Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng khắc nghiệt, việc khai thác năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đã trở thành một trong những mục tiêu chiến lược của các quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, các hệ thống pin năng lượng mặt trời thường phải đối mặt với nguy cơ hư hại do điều kiện thời tiết bất lợi, đặc biệt là gió mạnh. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Chế tạo Vật liệu thuộc Đại học PLS, Pháp, đã phát triển một khung giải pháp sáng tạo, kết hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và động lực học chất lỏng (CFD). Giải pháp này không chỉ bảo vệ tấm pin trước những cơn gió mạnh mà còn duy trì hiệu suất sản xuất năng lượng, giống như việc dạy các tấm pin "nhảy múa cùng gió".

Theo nghiên cứu được công bố trên Physics of Fluids, các phương pháp truyền thống nhằm bảo vệ tấm pin năng lượng mặt trời thường yêu cầu đặt chúng song song với mặt đất khi gió mạnh. Mặc dù cách làm này có thể giảm thiểu rủi ro trong một số tình huống, nó khiến tấm pin không thể sản xuất năng lượng và không bảo đảm được khả năng chịu đựng ở tốc độ gió cao nhất. Điều này tạo ra một nghịch lý: bảo vệ tấm pin đồng nghĩa với giảm sản lượng điện, và ngược lại.

Hơn nữa, việc cố định các tấm pin ở một góc nghiêng cố định hoặc ở trạng thái bất động làm tăng nguy cơ hư hại lâu dài do rung động và mỏi vật liệu. Đặc biệt tại các khu vực thường xuyên có gió mạnh, như các vùng ven biển hoặc sa mạc, những thách thức này càng trở nên nghiêm trọng.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học PLS đã phát triển một khung giải pháp mới dựa trên sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo và mô phỏng khí động học. Cốt lõi của giải pháp là khả năng cho phép các tấm pin tự điều chỉnh góc nghiêng của mình một cách linh hoạt, giống như cách một người vũ công điều chỉnh tư thế để giữ thăng bằng trước một luồng gió mạnh.

Cụ thể, giải pháp sử dụng các bộ điều chỉnh góc (solar tracker actuators) để tối ưu hóa vị trí của từng tấm pin theo thời gian thực. Dữ liệu đầu vào bao gồm thông tin về tốc độ và hướng gió, được phân tích bằng các thuật toán học máy. Từ đó, hệ thống đề xuất các góc nghiêng tối ưu giúp giảm áp lực khí động học và duy trì khả năng sản xuất điện.

Nhà nghiên cứu Elie Hachem, tác giả chính của báo cáo, giải thích: “Chúng tôi không chỉ coi các tấm pin như những vật thể thụ động mà còn như các ‘người ra quyết định’ độc lập. Bằng cách kết hợp động lực học chất lỏng tiên tiến và trí tuệ nhân tạo, chúng tôi đã tạo ra một hệ thống có thể tương tác với môi trường, đưa ra các quyết định tối ưu để giảm thiểu tác động của gió."

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm khung giải pháp này trên các mô hình hai chiều và ba chiều với sáu tấm pin lắp đặt trên mặt đất trong điều kiện gió tốc độ 50 km/h. Kết quả cho thấy áp lực khí động học giảm đáng kể, vượt trội hơn các phương pháp truyền thống từ vài chục phần trăm. Không chỉ vậy, hệ thống còn giảm nguy cơ rách, rung động, và mỏi vật liệu – những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ của các tấm pin.

Đáng chú ý, phương pháp mới không chỉ tối ưu hóa hiệu suất ở cấp độ từng tấm pin mà còn có tiềm năng mở rộng để quản lý hàng nghìn tấm pin trong các dự án năng lượng lớn. Sử dụng trí tuệ nhân tạo và phương pháp thử-sai, hệ thống có thể học hỏi từ dữ liệu thực tế và đưa ra các giải pháp linh hoạt hơn trong tương lai.

Khung giải pháp này không chỉ là một bước tiến khoa học mà còn có tính ứng dụng thực tế cao. Trong bối cảnh nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam, đang mở rộng đầu tư vào các dự án năng lượng mặt trời, giải pháp này mang lại hy vọng lớn trong việc tối ưu hóa sản xuất năng lượng tái tạo mà không đánh đổi độ bền của hệ thống.

Ngoài ra, giải pháp còn mở ra một hướng đi mới trong việc tích hợp trí tuệ nhân tạo vào quản lý năng lượng, thách thức các cách làm truyền thống vốn cứng nhắc và thiếu tính linh hoạt. Với sự hỗ trợ của AI, các hệ thống năng lượng tái tạo trong tương lai có thể không chỉ bền vững mà còn “thông minh” hơn, tự thích nghi với những thay đổi của môi trường.

Khung giải pháp mới của Đại học PLS là sự kết hợp tinh tế giữa công nghệ và thiên nhiên, giúp các tấm pin năng lượng mặt trời vừa chống chịu được gió mạnh vừa đảm bảo sản lượng điện. Thay vì đối đầu với thiên nhiên, giải pháp này dạy chúng ta cách hòa hợp với môi trường, sử dụng các yếu tố bất lợi như gió mạnh để tạo ra lợi ích. Trong tương lai, với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và các công nghệ mới, những giải pháp sáng tạo như vậy sẽ là chìa khóa để thúc đẩy sự phát triển bền vững toàn cầu.

Nguồn: NASATI