Solar có thật sự cần ánh nắng mặt trời?

Có một thiết bị dùng năng lượng mặt trời mà rất nhiều người trong chúng ta đã từng sở hữu. Nó không nằm trên mái nhà, không có inverter, không có battery hàng kWh — và phần lớn cuộc đời của nó còn chẳng được đem ra ngoài trời.

Đó là chiếc máy tính bỏ túi.

Nhìn phía trên màn hình của nhiều chiếc calculator đời cũ, chúng ta sẽ thấy một dải màu nâu sẫm chia thành vài ô nhỏ. Đó là những photovoltaic cells — tế bào quang điện.

Điều thú vị là chiếc máy tính vẫn hoạt động khi chúng ta ngồi trong phòng. Dưới ánh đèn. Không có ánh nắng trực tiếp.

Vậy tại sao chúng ta vẫn gọi nó là solar cell?

Và câu hỏi thú vị hơn:

Solar có thật sự cần ánh nắng mặt trời hay không?

Có lẽ chúng ta nên bắt đầu từ chữ “Photovoltaic”

Trong đời sống, chúng ta thường gọi: Solar Panel. Solar Cell. Điện mặt trời.

Cách gọi ấy hoàn toàn dễ hiểu, bởi mặt trời là nguồn ánh sáng khổng lồ mà các hệ thống PV ngoài trời khai thác.

Nhưng tên của hiện tượng vật lý phía sau lại cho chúng ta một cách nhìn rộng hơn: Photovoltaic.

“Photo” liên quan tới ánh sáng. “Voltaic” liên quan tới điện.

Nói đơn giản:

Photovoltaic là quá trình biến năng lượng ánh sáng thành điện năng.

Điều quan trọng nằm ở chữ ánh sáng. Không nhất thiết phải là một tia nắng đang chiếu trực tiếp xuống tấm panel. Nếu muốn xem lại nguyên lý này ở mức nền tảng, MPower đã viết riêng một bài: Năng lượng mặt trời cơ bản — biến ánh sáng thành điện sạch.

Vậy ánh đèn cũng có thể tạo ra điện?

Có.

Ánh sáng từ đèn LED hay các nguồn sáng nhân tạo vẫn mang năng lượng dưới dạng photon. Nếu photon có năng lượng phù hợp tương tác với vật liệu quang điện, photovoltaic cell có thể tạo ra điện.

Vấn đề không phải là có tạo được điện hay không.

Mà là:

Tạo được bao nhiêu?

Và đây chính là lý do chiếc calculator nhỏ bé kia trở nên thú vị.

Calculator không cần nhiều điện

Một chiếc máy tính bỏ túi đơn giản có mức tiêu thụ điện rất thấp. Nó không phải chạy màn hình OLED độ sáng cao, CPU smartphone, Wi-Fi, Bluetooth, GPS, camera, loa hay 5G.

Nó chỉ cần thực hiện một số phép tính và điều khiển một màn hình LCD tiêu thụ rất ít năng lượng.

Vì tải nhỏ đến như vậy, một photovoltaic cell có diện tích chỉ vài centimet vuông cũng có thể tạo ra lượng điện hữu ích dưới ánh sáng thích hợp.

Nếu dùng chính miếng cell ấy để sạc smartphone? Câu chuyện sẽ khác hoàn toàn.

Không phải vì nguyên lý photovoltaic ngừng hoạt động. Mà vì nhu cầu năng lượng đã thay đổi vài bậc.

Một chiếc calculator và một nhà máy có điều gì giống nhau?

Hãy thử đặt cạnh nhau hai hình ảnh tưởng như chẳng liên quan.

Ở một phía: một dải photovoltaic cell vài centimet trên chiếc máy tính.

Ở phía còn lại: hàng nghìn solar panel phủ kín mái một nhà máy.

Một cái tạo ra lượng điện cực nhỏ. Một cái có thể đạt công suất hàng trăm kWp hoặc nhiều MWp.

Nhưng sâu phía dưới chúng lại tồn tại cùng một ý tưởng:

LIGHT → ELECTRICITY

Khác biệt lớn nằm ở scale. Thiết bị cần bao nhiêu năng lượng? Nguồn sáng mạnh đến đâu? Diện tích thu nhận ánh sáng bao nhiêu? Cell được tối ưu cho điều kiện nào? Và hệ thống phía sau sẽ sử dụng lượng điện ấy như thế nào?

Solar Panel ngoài trời có một lợi thế khổng lồ

Mặt trời cung cấp mật độ năng lượng rất cao so với ánh sáng thông thường trong phòng.

Trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn của module PV, mức bức xạ thường được lấy ở 1.000 W/m².

Bởi vậy khi chúng ta muốn tạo ra hàng trăm watt từ một module có diện tích vài mét vuông, mặt trời là một nguồn năng lượng cực kỳ phù hợp.

Đó cũng là lý do ngành photovoltaic phát triển mạnh nhất dưới cái tên Solar Energy.

Nhưng đừng để cái tên đó làm chúng ta vô tình giới hạn cách nhìn. Photovoltaic không chỉ tồn tại trên mái nhà.

Có cả một thế giới gọi là Indoor Photovoltaics

Khi nguồn sáng thay đổi, bài toán kỹ thuật cũng thay đổi.

Ngoài trời, chúng ta muốn thu thật nhiều năng lượng từ mặt trời.

Trong nhà, bài toán có thể trở thành thu một lượng năng lượng rất nhỏ từ ánh sáng môi trường để nuôi một thiết bị cực kỳ tiết kiệm điện.

Đó là một hướng phát triển rất thú vị của Indoor Photovoltaics — quang điện trong nhà.

Các công nghệ PV dành cho môi trường ánh sáng yếu có thể được tối ưu khác với những module silicon đặt ngoài trời, đặc biệt về khả năng đáp ứng phổ ánh sáng và điều kiện chiếu sáng trong nhà.

Và mục tiêu của chúng cũng khác. Không phải chạy máy lạnh. Không phải nấu cơm. Không phải cấp điện cho cả ngôi nhà.

Mà có thể chỉ là: sensor. Electronic label. Remote control. IoT device. Beacon. Hay một thiết bị đo đạc cực nhỏ nào đó.

Từ Solar Energy đến Energy Harvesting

Đến đây, một khái niệm khác bắt đầu xuất hiện: Energy Harvesting — thu nhận năng lượng từ môi trường.

Thay vì nghĩ:

thiết bị → battery → hết battery → thay battery

chúng ta có thể nghĩ:

ánh sáng môi trường → thu nhận năng lượng → lưu trữ một lượng nhỏ → nuôi thiết bị

Đôi khi lượng điện thu được rất nhỏ. Nhưng nếu thiết bị cũng chỉ cần một lượng điện rất nhỏ thì nhỏ có thể đã là đủ.

Và chiếc calculator từ hàng chục năm trước gần như là một minh họa hoàn hảo cho tư duy ấy.

Có lẽ câu hỏi đúng không phải là “Solar có đủ mạnh không?”

Mà là:

Tải của chúng ta cần bao nhiêu năng lượng?

Đây cũng là một câu hỏi MPower ngày càng thấy thú vị khi nhìn vào các hệ thống năng lượng.

Một calculator cần cực ít. Một sensor cần cực ít. Một smartphone cần nhiều hơn. Một Tiny Solar cho gia đình lại ở một scale khác. Một rooftop solar nhà máy lại khác nữa.

Không nhất thiết có một hệ thống tốt nhất cho tất cả. Chỉ có:

một hệ thống phù hợp với bài toán năng lượng mà chúng ta đang cần giải quyết.

Và từ một miếng photovoltaic nhỏ xíu trên chiếc máy tính bỏ túi, chúng ta có thể nhìn thấy cả một thế giới lớn hơn rất nhiều.

Bài tiếp theo trong mini-series

Ở bài tiếp theo, MPower sẽ đặt chiếc calculator nhỏ bé ấy cạnh một tấm Solar Panel công suất hàng trăm watt và hỏi một câu thú vị: Từ chiếc máy tính bỏ túi đến Solar Panel 600W: chúng thực sự khác nhau ở đâu?

Bài 1 trong mini-series 3 phần của MPower về photovoltaic và scale năng lượng.
Bài 1 — Solar có thật sự cần ánh nắng mặt trời? (bạn đang đọc)
Bài 2 — Từ chiếc máy tính bỏ túi đến Solar Panel 600W
Bài 3 — Liệu một ngày những thiết bị quanh chúng ta sẽ không còn cần thay pin?

Bạn đang tính bài toán năng lượng nào?
Nếu câu hỏi của bạn là “hệ bao nhiêu thì đủ cho nhà mình”, hãy bắt đầu từ tải chứ đừng bắt đầu từ tấm pin.
Thử công cụ ước tính chi phí hệ gia đình của MPower, hoặc gọi
0934.678.160 — cũng là số Zalo — để được tính giúp theo hoá đơn điện thật của bạn.