NREL đã phát triển một mô hình năng lượng tòa nhà cao tầng siêu âm để so sánh với các công nghệ lắp kính xây dựng thế hệ tiếp theo. Sau khi kết thúc thử nghiệm tại 8 khu vực ở Mỹ , NREL phát hiện thấy các công nghệ kính PV màng mỏng, trong suốt và năng động dựa trên perovskite (Perovskite-based thin-film PV, transparent PV, and dynamic PV glazing technologies) có thể dễ dàng tích hợp vào các cửa sổ lắp kính hai lớp hoặc ba lớp hiện có để giảm đáng kể việc sử dụng năng lượng cho tòa nhà và giảm lượng khí thải carbon.
|
Công nghệ kính PV màng mỏng, trong suốt và năng động dựa trên perovskite giúp cắt giảm 40% năng lượng sử dụng trong các tòa nhà bằng kính. Nguồn: NREL.
|
Trong nghiên cứu, NREL đã tạo ra các loại kính bằng ba loại công nghệ cửa sổ quang điện: một loại không chọn lọc bước sóng công nghệ sử dụng màng mỏng perovskite; công nghệ chọn lọc bước sóng, hay còn gọi là PV trong suốt; công nghệ PV năng động, đây là một cải tiến mới nhất kết hợp công nghệ kính năng động với chuyển đổi năng lượng PV.
Theo nghiên cứu chi tiết, NREL đã chuyển đổi mô phỏng đơn vị kính nano sang mô phỏng năng lượng tòa nhà quy mô lớn bằng cách sử dụng các công cụ mô phỏng năng lượng tòa nhà dạng vật lý EnergyPlus và OpenStudio. Đồng thời, NREL còn sử dụng đầu vào dữ liệu thời tiết từ cơ sở dữ liệu Meteorological Year (Năm khí tượng) tiêu biểu để mô phỏng lịch sử tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà khi sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng trong khoảng thời gian 15 phút trong một năm. Kết quả, kính quang điện (PV) có mức chuyển đổi thấp 6% giúp giảm mức sử dụng năng lượng hơn 30%.
Lance Wheeler, thành viên nhóm nghiên cứu của NREL cho biết, phương án nói trên không chỉ tăng hiệu quả chuyển đổi điện năng mà còn làm giảm năng lượng sử dụng. Với hiệu suất đạt 12,5%, các công nghệ PV trong suốt và màng mỏng perovskite giúp giảm mức sử dụng năng lượng tới 42% khi được tích hợp vào các cửa sổ kính hai lớp hoặc ba lớp hiện có.
|
Cửa sổ quang điện PV giúp giảm năng lượng sử dụng. Nguồn:Rmi.org
|
Theo nhóm đề tài, các tòa nhà lắp kính cao tầng cần nhiều năng lượng hơn để giữ cho bên trong mát mẻ do nhiều ánh sáng mặt trời chiếu qua cửa sổ, nhưng với cửa sổ PV có hiệu quả nhiệt, sử dụng năng lượng hấp thụ để sản xuất điện nên kính năng động PV có thể tiết kiệm gần 50% năng lượng và “có tiềm năng tiết kiệm cao nhất trong số các công nghệ PV hiện có”. Tuy nhiên, NREL cũng lưu ý, công nghệ này mới chỉ đạt được hiệu quả 11% trong môi trường phòng thí nghiệm, nên cần thêm nhiều nghiên cứu tại thực địa để đạt được tiềm năng đầy đủ.
Kết quả cũng cho thấy kính quang điện năng động tạo ra nhiều điện hơn trong những tháng nóng hơn, trên 1.200 gigajoules (GJ) phát điện vào tháng 6 và tháng 9, nhưng dưới 200 GJ từ tháng 12 đến tháng 1 hàng năm. “Ngược lại, quang điện chọn lọc bước sóng tĩnh (Static wavelength-selective PV) chỉ tạo ra hơn 500 GJ mỗi tháng mặc dù liên tục nhưng không bao giờ vượt quá 1.000 GJ trong bất kỳ tháng nào trong năm.
Cửa sổ quang điện với kính năng động PV có thể cắt giảm 40% mức sử dụng năng lượng và lượng khí thải CO2 trong các tòa nhà bằng kính cao cấp”, báo cáo của NREL nhấn mạnh khi công bố trên tạp chí One Earth của Mỹ số ra cuối tháng 11/2022.