Cơ chế hoạt động của đồng hồ năng lượng mặt trời như thế nào?

Cho đến gần đây, lịch sử và sự phát triển của đồng hồ đeo tay, chủ yếu xoay quanh vấn đề cho việc xem giờ trở nên tiện lợi hơn. Đầu tiên, đồng hồ chuyển từ kệ tủ sang túi quần áo của chúng ta. Con người tìm ra cách lên dây cót cho đồng hồ mà không cần chìa khóa, rồi sau đó đồng hồ từ túi chuyển lên cổ tay. Chúng ta phát minh ra cách lên dây cót tự động, giúp không phải mất công lên dây mỗi ngày. Tiếp theo, đồng hồ thạch anh xuất hiện, mang lại sự tiện lợi hơn nữa, độ chính xác cao hơn và giá cả phải chăng hơn. Đồng hồ năng lượng mặt trời là bước tiến tiếp theo: những chiếc đồng hồ loại bỏ phiền toái của việc thay pin thường xuyên, thay vào đó sử dụng năng lượng tái tạo từ mặt trời – nguồn năng lượng mang lại sự sống.

Nếu nhìn từ góc độ thực tế thuần túy, khó mà tranh cãi lại sự tiện lợi và hiệu suất của đồng hồ chạy bằng năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, nhiều người ít khi nghe đến loại đồng hồ này? Ở đây, chúng ta sẽ giải thích ngắn gọn và dễ hiểu về cách những kiệt tác điện-cơ này vận hành, đồng thời trả lời một số câu hỏi thường gặp về đồng hồ năng lượng mặt trời.

Đồng hồ năng lượng mặt trời hoạt động thế nào?

Nói đơn giản, pin mặt trời biến ánh sáng thành năng lượng điện. Trước đây, đồng hồ năng lượng mặt trời thường dùng nhiều pin mặt trời gắn trên vỏ hoặc mặt số. Nhưng ngày nay, chúng được thiết kế tinh tế hơn, giấu một tấm pin mặt trời nhỏ phía sau mặt số (thậm chí đôi khi tấm pin chính là mặt số luôn), công nghệ này được Citizen tiên phong với dòng Eco-Drive đầu tiên vào năm 1996.

Đồng hồ năng lượng mặt trời thường lưu trữ năng lượng trong các pin sạc để tự hoạt động khi không có ánh sáng mặt trời, chẳng hạn như vào ban đêm, khi bị che phủ bởi quần áo hoặc khi được cất giữ. Điều này có thể khá hiển nhiên, nhưng tất cả đồng hồ năng lượng mặt trời đều là đồng hồ quartz (đồng hồ thạch anh).

Đồng hồ năng lượng mặt trời hiện đại cực kỳ hiệu quả: hầu hết chỉ cần tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trực tiếp trong thời gian ngắn và không cần phải phơi nắng liên tục. Nói chung (mỗi cơ chế năng lượng mặt trời có chút khác biệt), khoảng 3-5 giờ dưới ánh nắng trực tiếp là đủ để sạc cho đồng hồ hoạt động trong 6 tháng. Hầu hết các đồng hồ năng lượng mặt trời, khi được sạc đầy, có thể chạy nhiều năm mà không cần sạc thêm. Nhiều mẫu còn có chế độ tiết kiệm năng lượng, tự động tắt màn hình hoặc dừng kim khi đồng hồ phát hiện điều kiện ánh sáng yếu kéo dài.

Thông thường, mặt số của đồng hồ năng lượng mặt trời sẽ trong suốt, bán trong hoặc có các khe hở để lộ tế bào năng lượng mặt trời. Ví dụ, Cartier Tank Must Solarbeat khéo léo để lộ tế bào năng lượng qua các chữ số trên mặt số, khiến nó gần như không khác gì một chiếc Tank thông thường. Một cách làm hiện đại độc đáo khác xuất hiện ở dòng “The Citizen” cao cấp của Citizen, với mặt số làm từ giấy washi mỏng trong suốt (thường dùng trong cửa trượt shoji ở Nhật Bản) che phủ tế bào năng lượng.

Lịch sử đồng hồ năng lượng mặt trời

Tế bào năng lượng mặt trời bắt đầu được thương mại hóa vào những năm 1950, dù lúc đó giá thành còn quá cao đối với đa số người dùng. Ngay từ năm 1952, Patek Philippe đã thử nghiệm một chiếc đồng hồ chạy bằng năng lượng mặt trời và trưng bày tại Hội chợ Basel. Tuy nhiên, mãi đến những năm 1970, khi công nghệ mạch tích hợp phát triển đủ để sản xuất đồng hồ quartz (gây ra cái gọi là “khủng hoảng quartz”) và tế bào năng lượng mặt trời nhỏ trở nên đủ rẻ để dùng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng, thế giới mới chứng kiến chiếc đồng hồ năng lượng mặt trời thực thụ đầu tiên: Synchronar 2100.

Ra mắt vào năm 1972 và được phát triển bởi kỹ sư tự học người Mỹ Roger W. Riehl, Synchronar 2100 có giá khoảng 500 USD (tương đương 3.770 USD theo giá trị hiện nay). Đồng hồ có đường kính 40,8mm, vỏ hình quan tài kín nước, màn hình LED kỹ thuật số, lịch vạn niên theo dõi ngày tháng đến năm 2100, và được cung cấp năng lượng bởi hai tấm pin mặt trời nổi bật trên mặt đồng hồ. Dù ấn tượng về mặt kỹ thuật, giá cao ngất ngưởng khiến nó thuộc phân khúc đồng hồ xa xỉ, còn thiết kế khoa học viễn tưởng cồng kềnh khiến nó khó bán khi ra thị trường vào năm 1975.

