Trong xu hướng kiến trúc xanh và phát triển bền vững, việc tận dụng nguồn năng lượng vô tận từ mặt trời đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Kính năng lượng mặt trời ra đời như một cuộc cách mạng, biến những tấm kính thụ động thành các thiết bị thông minh có khả năng tạo ra điện hoặc kiểm soát nhiệt hiệu quả. Bài viết này, DAT Group sẽ cung cấp một cái nhìn toàn diện về công nghệ vật liệu đột phá này.

1. Tổng quan về kính năng lượng mặt trời

Để bắt đầu, chúng ta cần hiểu rõ bản chất và tầm quan trọng của loại vật liệu tiên tiến này.

1.1. Định nghĩa và khái niệm kính năng lượng mặt trời

Về bản chất, kính năng lượng mặt trời là một thuật ngữ chỉ chung các loại kính công nghệ cao, được sản xuất để kiểm soát hoặc khai thác năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Chúng được chia thành hai nhóm chức năng chính:

• Kính quang điện (photovoltaic glass): Loại kính này hoạt động như một tấm pin PV trong suốt hoặc bán trong suốt. Nó có khả năng hấp thụ quang năng và chuyển đổi trực tiếp thành điện năng, cung cấp nguồn điện sạch cho tòa nhà.
• Kính kiểm soát nhiệt (solar control glass): Loại kính này được ví như một “bộ lọc” thông minh. Nó được phủ các lớp vật liệu siêu mỏng giúp ngăn chặn phần lớn bức xạ hồng ngoại (nhiệt) và tia cực tím (UV) có hại, trong khi vẫn cho phép ánh sáng tự nhiên đi vào.

1.2. Lợi ích và tầm quan trọng của kính năng lượng mặt trời

Việc ứng dụng kính năng lượng mặt trời không chỉ là một giải pháp đơn lẻ, mà là một khoản đầu tư chiến lược mang lại giá trị kép.

Trước hết, nó giúp giảm đáng kể chi phí vận hành tòa nhà bằng cách giảm tải cho hệ thống điều hòa không khí và hạn chế nhu cầu sử dụng đèn chiếu sáng vào ban ngày.

Quan trọng hơn, nó góp phần xây dựng các công trình bền vững, giảm phụ thuộc vào lưới điện quốc gia và giảm lượng khí thải carbon. Điều này không chỉ nâng cao giá trị của công trình mà còn thể hiện tầm nhìn và trách nhiệm của chủ đầu tư với môi trường và xã hội.

2. Các loại kính năng lượng mặt trời

Công nghệ kính năng lượng mặt trời đã phát triển thành nhiều dòng sản phẩm riêng biệt, mỗi loại đáp ứng một nhu cầu cụ thể từ tạo ra điện, kiểm soát nhiệt cho đến tương tác thông minh.

2.1. Kính năng lượng mặt trời trong suốt

Loại kính này sử dụng các vật liệu quang điện hữu cơ trong suốt, có khả năng hấp thụ tia cực tím (UV) và tia hồng ngoại (IR) để phát điện, trong khi vẫn cho phép ánh sáng nhìn thấy đi qua.

Với đặc tính này, nó có thể thay thế kính cửa sổ, vách ngăn hay mái che thông thường mà không làm ảnh hưởng đến tầm nhìn hay ánh sáng tự nhiên. Đây là giải pháp lý tưởng cho các mặt dựng (façade) của tòa nhà cao tầng, sân bay, trung tâm thương mại hiện đại, nơi mỗi mét vuông kính đều có thể trở thành một máy phát điện sạch.

2.2. Kính bán trong suốt (Smart Glass)

Loại kính này có thể thay đổi độ trong suốt khi có dòng điện chạy qua, cho phép người dùng chủ động điều chỉnh lượng ánh sáng và nhiệt đi vào phòng. Một số loại còn tích hợp cả tế bào quang điện để tự cung cấp năng lượng hoạt động.

