlight Energy, viện công nghệ liên bang Thụy Sĩ tại Zurich (ETH Zürich), và đại học khoa học công nghệ ứng dụng Buchs NTB đã bắt đầu hợp tác thực hiện dự án sau khi nhận được khoảng tài trợ 3 năm trị giá 2,4 triệu USD từ Ủy ban công nghệ và sáng kiến của Thụy Sĩ.
Nhà khoa học Bruno Michel sẽ giải thích thêm về hệ thống HPVCT trong video dưới đây:
Quảng cáo
