Źródło: sciencedaily
Większość dzisiejszych paneli słonecznych przechwytuje światło słoneczne i przekształca je w elektryczność tylko z boku skierowanego w stronę nieba. Jeśli ciemny spód panelu słonecznego może również przekształcać światło słoneczne odbite od ziemi, może powstać jeszcze więcej prądu.
Dwustronne ogniwa słoneczne umożliwiają już panelom osadzanie się pionowo na lądzie lub dachach, a nawet poziomo jako baldachim stacji benzynowej, ale nie wiadomo dokładnie, ile energii elektrycznej te panele mogłyby ostatecznie wytworzyć ani jakie pieniądze mogłyby zaoszczędzić.
Nowa formuła termodynamiczna ujawnia, że ogniwa dwufazowe tworzące panele dwustronne wytwarzają średnio o 15% do 20% więcej światła słonecznego na energię elektryczną niż ogniwa jednofazowe dzisiejszych jednostronnych paneli słonecznych, biorąc pod uwagę inny teren, taki jak trawa, piasek, beton i brud.
Formuła opracowana przez dwóch fizyków z Uniwersytetu Purdue może zostać wykorzystana do obliczenia w ciągu kilku minut największej ilości energii elektrycznej, jaką bifacial ogniwa słoneczne mogłyby wytworzyć w różnych środowiskach, zgodnie z ograniczeniem termodynamicznym.
„Formuła obejmuje tylko prosty trójkąt, ale przekazanie niezwykle skomplikowanego problemu fizyki do tej elegancko prostej formuły wymagało lat modelowania i badań. Ten trójkąt pomoże firmom w podejmowaniu lepszych decyzji dotyczących inwestycji w ogniwa słoneczne nowej generacji i wymyśleniu, jak zaprojektować są bardziej wydajne ”, powiedział Muhammad„ Ashraf ”Alam, Jai N. Gupta, profesor Purdue, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej.
W artykule opublikowanym w Proceedings of National Academy of Sciences Alam i współautor Ryyan Khan, obecnie asystent profesora na East West University w Bangladeszu, pokazują również, w jaki sposób można zastosować tę formułę do obliczenia granic termodynamicznych wszystkich ogniw słonecznych opracowanych w ostatnie 50 lat. Wyniki te można uogólnić na technologię, która prawdopodobnie zostanie opracowana w ciągu najbliższych 20–30 lat.
Mamy nadzieję, że te obliczenia pomogą farmom słonecznym w pełni wykorzystać ogniwa bifacial we wcześniejszym użyciu.
„Komórki jednoczęściowe zajęły prawie 50 lat w opłacalny sposób” - powiedział Alam. „Technologia ta okazała się niezwykle skuteczna, ale wiemy teraz, że nie możemy już znacznie zwiększyć jej wydajności ani obniżyć kosztów. Nasza formuła poprowadzi i przyspieszy rozwój technologii bifacial w szybszym czasie”.
Gazeta mogła ustalić matematykę w samą porę: eksperci szacują, że do 2030 r. Dwufazowe ogniwa słoneczne będą stanowić prawie połowę udziału w rynku paneli słonecznych na całym świecie.
Podejście Alama nazywa się „trójkątem Shockley-Queisser”, ponieważ opiera się na przewidywaniach naukowców Williama Shockleya i Hansa-Joachima Queissera dotyczących maksymalnej wydajności teoretycznej jednofazowego ogniwa słonecznego. Ten maksymalny punkt lub granicę termodynamiczną można zidentyfikować na wykresie linii nachylonej w dół, który tworzy kształt trójkąta.
Wzór pokazuje, że wzrost wydajności dwufazowych ogniw słonecznych rośnie wraz ze światłem odbijanym od powierzchni. Znacząco większa moc byłaby przetwarzana na przykład na światło odbite od betonu w porównaniu z powierzchnią z roślinnością.
Naukowcy wykorzystują tę formułę, aby zalecić lepsze projekty bifacial dla paneli na polach uprawnych i okien budynków w gęsto zaludnionych miastach. Przezroczyste, dwustronne panele umożliwiają wytwarzanie energii słonecznej na polach uprawnych bez rzucania cieni, które blokowałyby produkcję roślinną. Tymczasem tworzenie dwufazowych okien dla budynków pomogłoby miastom w wykorzystaniu większej ilości energii odnawialnej.
W artykule zalecono również sposoby maksymalizacji potencjału komórek dwufazowych poprzez manipulowanie liczbą granic między materiałami półprzewodnikowymi, zwanymi połączeniami, które ułatwiają przepływ prądu. Komórki dwufazowe z pojedynczymi połączeniami zapewniają największy przyrost wydajności w stosunku do komórek jednoczęściowych.
„Względny zysk jest niewielki, ale zysk absolutny jest znaczący. Tracisz początkową korzyść względną, gdy zwiększasz liczbę skrzyżowań, ale zysk bezwzględny nadal rośnie”, powiedział Khan.
Formuła, szczegółowo opisana w artykule, została gruntownie zweryfikowana i jest gotowa do wykorzystania przez firmy, gdy decydują o tym, jak zaprojektować komórki dwufazowe.
