Trung Quốc tạo điện mặt trời ở độ sâu 10 mét dưới biển

Các nhà khoa học Trung Quốc thử nghiệm thành công pin mặt trời ở độ sâu 10 m gần quần đảo Vi Châu, ngoài khơi phía nam nước này. Trong hai giờ hoạt động dưới biển, hệ thống vẫn thu ánh sáng và chuyển thành điện, vượt xa độ sâu khoảng 2 m hoặc thấp hơn trong các nghiên cứu trước đây.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí khoa học Joule, cho thấy công nghệ này trong tương lai có thể cung cấp năng lượng cho cảm biến, camera và thiết bị liên lạc dưới đại dương, giúp chúng hoạt động lâu hơn mà không phải phụ thuộc hoàn toàn vào pin lưu trữ.

Khó khăn lớn nhất khi sản xuất điện mặt trời dưới nước là cường độ ánh sáng giảm rất nhanh theo độ sâu. Ở mức 10 m, phần lớn ánh sáng Mặt Trời bị nước hấp thụ hoặc tán xạ.

Tuy nhiên, ánh sáng xanh lam và xanh lục có thể xuyên qua nước biển sâu hơn những bước sóng khác. Ở độ sâu 10 m, lượng ánh sáng này vẫn đủ để các tế bào quang điện tạo ra điện.

Để tận dụng chúng, nhóm nghiên cứu sử dụng vật liệu perovskite thay thế cho silicon thường dùng trong pin mặt trời. Một trong những ưu điểm của perovskite là có thể điều chỉnh để hấp thụ hiệu quả những bước sóng ánh sáng khác nhau. Nhờ đó, nhóm thiết kế tế bào quang điện tập trung khai thác phần ánh sáng xanh lam và xanh lục còn lại dưới nước.

Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học mô phỏng điều kiện ánh sáng ở độ sâu 10 m và nhận thấy tế bào perovskite có thể chuyển khoảng 35% lượng ánh sáng chiếu tới chúng thành điện.

Sau đó, nhóm mang những tấm pin lớn hơn ra thử nghiệm thực tế trên biển. Hệ thống có diện tích 115 cm² tạo ra 1.416 milliwatt-giờ điện trong hai giờ ở độ sâu 2 m, tương đương khoảng một nửa dung lượng của một viên pin AA sạc lại.

Khi hạ xuống độ sâu 10 mét, lượng điện giảm còn 324 milliwatt-giờ trong hai giờ. Đây là lượng điện khá nhỏ, nhưng vẫn cao hơn nhiều so với dự đoán của nhóm nghiên cứu, cho thấy pin mặt trời có thể hoạt động ở độ sâu trước đây được xem là không thực tế.

Độ bền của thiết bị cũng là một yếu tố quan trọng nếu muốn sử dụng lâu dài dưới biển. Sau 1.160 giờ thử nghiệm trong môi trường mô phỏng điều kiện dưới nước, các tấm pin gần như không suy giảm hiệu suất. Từ kết quả này, nhóm ước tính chúng có thể hoạt động liên tục khoảng 5,5 năm ở độ sâu 10 m.

Tiềm năng lớn nhất của công nghệ này nằm ở những thiết bị phải hoạt động lâu ngày dưới đại dương. Hiện nay, cảm biến, camera và thiết bị liên lạc có thể được đặt ở những khu vực rất xa nguồn điện, nhưng chủ yếu dựa vào pin. Khi pin cạn, con người phải thu hồi thiết bị để thay hoặc sạc lại.

Pin mặt trời dưới nước có thể cung cấp nguồn năng lượng tại chỗ, giúp kéo dài thời gian vận hành của những thiết bị này. Dù lượng điện tạo ra không lớn, các cảm biến và thiết bị giám sát tiêu thụ ít năng lượng có thể phù hợp với cách cung cấp điện như vậy.

Nghiên cứu cũng nối dài xu hướng đưa điện mặt trời tới những nơi khó tiếp cận nguồn điện truyền thống. Đầu năm nay, các nhà nghiên cứu Hà Lan giới thiệu xe cứu thương chạy bằng năng lượng mặt trời tại vùng nông thôn Kenya, nơi nhiều cộng đồng thiếu điện và nhiên liệu ổn định.

Tại quần đảo Svalbard của Na Uy, điện mặt trời được sử dụng tại một trạm vô tuyến cũ chỉ có thể tiếp cận bằng tàu hoặc trực thăng, giúp giảm phụ thuộc vào máy phát diesel. Ở Thụy Sĩ, các tấm pin còn được lắp giữa đường ray tàu hỏa để tạo điện mà không cần sử dụng thêm đất.