Liệu một ngày những thiết bị quanh chúng ta sẽ không còn cần thay pin?

Hãy thử nhìn quanh căn phòng. Remote. Cảm biến nhiệt độ. Cảm biến cửa. Đồng hồ. Electronic label. Thiết bị IoT. Beacon. Các bộ điều khiển nhỏ.

Rất nhiều thiết bị trong số đó có một điểm chung: chúng cần rất ít điện.

Nhưng vì cần điện, chúng ta vẫn phải: sản xuất battery → lắp battery → sử dụng → hết battery → thay battery → xử lý battery cũ.

Vậy nếu có một số thiết bị không cần chúng ta thay pin nữa thì sao?

Không phải vì chúng không sử dụng năng lượng. Mà bởi chúng có thể tự thu một phần năng lượng cần thiết từ môi trường xung quanh.

Chiếc calculator đã làm điều đó từ rất lâu

Quay lại chiếc máy tính bỏ túi trong bài đầu tiên của mini-series này.

Nó không phải một thiết bị viễn tưởng. Nó đã tồn tại hàng chục năm.

Photovoltaic cell nhỏ phía trên màn hình thu ánh sáng và tạo ra lượng điện đủ để hỗ trợ vận hành một thiết bị có mức tiêu thụ cực thấp.

Điều thú vị là:

calculator không chiến thắng bài toán năng lượng bằng cách tạo ra thật nhiều điện. Nó chiến thắng bằng cách cần rất ít điện.

Đây là một khác biệt cực kỳ quan trọng.

Chúng ta thường nhìn vấn đề năng lượng từ phía nguồn

Muốn chạy nhiều tải hơn? Tạo nhiều điện hơn. Muốn solar mạnh hơn? Tăng công suất panel. Muốn backup lâu hơn? Tăng battery.

Logic đó hoàn toàn đúng. Nhưng có một hướng khác:

Giảm nhu cầu năng lượng của thiết bị xuống thấp đến mức năng lượng sẵn có trong môi trường trở nên đáng kể.

Đây là nơi ultra-low-power electronics gặp energy harvesting. Và cuộc chơi bắt đầu thay đổi.

Energy Harvesting là gì?

Có thể hiểu rất đơn giản:

Thu nhận những lượng năng lượng nhỏ vốn tồn tại trong môi trường xung quanh và biến chúng thành năng lượng hữu ích cho thiết bị.

Ánh sáng là một nguồn. Nhưng không phải nguồn duy nhất. Energy harvesting còn có thể nghiên cứu khai thác:

• nhiệt;
• rung động;
• chuyển động;
• sóng vô tuyến;
• những chênh lệch năng lượng khác trong môi trường.

Trong phạm vi photovoltaic, nguồn gần gũi nhất chính là ánh sáng. Không chỉ ánh nắng ngoài trời, mà cả ambient light — ánh sáng môi trường.

Indoor PV không cố cạnh tranh với rooftop solar

Đây là điểm rất dễ hiểu nhầm.

Một indoor photovoltaic cell không được sinh ra để thay thế hệ rooftop solar 10kWp. Hai thứ đang giải quyết hai bài toán hoàn toàn khác nhau.

Rooftop solar hỏi:

Làm sao tạo ra hàng nghìn kWh điện hữu ích cho ngôi nhà hoặc doanh nghiệp?

Indoor PV có thể hỏi:

Liệu ánh sáng vốn đã tồn tại trong căn phòng có đủ nuôi một sensor cực nhỏ hay không?

Một bên nói bằng kW — kWh — MWh. Bên kia đôi khi sống trong thế giới mW — µW.

Nhưng điều đó không khiến thế giới thứ hai kém thú vị hơn. Ngược lại.

Hãy tưởng tượng một tòa nhà có hàng nghìn sensor

Một smart building trong tương lai có thể chứa số lượng cảm biến rất lớn: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, occupancy, cửa, chất lượng không khí, thiết bị, asset tracking…

Một sensor sử dụng battery nghe chẳng có gì đáng kể. Nhưng 1 sensor × 10.000 sensor × hàng nghìn tòa nhà lại là một bài toán hoàn toàn khác.

Ai thay pin? Bao lâu thay một lần? Chi phí nhân công? Downtime? Battery cũ đi đâu?

Đó là lúc việc giảm hoặc loại bỏ nhu cầu thay battery có thể mang ý nghĩa kinh tế vượt xa giá trị của chính viên pin.

Một thiết bị “không cần thay pin” không nhất thiết là thiết bị “không có pin”

Đây là một phân biệt thú vị.

Energy harvesting không có nghĩa lúc nào cũng là PV → thiết bị chạy trực tiếp.

Năng lượng môi trường có thể thay đổi. Ánh sáng có lúc mạnh. Có lúc yếu. Có lúc biến mất.

Vì vậy một architecture hợp lý có thể là:

Ambient Light → Indoor PV → Power Management → Small Energy Storage → Ultra-Low-Power Device

Storage vẫn có thể tồn tại. Nhưng vai trò của nó thay đổi.

Thay vì là nguồn năng lượng mà con người phải định kỳ thay thế, nó có thể trở thành buffer được môi trường liên tục bổ sung năng lượng.

Đây là một sự thay đổi rất đẹp về tư duy.