2.3. Kính kiểm soát năng lượng mặt trời (Solar Control Glass)

Loại kính này được phủ các lớp oxit kim loại siêu mỏng, có khả năng phản xạ phần lớn bức xạ hồng ngoại (gây nhiệt) và tia cực tím (gây hại), trong khi vẫn giữ được độ sáng cho không gian.

Mục tiêu chính của nó là tiết kiệm năng lượng bằng cách giảm tải cho hệ thống điều hòa không khí. Kính Low-E là một ví dụ điển hình và rất phổ biến trong các công trình kiến trúc xanh hiện nay.

2.4. Kính cường lực và loại kính đặc biệt khác

Cần lưu ý rằng các công nghệ trên không phải là một loại kính riêng lẻ, mà chúng được tích hợp vào một nền tảng kính an toàn. Để đáp ứng tiêu chuẩn xây dựng, hầu hết các loại kính năng lượng mặt trời đều được sản xuất dưới dạng kính cường lực (tăng khả năng chịu lực, chịu nhiệt) hoặc kính dán nhiều lớp (đảm bảo an toàn, không vỡ thành mảnh vụn khi có va đập).

3. Ưu điểm của kính năng lượng mặt trời

Việc trang bị kính năng lượng mặt trời không chỉ là một khoản đầu tư chiến lược, mang lại những lợi ích kép về kinh tế, môi trường và chất lượng không gian sống.

• Tiết kiệm năng lượng và chi phí điện: Giảm nhu cầu sử dụng điều hòa không khí nhờ khả năng kiểm soát nhiệt và tự tạo ra điện năng để cung cấp cho các thiết bị khác.
• Tăng hiệu suất sử dụng ánh sáng tự nhiên: Giúp không gian bên trong luôn tràn ngập ánh sáng tự nhiên, giảm chi phí chiếu sáng và tạo môi trường sống, làm việc thoải mái.
• Bảo vệ môi trường và giảm phát thải: Việc tự sản xuất và tiết kiệm điện giúp giảm tải cho lưới điện quốc gia, góp phần giảm phát thải CO2 từ các nhà máy nhiệt điện.

4. Ứng dụng của kính năng lượng mặt trời

Với những ưu điểm vượt trội, kính năng lượng mặt trời đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi.

• Ứng dụng trong kiến trúc xây dựng: Sử dụng làm cửa sổ, vách ngăn, mái kính, mặt dựng (façade) cho các tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại, sân bay để tối ưu hóa năng lượng.
• Ứng dụng trong nhà kính nông nghiệp: Cung cấp ánh sáng cần thiết cho cây trồng phát triển, đồng thời tạo ra điện năng để vận hành hệ thống tưới tiêu, thông gió.
• Ứng dụng trong giao thông vận tải: Tích hợp trên mái che của ô tô điện, tàu hỏa, du thuyền để cung cấp thêm năng lượng, kéo dài phạm vi hoạt động.
• Ứng dụng trong thiết bị điện tử: Màn hình smartphone, đồng hồ thông minh có thể được tích hợp lớp kính quang điện trong suốt để tự sạc pin từ ánh sáng xung quanh.

5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Để hiểu rõ cách một tấm kính có thể tạo ra điện, chúng ta cần phân tích cấu trúc phức tạp bên trong và nguyên lý vật lý cốt lõi của nó.

5.1. Cấu tạo kính năng lượng mặt trời

Một tấm kính quang điện không phải là một khối đồng nhất, mà là một vật liệu công nghệ cao được ép lại từ nhiều lớp vật liệu khác nhau, mỗi lớp có một chức năng riêng biệt.

