Tấm pin năng lượng mặt trời có hoạt động vào ban đêm không?
Đây là câu hỏi được rất nhiều người quan tâm khi tìm hiểu về điện mặt trời. Câu trả lời là gần như không.
Tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra điện nhờ hiệu ứng quang điện, trong đó các photon từ ánh sáng Mặt Trời truyền năng lượng cho electron trong vật liệu bán dẫn để tạo thành dòng điện một chiều (DC). Khi trời tối, nguồn bức xạ Mặt Trời không còn nên quá trình này gần như dừng lại và tấm pin không thể tạo ra lượng điện đủ để sử dụng.
Trong một số trường hợp như có ánh trăng hoặc ánh sáng từ đèn đường, tấm pin vẫn có thể sinh ra một lượng điện rất nhỏ. Tuy nhiên, công suất chỉ ở mức miliwatt, gần như không có giá trị thực tế đối với các thiết bị điện trong gia đình.
Vậy điện sử dụng vào ban đêm đến từ đâu? Với hệ thống hòa lưới, nguồn điện sẽ được lấy từ lưới điện quốc gia. Nếu hệ thống được trang bị pin lưu trữ, điện dùng vào ban đêm sẽ được cung cấp từ phần năng lượng đã tích trữ trong suốt ban ngày.
Nếu dùng bóng đèn chiếu vào tấm pin thì có tạo ra điện không?
Nhiều người cho rằng chỉ cần dùng bóng đèn chiếu trực tiếp vào tấm pin là có thể tạo ra điện để sử dụng vào ban đêm.
Thực tế, câu trả lời là có nhưng không hiệu quả.
Tấm pin không phân biệt ánh sáng đến từ Mặt Trời hay từ bóng đèn. Miễn là có ánh sáng với bước sóng phù hợp, các tế bào quang điện vẫn tạo ra dòng điện. Tuy nhiên, lượng điện tạo ra luôn nhỏ hơn rất nhiều so với lượng điện đã tiêu thụ để thắp sáng bóng đèn.
Vì sao chiếu đèn vào tấm pin vẫn bị “lỗ điện”?
Quá trình chuyển đổi năng lượng diễn ra theo chuỗi:
Điện → Bóng đèn → Ánh sáng → Tấm pin → Điện
Ở mỗi bước đều xảy ra tổn hao:
- Bóng đèn chỉ chuyển một phần điện năng thành ánh sáng, phần còn lại trở thành nhiệt.
- Ánh sáng phát ra theo nhiều hướng nên không tập trung hoàn toàn vào tấm pin.
- Tấm pin chỉ chuyển đổi khoảng 20–25% năng lượng ánh sáng thành điện.
- Sau đó điện còn tiếp tục hao hụt qua inverter và dây dẫn.
Ví dụ, nếu dùng bóng đèn 100 W để chiếu vào tấm pin, lượng điện thu hồi chỉ có thể đạt vài watt. Điều đó đồng nghĩa bạn luôn tiêu thụ nhiều điện hơn lượng điện tạo ra.
Xem thêm: LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG: CHÌA KHÓA KHAI THÁC TỐI ĐA ĐIỆN TÁI TẠO VÀ HƯỚNG TỚI MỤC TIÊU NET ZERO
Định luật bảo toàn năng lượng giải thích điều này như thế nào?
Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng không tự sinh ra hoặc mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác.
Trong hệ thống điện mặt trời, năng lượng được chuyển đổi theo chuỗi:
Năng lượng từ Mặt Trời → Ánh sáng → Điện → Thiết bị điện → Nhiệt, ánh sáng hoặc cơ năng.
Nếu thay ánh sáng Mặt Trời bằng bóng đèn, chu trình sẽ trở thành:
Điện → Ánh sáng → Điện
Do mỗi lần chuyển đổi đều phát sinh tổn hao nên hiệu suất luôn nhỏ hơn 100%. Đây cũng là lý do không thể tạo ra một hệ thống điện “tự chạy mãi mãi” chỉ bằng cách chiếu đèn vào tấm pin.
Vì sao điện mặt trời vẫn là giải pháp hiệu quả?
Điểm khác biệt nằm ở nguồn năng lượng đầu vào. Ánh sáng Mặt Trời là nguồn năng lượng tự nhiên, miễn phí và gần như vô tận. Tấm pin chỉ có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn năng lượng này thành điện để sử dụng.
Ngược lại, nếu dùng bóng đèn, bạn đang tiêu tốn điện để tạo ánh sáng rồi lại cố gắng chuyển ánh sáng đó thành điện. Sau mỗi lần chuyển đổi, năng lượng hữu ích đều giảm đi nên không mang lại hiệu quả về kỹ thuật hay kinh tế.
Tấm pin năng lượng mặt trời gần như không hoạt động vào ban đêm vì không còn nguồn bức xạ từ Mặt Trời. Điện sử dụng vào thời điểm này thường đến từ lưới điện hoặc pin lưu trữ đã sạc vào ban ngày.
Mặc dù tấm pin vẫn có thể tạo ra một lượng điện rất nhỏ khi được chiếu bằng ánh sáng nhân tạo, nhưng lượng điện thu được luôn thấp hơn nhiều so với điện đã tiêu thụ để tạo ra ánh sáng. Điều này hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn năng lượng và giải thích vì sao ý tưởng dùng bóng đèn để “sạc ngược” tấm pin mặt trời không thể trở thành một giải pháp phát điện trong thực tế.