Tấm pin mặt trời có hoạt động vào ban đêm không?

Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng thân thiện với môi trường và tương đối ổn định nhất trên Trái Đất, nhưng nó có một nhược điểm đáng kể: nó “ngừng hoạt động” sau khi mặt trời lặn vào ban đêm, và con người không thể tiếp tục khai thác năng lượng của nó. Tuy nhiên, ban đêm chính là thời điểm tiêu thụ năng lượng đạt đỉnh điểm — chiếu sáng, sưởi ấm, làm mát và nhiều hoạt động khác.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu tại sao tấm pin mặt trời không thể hoạt động vào ban đêm, cách tận dụng tối đa khoảng thời gian ban ngày hạn chế của năng lượng mặt trời để đáp ứng nhu cầu ban đêm, và liệu có công nghệ sản xuất điện ban đêm thay thế nào hay không.

1. Tấm pin mặt trời không thể hoạt động vào ban đêm.

Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin mặt trời, nó kích hoạt một hiện tượng được gọi là hiệu ứng quang điện. Ánh sáng mặt trời kích thích các electron trong vật liệu bán dẫn, cung cấp cho chúng đủ năng lượng để nhảy từ dải valence sang dải dẫn, tạo ra các cặp electron-lỗ. Dưới tác động của một trường điện, các electron và lỗ này bị tách ra, tạo ra dòng điện.

Ánh trăng, ngược lại, thực chất là ánh sáng mặt trời phản xạ từ bề mặt mặt trăng. Vào ban đêm, ngay cả khi có ánh trăng chứa một phần ánh sáng khả kiến và tia cực tím, nó có thể lý thuyết kích hoạt hiệu ứng quang điện.

Điều thú vị là cường độ chiếu sáng của ánh trăng chỉ khoảng 0.0002%–0.00003% Cường độ ánh sáng mặt trời — quá yếu. Ngay cả khi các tấm pin mặt trời tạo ra một lượng điện nhỏ dưới ánh trăng, điện áp thường thấp hơn nhiều so với điện áp khởi động của bộ biến tần (thiết bị chính chuyển đổi điện một chiều (DC) thành điện xoay chiều (AC) trong hệ thống năng lượng mặt trời). Nếu bộ biến tần không thể khởi động, sẽ không thể tạo ra điện năng sử dụng được.

2. Cách tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng mặt trời

Phù hợp với thời gian sử dụng vào giờ cao điểm sản xuất điện.

Hệ thống năng lượng mặt trời dân dụng thường sản xuất lượng điện lớn nhất trong khoảng thời gian từ 11 giờ sáng đến 2 giờ chiều. Theo dữ liệu từ Cơ quan Năng lượng Quốc tế (Báo cáo IEA 2023), nếu chủ nhà chuyển các hoạt động tiêu tốn nhiều năng lượng (như giặt giũ hoặc làm nóng nước) sang các khung giờ này, họ có thể tăng tỷ lệ tự tiêu thụ điện từ 40% lên hơn 70%.

Lập lịch cho các thiết bị thông minh

Sử dụng các thiết bị thông minh (như bình nước nóng có thể lập trình, điều hòa không khí có khả năng lưu trữ) hoặc ổ cắm thông minh để hoạt động tự động trong thời gian sản xuất điện mặt trời đạt đỉnh có thể giảm đáng kể lượng điện tiêu thụ từ lưới điện. Theo báo cáo của NREL, việc kiểm soát nhà thông minh có thể tăng thêm tỷ lệ tự tiêu thụ điện lên 10%–20%.

Tất nhiên, tất cả những điều này đều dựa trên điều kiện gia đình thuận lợi—nếu không, một pin có dung lượng đủ lớn là điều cần thiết.

Cấu hình hệ thống lưu trữ

Nếu không có pin, điện năng được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời vào ban ngày sẽ tự động được đưa vào lưới điện, mang lại một khoản bồi thường. Tuy nhiên, nếu có pin được lắp đặt, điện năng được lưu trữ có thể được sử dụng làm nguồn dự phòng, đảm bảo không lo thiếu điện hoặc giá điện cao vào ban đêm.

Các nghiên cứu và trường hợp thực tế cho thấy rằng một 5–10 kWh hệ thống lưu trữ Khi kết hợp với hệ thống quang điện có công suất 4–6 kWp, có thể tăng tỷ lệ tự tiêu thụ năng lượng mặt trời từ 40%–60% đến hơn 90%. Điều này có nghĩa là lượng điện mặt trời dư thừa vào ban ngày được lưu trữ và sử dụng hiệu quả vào ban đêm, giúp giảm đáng kể sự phụ thuộc vào lưới điện.

Làm thế nào để lựa chọn dung lượng pin phù hợp với nhu cầu sử dụng trong gia đình?

Đối với một hộ gia đình có mức tiêu thụ điện hàng năm từ 2.500–3.500 kWh: thông thường, hệ thống lưu trữ điện có dung lượng 5–10 kWh là phù hợp.

Kịch bản mùa hè: Với lượng ánh sáng mặt trời dồi dào và sản lượng điện mặt trời cao, pin thường sạc đầy trong khoảng từ 6–10 giờ sáng và dần dần xả điện từ 30%–50% vào ban đêm để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cao điểm của hộ gia đình như nấu ăn và chiếu sáng.