• Lớp kính: Là lớp ngoài cùng, có độ trong suốt cao và được cường lực hóa để chịu được va đập, thời tiết khắc nghiệt và bảo vệ các lớp nhạy cảm bên trong.
• Lớp phủ: Một lớp phủ siêu mỏng giúp giảm thiểu sự phản xạ ánh sáng, cho phép tối đa lượng photon mặt trời đi xuyên vào lớp tế bào quang điện bên dưới, từ đó tăng hiệu suất chuyển đổi.
• Vật liệu hấp thụ: Đây là bộ phận quan trọng của hệ thống, thường được làm từ silicon hoặc các vật liệu bán dẫn tiên tiến. Lớp này có nhiệm vụ hấp thụ năng lượng từ các hạt ánh sáng (photon)

5.2. Nguyên lý chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng

Quá trình biến ánh sáng mặt trời thành điện năng diễn ra gần như tức thời bên trong lớp tế bào quang điện, dựa trên một nguyên lý vật lý gọi là hiệu ứng quang điện.

1. Hấp thụ năng lượng: Khi các hạt ánh sáng (photon) từ mặt trời chiếu vào tấm kính, chúng xuyên qua các lớp bên ngoài và đập vào lớp tế bào quang điện bán dẫn.
2. Giải phóng electron: Photon truyền năng lượng của nó cho các electron trong vật liệu bán dẫn. Khi nhận đủ năng lượng, các electron này sẽ “bật” ra khỏi vị trí ổn định của chúng và trở nên tự do.
3. Tạo ra dòng điện một chiều (DC): Cấu trúc đặc biệt của tế bào quang điện tạo ra một điện trường nội tại. Điện trường này hoạt động như một “con dốc”, đẩy các electron tự do di chuyển về cùng một hướng, tạo thành một dòng điện một chiều (DC).
4. Chuyển đổi và sử dụng: Dòng điện DC này sau đó sẽ được dẫn ra ngoài. Nó có thể được sử dụng để sạc pin, hoặc được đưa qua một thiết bị gọi là bộ biến tần (inverter) để chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều (AC), tương thích với các thiết bị điện gia dụng và lưới điện quốc gia

6. Tiêu chí lựa chọn kính năng lượng mặt trời

Cần phải cân bằng giữa việc tận dụng ánh sáng tự nhiên và nhu cầu giữ cho không gian bên trong mát mẻ. Các thông số kỹ thuật như độ truyền sáng (VLT) và hệ số hấp thụ nhiệt (SHGC) cần được đánh giá kỹ lưỡng để phù hợp với điều kiện khí hậu và mục đích sử dụng của tòa nhà.

Màu sắc, độ trong suốt và độ phản quang của kính phải hài hòa với phong cách thiết kế kiến trúc tổng thể. Đồng thời, sản phẩm phải được làm từ nền kính an toàn (kính cường lực, kính dán) để đảm bảo độ bền cơ học, khả năng chịu lực và tuổi thọ lâu dài trước các tác động của môi trường.

Cần xác định rõ mục tiêu chính: Ưu tiên tạo ra điện năng (chọn kính quang điện) hay ưu tiên kiểm soát nhiệt (chọn kính kiểm soát năng lượng mặt trời). Môi trường lắp đặt, ví dụ như khu vực ven biển, cũng đòi hỏi các loại kính có khả năng chống ăn mòn cao hơn.

Chính vì vậy, kính năng lượng mặt trời đã vượt qua ranh giới của một vật liệu xây dựng thông thường. Giờ đây, nó là một giải pháp công nghệ toàn diện, tích hợp khả năng tạo ra năng lượng, kiểm soát nhiệt và nâng cao giá trị thẩm mỹ cho công trình.

Việc đầu tư vào kính năng lượng mặt trời không chỉ là một quyết định kinh tế thông minh giúp tiết kiệm chi phí vận hành lâu dài. Đây còn là một cam kết mạnh mẽ với xu hướng kiến trúc xanh và phát triển bền vững, khẳng định tầm nhìn và đẳng cấp của chủ đầu tư.

Bạn đã sẵn sàng nâng tầm dự án của mình với công nghệ kính năng lượng mặt trời tiên tiến? Đội ngũ chuyên gia của DAT Group luôn sẵn sàng lắng nghe và tư vấn giải pháp phù hợp nhất với yêu cầu kỹ thuật và ngân sách của bạn. Liên hệ tại https://datsolar.com/.