Các cửa sổ năng lượng mặt trời trong suốt của Ubiquitous Energy được lắp đặt tại Đại học Bang Michigan (Ảnh: Ubiquitous Energy).
Bất kỳ bề mặt nào cũng có thể trở thành tấm pin mặt trời
Ubiquitous Energy được thành lập vào năm 2011 bởi các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Bang Michigan (MSU), những người đã thiết kế ra một tấm pin mặt trời trong suốt bằng cách cho phép phổ quang ánh sáng nhìn thấy đi qua và chỉ hấp thụ ánh sáng tia cực tím và cận hồng ngoại để chuyển đổi thành điện năng.
Các tấm pin năng lượng mặt trời tiêu chuẩn thường có màu đen vì chúng hấp thụ toàn bộ quang phổ ánh sáng qua bề ngoài của chúng, việc lắp đặt pin năng lượng mặt trời thường bị giới hạn ở mái nhà, tường và các trang trại năng lượng mặt trời lớn ở nông thôn.
Tuy nhiên, lớp phủ mà Ubiquitous Energy mới phát minh ra, được gọi là UE Power, có khả năng biến bất kỳ bề mặt nào cũng có thể được trở thành bảng quang điện.
Công nghệ này được Ubiquitous Energy mô tả là lớp phủ thủy tinh quang điện trong suốt duy nhất giúp cho cửa sổ “không khác gì cửa sổ truyền thống”.
Ông Veeral Hardev, Phó Chủ tịch Chiến lược của Ubiquitous Energy cho biết: “Sứ mệnh của chúng tôi là biến tất cả những bề mặt hàng ngày xung quanh chúng ta thành những máy phát năng lượng tái tạo về cơ bản. Cửa sổ là nơi chúng tôi tập trung đầu tiên, nhưng xa hơn thế, hãy nghĩ về xe cộ, phương tiện giao thông nói chung, thiết bị điện tử gia dụng cầm tay,..., tất cả đều là những thứ có thể tiếp nhận ánh sáng mặt trời. Vậy, tại sao không cải thiện chúng để chúng thực sự có thể tự tạo ra năng lượng tái tạo mà không cần thay đổi diện mạo vốn có?"
Hardev cho biết mô hình của công ty chứng minh rằng với việc áp dụng rộng rãi công nghệ trong khoảng 30 năm trên các cửa sổ hiện nay, có thể bù đắp 10% lượng khí thải carbon toàn cầu.
Tất cả các thành phần hoàn toàn trong suốt
Cửa sổ năng lượng mặt trời hoạt động theo cách tương tự như bất kỳ bảng điều khiển năng lượng mặt trời nào khác. Nó chứa các vật liệu bán dẫn tạo ra điện tích khi phản ứng với ánh sáng mặt trời. Hệ thống dây điện ẩn trong các khung cửa sổ kết nối nó với hệ thống quản lý năng lượng của tòa nhà để chuyển nguồn điện đến nơi cần thiết trong tòa nhà hoặc để lưu trữ trong pin.
Đặc biệt, lớp phủ này hoàn toàn trong suốt đối với mắt người, bao gồm cả các hợp chất bán dẫn, ở dạng thuốc nhuộm hấp thụ ánh sáng. Lớp phủ dày khoảng một micromet, hoặc mỏng hơn tóc người khoảng 80 đến 100 lần, được làm bằng vật liệu nano, tương tự như vật liệu được sử dụng trong công nghệ màn hình.
Các lớp bán dẫn được lắng đọng trên kính bằng phương pháp lắng đọng hơi vật lý chân không (PVD) - một quy trình phủ tiêu chuẩn sử dụng trong ngành công nghiệp cửa sổ.
Ubiquitous Energy đang có kế hoạch cấp phép công nghệ của lớp phủ này cho các nhà sản xuất kính hiện tại để họ có thể kết hợp nó vào các sản phẩm của mình.
Tấm trong suốt chỉ hiệu quả bằng một nửa pin mặt trời thông thường
Ubiquitous Energy ước tính các cửa sổ sẽ cung cấp khoảng 30% nhu cầu điện của một tòa nhà, tùy thuộc vào các yếu tố như vị trí địa lý, độ cao và độ che phủ của cây cối, và hãy tưởng tượng chúng được sử dụng cùng với các tấm pin mặt trời trên mái nhà để giảm sự phụ thuộc vào lưới điện của các tòa nhà.
Bởi vì một số ánh sáng được phép đi qua, tấm pin mặt trời trong suốt chỉ mạnh bằng một nửa tấm pin mặt trời trên mái thông thường có cùng kích thước. Nhưng trong tương lai, doanh nghiệp sẽ nghiên cứu để bù đắp cho sự thiếu hụt này.
Ông Veeral Hardev cho biết: “Một vài năm trước, chúng tôi đã báo cáo hiệu suất cao nhất từ trước đến nay cho một thiết bị năng lượng mặt trời trong suốt, với hiệu suất gần 10%. Mặc dù ngày nay có những lựa chọn hiệu quả đến 20%, nhưng chúng tôi đang thực hiện việc đánh đổi bởi loại vật liệu mới này có thể đặt ở những nơi không thể đặt các tấm pin mặt trời truyền thống”.
Về mặt lý thuyết, các thành phố có thể sản xuất một lượng đáng kể điện mặt trời tại địa phương mà không cần thay đổi diện mạo, giảm nhu cầu về đất cho các nhà máy điện mặt trời lớn.
Nhà máy đầu tiên mở cửa vào năm 2024
Ông Hardev nhấn mạnh việc ứng dụng theo những cách khác nhau, lớp phủ có thể được sử dụng để sản xuất điện thoại di động không cần sạc lại, ô tô tiết kiệm năng lượng hơn và nhà kính tự cung cấp năng lượng.
Hardev cho biết: “Đầu tiên chúng tôi bắt đầu với cửa sổ vì chúng tôi nghĩ rằng đó là khu vực sẽ có tác động tổng thể lớn nhất bởi gần 40% tổng lượng khí thải CO2 toàn cầu liên quan đến năng lượng đến từ các tòa nhà”.
Ubiquitous Energy đã hoàn thành một số dự án trình diễn tại Đại học Bang Michigan và tại cộng đồng căn hộ Boulder Commons ở Colorado. Theo kế hoạch, công ty sẽ mở các nhà máy đầu tiên sản xuất cửa sổ năng lượng mặt trời từ trần đến sàn vào năm 2024. Họ cũng hy vọng sẽ phát triển các mối quan hệ đối tác của mình với các công ty cửa sổ như Asahi, Pilkington và Andersen.