Từ tấm pin mặt trời, Nhật tạo ra nhà di động đặc biệt ứng phó thảm họa thiên tai

Một nhóm nghiên cứu do Đại học Nagoya (Nhật Bản) dẫn đầu, đã thực hiện nghiên cứu tính khả thi của các giải pháp nhà ở tạm thời chạy bằng năng lượng mặt trời (PV). Những ngôi nhà di động đặc biệt này được thiết kế phù hợp với điều kiện khí hậu và thiên tai đặc thù của Nhật Bản.

"Tính mới của nghiên cứu này là ứng dụng vào Nhật Bản - quốc gia dễ bị ảnh hưởng bởi động đất, trong khi đó tiềm năng tự cung cấp năng lượng của nhà di động vẫn chưa được khai thác nhiều", tác giả chính Sihwan Lee chia sẻ với PV Magazine.

Bằng cách tích hợp các tấm pin mặt trời với hệ thống lưu trữ năng lượng, nghiên cứu cho thấy năng lượng tái tạo có thể nâng cao khả năng chống chịu của nhà tạm thời, giảm sự phụ thuộc vào nguồn điện bên ngoài.

Nhà di động ứng phó sau thảm họa thiên tai. Ảnh: Image: Nagoya University, Sustainable Cities and Society, CC BY 4.0

Mô hình thử nghiệm được xây dựng dựa trên một ngôi nhà di động thương mại, gồm 1 phòng ngủ và phòng khách tích hợp bếp, phòng tắm, nhà vệ sinh và bồn rửa. Một máy điều hòa duy nhất đặt tại phòng ngủ để sưởi ấm và làm mát cho toàn bộ căn nhà. Các quạt thông gió được lắp đặt tại phòng khách, phòng tắm và nhà vệ sinh để đảm bảo lưu thông không khí.

Trên căn nhà này, nhóm nghiên cứu đã lắp đặt 8 tấm pin mặt trời công suất 300W, tạo ra tổng công suất đầu vào 2.400W. Một pin lithium-ion phosphate (LiFePO4) dung lượng 3kWh cũng được lắp đặt bên trong nhà để lưu trữ năng lượng.

Hệ thống đã được thử nghiệm vào ngày 19/1 năm ngoái tại thành phố Nagano. Nhiệt độ không khí cao nhất đo được ghi nhận trong ngày đạt 7,4 độ C vào lúc 13h40, với nhiệt độ trung bình trong suốt thời gian đo là 3,8 độ C. Cường độ bức xạ mặt trời toàn cầu (GHI) đạt đỉnh vào lúc 12h12, với mức 744,0 W/m2.

"Vào ngày đo lường, tổng lượng điện do các tấm pin mặt trời tạo ra vào khoảng 4,2kWh, trong khi máy điều hòa tiêu thụ khoảng 8,3kWh", nhóm nghiên cứu cho hay.

Mặc dù hiệu suất phát điện thay đổi theo nhiệt độ bề mặt của các tấm pin, nhưng hiệu suất trung bình trong ngày khoảng 16%, thấp hơn so với giá trị 19,3% được công bố trong danh mục sản phẩm.

Sau khi thu thập dữ liệu, nhóm nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng số mô hình nhà di động bằng nhiều phần mềm khác nhau. Họ chọn 6 thành phố để kiểm tra và phân tích tính khả thi vận hành nhà di động ở các vĩ độ, kinh độ và điều kiện thời tiết khác nhau gồm: Sapporo, Tokyo, Niigata, Nagano và Takamatsu.

Ngoài ra, các mô hình cũng được yêu cầu tối ưu hóa góc lắp đặt tấm pin mặt trời, tổng diện tích tấm pin, dung lượng pin lưu trữ và chi phí tổng thể.

Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống nhà di động được trang bị 8 tấm pin mặt trời thương mại có thể tạo ra hơn 3.000kWh điện mỗi năm tại bất kỳ khu vực nào ở Nhật Bản. Những ngôi nhà di động với 8 tấm pin mặt trời và pin lưu trữ 3 kWh đạt mức tự cung cấp năng lượng cao ở các khu vực có nhu cầu làm mát thấp.

Tuy nhiên, việc duy trì khả năng tự cung cấp năng lượng trong mùa sưởi ấm gặp nhiều thách thức ở hầu hết các khu vực, ngoại trừ Naha, do tải nhiệt lớn vào những giờ không thể sản xuất điện.

Kết quả nghiên cứu còn cho thấy, việc tăng số lượng tấm pin mặt trời và dung lượng pin lưu trữ có thể nâng tỷ lệ tự cung cấp năng lượng lên hơn 80% ở các khu vực có khí hậu ấm áp.

Còn ở các vùng lạnh, dù có bổ sung thêm tấm pin và dung lượng lưu trữ, mức cải thiện vẫn bị hạn chế.

Do đó, ở các khu vực lạnh có nhu cầu sưởi ấm cao, góc lắp đặt tối ưu của tấm pin mặt trời dao động từ 59-63 độ, giúp tối đa hóa sản lượng điện vào mùa đông. Ngược lại, tại các khu vực ấm áp với nhu cầu sưởi ấm thấp, góc lắp đặt cần giảm đáng kể.

Từ kết quả trên, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh, để đạt được khả năng tự cung cấp điện mà không cần kết nối lưới điện, nhà di động cần tối ưu hóa góc lắp đặt tấm pin và dung lượng pin lưu trữ theo từng khu vực, dựa trên điều kiện khí hậu và nhu cầu năng lượng địa phương.

(Theo PV)

Tâm An