Và bỗng nhiên chúng ta thấy BESS ở một scale cực kỳ khác

Một C&I BESS có thể lưu trữ 261kWh. Một utility-scale battery có thể lưu trữ hàng trăm MWh. Một thiết bị IoT có thể chỉ cần một storage cực nhỏ.

Chúng hoàn toàn không phải cùng một loại sản phẩm. Nhưng về mặt hệ thống lại có một ý tưởng rất quen:

Nguồn năng lượng và thời điểm sử dụng năng lượng không phải lúc nào cũng trùng nhau.

Vì vậy: thu năng lượng → lưu trữ → sử dụng khi cần.

Ở nhà máy, chúng ta gọi đó là một hệ thống BESS — nếu bạn còn phân vân giữa các tên gọi, xem Pin lưu trữ, Battery, ESS, BESS thật ra có phải là một?

Ở một sensor bé xíu, architecture có thể nhỏ đến mức gần như chẳng ai để ý. Nhưng tư duy hệ thống phía sau lại có nét tương đồng rất thú vị.

Từ mái nhà xuống chiếc bàn làm việc

Trong nhiều năm, ngành solar khiến chúng ta quen nhìn lên trên. Mái nhà. Solar farm. Những cánh đồng panel.

Và điều đó hoàn toàn hợp lý, bởi mặt trời là nguồn năng lượng khổng lồ.

Nhưng khi electronics ngày càng tiết kiệm điện hơn, photovoltaic có thể đồng thời đi theo một hướng ngược lại: nhỏ hơn.

Từ hàng MW → kW → W → mW → thậm chí µW trong những ứng dụng đặc biệt.

Đến một thời điểm nào đó, câu hỏi không còn là “Làm sao tạo thật nhiều điện?” mà có thể trở thành:

“Thiết bị này có cần nhiều điện đến vậy không?”

Đây có thể là một mặt khác của sự dân chủ hóa năng lượng

Khi MPower nói về Tiny Solar, chúng ta thường nghĩ tới việc làm cho solar nhỏ hơn, rẻ hơn và dễ tiếp cận hơn đối với từng gia đình — như trong bài Điều gì sẽ xảy ra nếu 1 triệu gia đình Việt Nam cùng sở hữu Tiny Solar?

Nhưng có lẽ còn một chiều khác.

Không chỉ nhiều người hơn có khả năng tự tạo ra năng lượng. Mà còn ngày càng nhiều vật thể xung quanh chúng ta có khả năng tự thu nhận một phần năng lượng mà chúng cần.

Đó là một viễn cảnh rất khác.

Một thế giới mà năng lượng không chỉ được sản xuất tại nhà máy điện → truyền tải → phân phối → thiết bị. Mà ở một số scale rất nhỏ:

năng lượng có thể được thu nhận ngay tại nơi nó được sử dụng.

Và chiếc calculator cũ kỹ bỗng trở nên rất hiện đại

Thật thú vị.

Chúng ta bắt đầu mini-series này bằng một thiết bị có vẻ thuộc về quá khứ. Một chiếc máy tính bỏ túi. Một màn hình LCD đơn giản. Một miếng photovoltaic nhỏ xíu.

Nhưng sau ba bài, chính chiếc calculator ấy lại dẫn chúng ta tới: Indoor Photovoltaics. Ultra-Low-Power Electronics. Energy Harvesting. IoT. Smart Buildings. Distributed Energy.

Và cuối cùng là một cách nhìn rộng hơn về ngành solar.

Solar có lẽ chưa bao giờ chỉ là những tấm panel trên mái nhà

Ở scale lớn: ánh sáng → điện → inverter → grid.

Ở Tiny Solar: ánh sáng → điện → ngôi nhà.

Có storage: ánh sáng → điện → lưu trữ → sử dụng sau.

Ở scale cực nhỏ: ambient light → energy harvesting → sensor.

Các thiết bị khác nhau. Công suất khác nhau. Kiến trúc khác nhau. Thị trường khác nhau. Nhưng sâu phía dưới vẫn là một ý tưởng rất đẹp:

Chúng ta đang học cách thu nhận năng lượng vốn đã tồn tại xung quanh mình.

Có khi nó đủ để cấp điện cho một nhà máy. Có khi chỉ đủ để thực hiện một phép tính.

Và đôi khi… đủ chính là tất cả những gì chúng ta cần.

Bài tiếp theo

Ở bài tiếp theo, MPower sẽ quay trở lại một thiết bị gần gũi hơn rất nhiều với cuộc sống hiện đại: Một tấm Solar nhỏ đến mức nào thì mới thực sự đủ để sạc một chiếc điện thoại? Và rồi đến Portable Solar → Solar Charger → Personal Solar → Tiny Solar.

Bài 3 trong mini-series 3 phần của MPower về photovoltaic và scale năng lượng.
Bài 1 — Solar có thật sự cần ánh nắng mặt trời?
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 đọc)

Còn bài toán năng lượng của bạn thì sao?
Dù ở scale nào, câu hỏi đầu tiên vẫn giống nhau: tải của bạn cần bao nhiêu, và vào lúc nào.
Xem danh mục thiết bị của MPower, thử
công cụ ước tính chi phí hệ gia đình, hoặc gọi
0934.678.160 (Zalo cùng số) để được tư vấn theo số liệu thật.