Một chiếc đồng hồ năng lượng mặt trời khác đáng chú ý là Uranus Solar-LED, cũng ra mắt năm 1975. Nó có thiết kế truyền thống hơn nhiều so với Synchronar, với các tế bào pin mặt trời đặt trên mặt số đồng hồ – kiểu thiết kế sau này trở thành chuẩn mực cho hầu hết đồng hồ năng lượng mặt trời. Một năm sau, vào năm 1976, Citizen – hiện là thương hiệu dẫn đầu thị trường đồng hồ năng lượng mặt trời – tung ra Crystron Solar Cell, chiếc đồng hồ analog chạy bằng ánh sáng đầu tiên trên thế giới và có thể xem là đồng hồ năng lượng mặt trời thực dụng đầu tiên. Các hãng khác góp phần tiên phong và phổ biến đồng hồ năng lượng mặt trời giai đoạn đầu bao gồm Casio, Junghans và Seiko.

Pin đồng hồ năng lượng mặt trời có cần thay không?

Dù đồng hồ năng lượng mặt trời thường có tuổi thọ vượt trội so với đồng hồ thạch anh thông thường, cuối cùng pin của chúng vẫn cần được thay thế. Trung bình, cứ khoảng 10 năm bạn sẽ cần thay pin mới cho đồng hồ năng lượng mặt trời, nhưng một số mẫu có thể bền hơn. Ví dụ, Cartier tuyên bố pin trong mẫu Tank Must Solarbeat của họ kéo dài “ít nhất” 16 năm mà không cần thay (so với 8 năm của các dòng thạch anh cao cấp của Cartier). TAG Heuer bảo hành 10 năm cho đồng hồ và 15 năm cho pin của dòng Solargraph. Ngoài ra, nhiều người dùng Casio cũng chia sẻ rằng đồng hồ năng lượng mặt trời của họ dùng được hơn 20 năm mà không cần thay pin. Tóm lại, pin đồng hồ năng lượng mặt trời rất bền.

Việc thay pin cho đồng hồ năng lượng mặt trời cũng khá đơn giản và dễ hiểu. Tuy nhiên, đồng hồ năng lượng mặt trời không thể sử dụng pin kiềm thông thường như đồng hồ thạch anh bình thường: những loại pin đó không được thiết kế để sạc lại, nên đồng hồ năng lượng mặt trời cần loại pin sạc đặc biệt. Đây là điều bạn cần lưu ý nếu muốn tự thay pin. Ngoài ra, đáng chú ý là nhiều người vội cho rằng đồng hồ năng lượng mặt trời của họ cần thay pin mới hoặc bị hỏng, trong khi thực tế nó chỉ cần được sạc thêm. Nếu bạn bắt gặp một chiếc đồng hồ năng lượng mặt trời đã bị bỏ không nhiều năm, hãy thử để nó dưới ánh nắng trực tiếp vài ngày – bạn có thể bất ngờ khi thấy nó hoạt động trở lại!

Đồng hồ năng lượng mặt trời có thể sạc bằng ánh sáng nhân tạo không?

Có – đồng hồ năng lượng mặt trời không nhất thiết phải cần ánh nắng trực tiếp để sạc, nên nếu bạn sống ở nơi nhiều mây hoặc một quốc gia có mùa đông khắc nghiệt, bạn vẫn hoàn toàn có thể sở hữu một chiếc đồng hồ như vậy. Đèn trong nhà hay đèn bàn cũng có thể sạc cho đồng hồ năng lượng mặt trời, dù tốc độ sạc sẽ chậm hơn rất nhiều. Như đã đề cập, các mẫu đồng hồ năng lượng mặt trời hiện đại không cần phơi nắng quá lâu để duy trì hoạt động trong nhiều ngày.

Đồng hồ năng lượng mặt trời có thân thiện với môi trường không?

Chiếc Casio G-Shock G5600BG-1 chạy bằng năng lượng mặt trời như trên không chỉ có bộ máy năng lượng mặt trời mà còn được làm từ nhựa tái chế, giúp nó thân thiện với môi trường hơn hầu hết các loại đồng hồ khác.

So với đồng hồ thạch anh thông thường thì sao? Vì đồng hồ năng lượng mặt trời có thể dùng lâu hơn rất nhiều giữa các lần thay pin, chúng tốt hơn cho môi trường so với đồng hồ thạch anh trung bình, và vì thế thường được quảng bá là “thân thiện với môi trường” hoặc “bền vững”. Tuy nhiên, xét tổng thể, đồng hồ năng lượng mặt trời vẫn kém thân thiện và bền vững hơn đồng hồ cơ, bởi chúng vẫn cần thay pin sau một thời gian, trong khi đồng hồ cơ (nếu được bảo dưỡng tốt) có thể hoạt động hàng thập kỷ, thậm chí hàng trăm năm.

Xem thêm:

Citizen Eco Drive: Sự phát triển của đồng hồ năng lượng mặt trời từ những năm 1970 đến nay

Hướng dẫn cơ bản về đồng hồ chạy bằng năng lượng mặt trời