Kilde: sciencedaily
De fleste af dagens solpaneler fanger sollys og konverterer det til elektricitet kun fra den side, der vender mod himlen. Hvis den mørke underside af et solcellepanel også kunne konvertere sollys, der reflekteres fra jorden, kan der muligvis genereres endnu mere elektricitet.
Tosidede solceller gør det allerede muligt for paneler at sidde lodret på land eller tagterrasser og endda vandret som baldakin på en tankstation, men det har ikke været vidst nøjagtigt, hvor meget elektricitet disse paneler i sidste ende kunne generere eller de penge, de kunne spare.
En ny termodynamisk formel afslører, at de bifaciale celler, der udgør dobbeltsidede paneler, i gennemsnit genererer 15% til 20% mere sollys til elektricitet end de monofaciale celler i nutidens ensidige solpaneler under hensyntagen til forskellige terræn som græs, sand, beton og snavs.
Formlen, udviklet af to fysikere fra Purdue University, kan bruges til at beregne på få minutter den mest elektricitet, som bifaciale solceller kunne generere i forskellige miljøer, som defineret ved en termodynamisk grænse.
"Formlen involverer bare en enkel trekant, men destillerer det ekstremt komplicerede fysikproblem til denne elegant enkle formulering, der kræves mange års modellering og forskning. Denne trekant vil hjælpe virksomheder med at træffe bedre beslutninger om investeringer i næste generations solceller og finde ud af, hvordan de designer dem for at være mere effektive, ”sagde Muhammad“ Ashraf ”Alam, Purdues Jai N. Gupta professor i elektrisk og computerteknologi.
I en artikel offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences viser Alam og medforfatter Ryyan Khan, nu adjunkt ved East West University i Bangladesh, også, hvordan formlen kan bruges til at beregne de termodynamiske grænser for alle solceller udviklet i de sidste 50 år. Disse resultater kan generaliseres til teknologi, der sandsynligvis vil blive udviklet i løbet af de næste 20 til 30 år.
Håbet er, at disse beregninger vil hjælpe solfarmer med at drage fuld fordel af bifaciale celler tidligere i deres anvendelse.
"Det tog næsten 50 år for monofaciale celler at dukke op i marken på en omkostningseffektiv måde," sagde Alam. "Teknologien har været bemærkelsesværdigt vellykket, men vi ved nu, at vi ikke længere kan øge deres effektivitet markant eller reducere omkostningerne. Vores formel vil guide og fremskynde udviklingen af bifacial teknologi på en hurtigere tidsskala."
Papiret har måske fået matematikken afgjort lige i tide: eksperter vurderer, at i 2030 vil bifaciale solceller tegne sig for næsten halvdelen af markedsandelen for solcellepaneler over hele verden.
Alams tilgang kaldes "Shockley-Queisser-trekanten", da den bygger på forudsigelser foretaget af forskerne William Shockley og Hans-Joachim Queisser om den maksimale teoretiske effektivitet af en monofacial solcelle. Dette maksimale punkt eller den termodynamiske grænse kan identificeres på en nedad skråt linjegraf, der danner en trekantform.
Formlen viser, at effektiviteten af bifaciale solceller stiger med lys reflekteret fra en overflade. Betydelig mere kraft vil blive konverteret fra lys, der reflekteres af beton, for eksempel sammenlignet med en overflade med vegetation.
Forskerne bruger formlen til at anbefale bedre bifaciale design til paneler på landbrugsjord og vinduer i bygninger i tætbefolkede byer. Gennemsigtige, dobbeltsidede paneler tillader, at der produceres solenergi på landbrugsareal uden at støbe skygger, der kan blokere afgrødeproduktionen. I mellemtiden ville oprettelse af bifaciale vinduer til bygninger hjælpe byerne med at bruge mere vedvarende energi.
Papiret anbefaler også måder at maksimere potentialet i bifaciale celler ved at manipulere antallet af grænser mellem halvledermaterialer, kaldet kryds, der letter strømmen af elektricitet. Bifaciale celler med enkeltforbindelser tilvejebringer den største effektivitetsforøgelse i forhold til monofaciale celler.
"Den relative gevinst er lille, men den absolutte gevinst er betydelig. Du mister den oprindelige relative fordel, når du øger antallet af kryds, men den absolutte gevinst fortsætter med at stige," sagde Khan.
Formlen, der er beskrevet i papiret, er blevet grundigt valideret og er klar til at virksomheder kan bruge, da de beslutter, hvordan de designer bifaciale celler.
