Sursa: scientcedaily
Majoritatea panourilor solare de astăzi captează lumina soarelui și o transformă în energie electrică doar din partea orientată spre cer. Dacă partea inferioară întunecată a unui panou solar ar putea converti și lumina soarelui reflectată în pământ, s-ar putea genera și mai multă energie electrică.
Celulele solare cu două fețe permit deja panourilor să se așeze vertical pe uscat sau pe acoperișuri și chiar pe orizontală ca copertina unei benzinării, dar nu se știe cu exactitate cât de multă energie electrică ar putea genera aceste panouri sau banii pe care i-ar putea economisi.
O nouă formulă termodinamică dezvăluie faptul că celulele bifaciale care alcătuiesc panouri cu două fețe generează, în medie, 15% până la 20% mai multă lumină solară în energie electrică decât celulele monofaciale ale panourilor solare unidaterale, luând în considerare diferite terenuri precum iarba, nisipul, beton și murdărie.
Formula, dezvoltată de doi fizicieni ai Universității Purdue, poate fi utilizată pentru calcularea în câteva minute a celei mai mari electricități pe care celulele solare bifaciale le-ar putea genera într-o varietate de medii, așa cum este definită de o limită termodinamică.
"Formula implică doar un triunghi simplu, dar distilarea problemei fizice extrem de complicate la această formulare elegant simplă necesită ani de modelare și cercetare. Acest triunghi va ajuta companiile să ia decizii mai bune cu privire la investiții în celule solare de generație viitoare și să-și dea seama cum să proiecteze ei să fie mai eficienți ", a spus Muhammad" Ashraf "Alam, profesorul de inginerie electrică și computerizată, Jai N. Gupta, de la Purdue.
Într-o lucrare publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences, Alam și coautor Ryyan Khan, acum profesor asistent la East West University din Bangladesh, arată, de asemenea, modul în care formula poate fi folosită pentru a calcula limitele termodinamice ale tuturor celulelor solare dezvoltate în ultimii 50 de ani. Aceste rezultate pot fi generalizate la tehnologia care poate fi dezvoltată în următorii 20-30 de ani.
Speranța este că aceste calcule ar ajuta fermele solare să profite din plin de celulele bifaciale mai devreme în utilizarea lor.
"A fost nevoie de aproape 50 de ani pentru ca celulele monofaciale să apară pe teren într-un mod rentabil", a spus Alam. "Tehnologia a avut un succes remarcabil, dar știm acum că nu mai putem să creștem semnificativ eficiența lor sau să reducem costurile. Formula noastră va ghida și va accelera dezvoltarea tehnologiei bifaciale la o scară mai rapidă de timp."
Lucrarea ar fi putut fi rezolvată de matematica la timp: experții estimează că până în 2030, celulele solare bifaciale vor reprezenta aproape jumătate din cota de piață a panourilor solare din întreaga lume.
Abordarea lui Alam este denumită „triunghiul Shockley-Queisser”, deoarece se bazează pe predicțiile făcute de cercetătorii William Shockley și Hans-Joachim Queisser asupra eficienței teoretice maxime a unei celule solare monofaciale. Acest punct maxim sau limita termodinamică poate fi identificat pe un grafic de linie înclinată în jos care formează o formă de triunghi.
Formula arată că creșterea eficienței celulelor solare bifaciale crește odată cu lumina reflectată de la o suprafață. În mod semnificativ, mai multă putere ar fi convertită din lumina reflectată în beton, de exemplu, în comparație cu o suprafață cu vegetație.
Cercetătorii folosesc formula pentru a recomanda proiecte bifaciale mai bune pentru panourile de pe terenurile agricole și ferestrele clădirilor din orașele cu densitate mare. Panourile duble, transparente, permit generarea energiei solare pe terenurile agricole fără a arunca umbre care ar bloca producția de culturi. Între timp, crearea de ferestre bifaciale pentru clădiri ar ajuta orașele să utilizeze mai multă energie regenerabilă.
Lucrarea recomandă, de asemenea, modalități de maximizare a potențialului celulelor bifaciale prin manipularea numărului de granițe între materialele semiconductoare, numite joncțiuni, care facilitează fluxul de electricitate. Celulele bifaciale cu joncțiuni unice asigură cel mai mare câștig de eficiență în raport cu celulele monofaciale.
"Câștigul relativ este mic, dar câștigul absolut este semnificativ. Pierdeți beneficiul relativ inițial pe măsură ce creșteți numărul de joncțiuni, dar câștigul absolut continuă să crească", a spus Khan.
Formula, detaliată în lucrare, a fost complet validată și este gata pentru întreprinderi să o folosească, atunci când decid cum să proiecteze celule bifaciale.
