Mặc dù chúng ta liên kết ý tưởng thu nhận và khai thác năng lượng từ mặt trời với các tấm pin mặt trời, nhưng loài người đã khai thác nguồn năng lượng này kể từ đó hàng ngàn năm trước để thắp sáng và sưởi ấm ngôi nhà của bạn, lấy nước nóng và nấu ăn. Đối với gió, các nhà máy hiện tại là một sự phát triển của những gì đã được mô tả trong Don Quixote Cervantes.
Những tiến bộ công nghệ đã biến năng lượng của mặt trời và gió, trong số những thứ khác, thành một thứ gì đó ngày càng hiệu quả và dễ sử dụng, nhưng vẫn còn một chặng đường dài phía trước trước khi chúng ta có thể vĩnh viễn quên đi nhiên liệu hóa thạch và chỉ sử dụng năng lượng thay thế. Hàng trăm nhóm các nhà nghiên cứu và kỹ sư trên khắp thế giới đang làm việc để cải thiện hiệu quả của những năng lượng này, và đây là một số ý tưởng của họ.
1. Perovskites
Các tế bào năng lượng mặt trời dựa trên silicon ngày nay mắc phải một số hạn chế: chúng được làm bằng vật liệu hiếm khi nó được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng tinh khiết và cần thiết để tạo ra chúng, chúng cứng và nặng, và hiệu quả của chúng bị hạn chế và khó mở rộng. Một số vật liệu mới, được gọi là perovskites, được công nhận là một trong những tiến bộ tốt nhất để giải quyết những hạn chế này, nhờ vào thực tế là chúng phụ thuộc vào các yếu tố phong phú và rẻ vì chúng có tiềm năng đạt được hiệu quả cao hơn.
Perovskites là một nhiều loại vật liệu trong đó các phân tử hữu cơ được hình thành chủ yếu bằng liên kết của cacbon và hydro với một kim loại, chẳng hạn như chì, và một halogen, chẳng hạn như clo, trong một tinh thể hình mạng. Chúng có thể được lấy bằng tương đối dễ dàng, rẻ và không có khí thải, tạo ra một màng mỏng và nhẹ có thể được điều chỉnh theo bất kỳ hình dạng nào, cho phép sản xuất các tấm pin mặt trời một cách đơn giản, hiệu quả và kết quả thích ứng và dễ cài đặt.
Tuy nhiên, chúng có hai nhược điểm: thứ nhất là khả năng tích hợp chúng vào sản xuất hàng loạt nó vẫn chưa được chứng minh; khác, họ có xu hướng phá vỡ khá nhanh trong điều kiện thực tế.
2. Mực quang điện
Để giải quyết những nhược điểm này của perovskites, một nhóm từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ đã nghĩ ra một phương pháp mới để xử lý chúng. Đó là về việc tạo ra một 'mực quang điện cho phép chúng trong các quy trình sản xuất tự động.
Cuộc điều tra này bắt đầu với một pervoskite rất đơn giản bao gồm iốt, chì và metylamoni. Trong điều kiện bình thường, hỗn hợp này sẽ dễ dàng tạo thành tinh thể, nhưng sẽ mất nhiều thời gian ở nhiệt độ cao để đông đặc lại sau đó, điều này sẽ làm chậm trễ và làm cho quá trình sản xuất trở nên tốn kém hơn. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các điều kiện có thể đẩy nhanh quá trình hình thành tinh thể, liên quan đến việc thay thế một số vật liệu bằng các hợp chất khác, chẳng hạn như clo và thêm thứ mà họ gọi là "dung môi âm", một thứ có thể lắng dung dịch nhanh chóng.
3. Tua bin gió rôto đôi
Theo các kỹ sư Anupam Sharma và Hui Hu, từ Trung tâm Năng lượng Iowa, phần đế của máy phát điện gió có hai vấn đề lớn làm hạn chế hiệu quả của chúng: một là chúng là những mảnh tròn lớn không tự tạo ra năng lượng và thứ hai là họ gây ra một xáo trộn trong gió điều này cũng làm giảm năng lượng của bất kỳ máy phát điện nào đặt phía sau chúng từ 8 đến 40% tùy thuộc vào điều kiện.
Giải pháp của bạn là thêm một cánh quạt thứ hai, nhỏ hơn, đến từng tuabin. Theo các mô phỏng và thử nghiệm của họ được thực hiện trong các đường hầm gió, các cánh quạt được thêm vào làm tăng năng lượng tạo ra lên đến 18%. Kế hoạch là phát triển một tuabin với cánh quạt kép càng hiệu quả càng tốt, xác định đâu là nơi tốt nhất để đặt chiếc thứ hai, kích thước của nó như thế nào, đế của nó phải có hình dạng như thế nào và liệu nó có nên quay cùng chiều với cánh quạt chính hay ngược lại.
4. Tấm pin mặt trời nổi
Kể từ năm 2011, công ty Ciel & Terre của Pháp đã làm việc để tạo ra tấm pin mặt trời nổi quy mô lớn. Hệ thống của nó, được gọi là Hydrelio Floating PV cho phép các tấm pin mặt trời thông thường được lắp đặt trên các vùng nước lớn chẳng hạn như hồ, hồ chứa và kênh dẫn nước để tưới tiêu và những thứ tương tự, cũng như các đập để phát điện quang điện. Đó là về việc tạo ra một giải pháp thay thế đơn giản và giá cả phải chăng cho các công viên năng lượng mặt trời trên cạn, đặc biệt là suy nghĩ về các ngành sử dụng nhiều nước và họ không cần phải bỏ để cung cấp cho họ nhiều công dụng hơn.
Theo công ty, chúng dễ lắp ráp và tháo rời, có thể thích ứng với các cấu hình điện khác nhau, có thể mở rộng và không cần thiết bị hoặc dụng cụ nặng. Các cơ sở đầu tiên của loại hình này đã được xây dựng ở Vương quốc Anh và Nhật Bản.