Kịch bản mùa đông: Mặc dù sản lượng điện mặt trời (PV) thấp hơn, pin vẫn có thể lưu trữ một phần năng lượng ban ngày để bù đắp một phần nhu cầu ban đêm và giảm chi phí điện giờ cao điểm.

3. Công nghệ sản xuất điện ban đêm mới?

Năm 2022, một nhóm nghiên cứu từ Đại học New South Wales đã công bố một nghiên cứu sáng tạo cho thấy rằng ngay cả sau khi mặt trời lặn, Trái Đất vẫn tiếp tục phát ra bức xạ hồng ngoại. Nhiệt có thể được khai thác để sản xuất điện..

Trái tim của công nghệ này là diode nhiệt bức xạ—một thiết bị bán dẫn tương tự như các vật liệu được sử dụng trong các thiết bị quan sát ban đêm.

Cách thức hoạt động

Ban ngàyMặt trời làm nóng Trái Đất, và mặt đất hấp thụ năng lượng này.
Ban đêmTrái Đất giải phóng nhiệt ra không gian lạnh giá thông qua bức xạ hồng ngoại.
Chuyển đổi năng lượngĐiốt nhiệt bức xạ chuyển đổi bức xạ hồng ngoại này thành điện năng, cho phép sản xuất điện ngay cả khi không có ánh sáng mặt trời.

Như Tiến sĩ Phoebe Pearce của nhóm nghiên cứu đã nêu: “Giống như các tế bào quang điện tạo ra điện năng bằng cách hấp thụ ánh sáng mặt trời từ một nguồn nhiệt cao hơn, các điốt nhiệt bức xạ tạo ra điện năng bằng cách phát ra ánh sáng hồng ngoại vào một môi trường có nhiệt độ thấp hơn. Trong cả hai trường hợp, sự chênh lệch nhiệt độ là yếu tố quyết định trong việc tạo ra điện năng.”

Mặc dù sản lượng hiện tại vẫn còn rất thấp, đây là bước đầu tiên quan trọng trong việc phát triển nguồn điện mặt trời ban đêm khả thi và chứng minh rằng việc phát điện dựa trên điốt nhiệt bức xạ là khả thi. Với các nghiên cứu và tiến bộ công nghệ tiếp theo, phát điện bằng bức xạ nhiệt hứa hẹn có tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực.

Ngoài công nghệ diode nhiệt bức xạ, còn có các nghiên cứu và công nghệ như hệ thống phát điện bằng làm mát bức xạ ban đêm và hệ thống phát điện nhiệt quang điện ban đêm của Đại học Stanford, những công nghệ này có thể sẽ sớm xuất hiện trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta trong tương lai gần.

4. Sự phát triển nhanh chóng của năng lượng mặt trời (PV) kết hợp với lưu trữ năng lượng

Theo báo cáo tháng 6 năm 2025 của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), tổng đầu tư năng lượng toàn cầu dự kiến sẽ đạt mức kỷ lục $3,3 nghìn tỷ USD. Trong số này, đầu tư vào công nghệ năng lượng sạch (bao gồm năng lượng tái tạo, năng lượng hạt nhân và lưu trữ) sẽ đạt $2,2 nghìn tỷ USD – gấp đôi so với đầu tư vào nhiên liệu hóa thạch.

Các chính sách khuyến khích và hỗ trợ của chính phủ

Các chính phủ bang của Úc đã triển khai một số chương trình hỗ trợ tài chính cho pin nhằm khuyến khích người dùng hộ gia đình và doanh nghiệp lắp đặt hệ thống lưu trữ năng lượng. Ví dụ, Queensland đã ra mắt chương trình “Battery Booster”, cung cấp hỗ trợ tài chính lên đến AU$4,000 cho pin lưu trữ hộ gia đình. Tương tự, New South Wales, Victoria và Lãnh thổ Bắc Úc cũng đã triển khai các chương trình khuyến khích tương tự.

Năm 2023, Liên minh Châu Âu (EU) đã thông qua một phiên bản sửa đổi. Chỉ thị về Năng lượng Tái tạo, nâng mục tiêu năng lượng tái tạo năm 2030 từ 32% lên ít nhất 42,5%, với tham vọng đạt 45%. Để đạt được mục tiêu này, Liên minh Châu Âu (EU) đã triển khai kế hoạch “REPowerEU”, nhằm mục tiêu tăng gấp đôi công suất điện mặt trời (PV) vào năm 2025 và đạt 600GW vào năm 2030.

5. Kết luận: Điện ban đêm phụ thuộc vào “lưu trữ ban ngày”.”

Mặc dù các tấm pin mặt trời hiện tại không thể tận dụng ánh trăng hoặc ánh sao để sản xuất điện vào ban đêm và vẫn bị giới hạn bởi chu kỳ mặt trời mọc và mặt trời lặn, công nghệ pin lưu trữ và lịch trình thông minh có thể mở rộng nguồn điện mặt trời từ ban ngày sang ban đêm.

Các công nghệ sản xuất điện ban đêm (như điốt nhiệt bức xạ và quang điện nhiệt ban đêm) hiện vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm, nhưng khi công nghệ tiếp tục phát triển, chúng ta có thể chứng kiến sự ra đời của công nghệ “điện mặt trời ban đêm” thực sự khả thi trong tương lai.