Källa: sciencedaily
De flesta av dagens solpaneler fångar solljus och omvandlar det till elektricitet endast från den sida som vetter mot himlen. Om den mörka undersidan av en solpanel också kan omvandla solljus reflekterat från marken, kan ännu mer el genereras.
Dubbelsidiga solceller gör det redan möjligt för paneler att sitta vertikalt på land eller på hustak och till och med horisontellt som en takstation för en bensinstation, men det har inte varit känt exakt hur mycket el dessa paneler i slutändan skulle kunna generera eller de pengar de kunde spara.
En ny termodynamisk formel avslöjar att bifacialcellerna som utgör dubbelsidiga paneler genererar i genomsnitt 15% till 20% mer solljus till elektricitet än monofacialcellerna i dagens ensidiga solpaneler, med hänsyn tagen till olika terräng som gräs, sand, betong och smuts.
Formeln, utvecklad av två Purdue-universitetsfysiker, kan användas för att på några minuter beräkna den mest elektricitet som bifaciala solceller kan generera i en mängd olika miljöer, som definieras av en termodynamisk gräns.
"Formeln innebär bara en enkel triangel, men destillerar det extremt komplicerade fysikproblemet till denna eleganta enkla formulering som krävs år av modellering och forskning. Denna triangel hjälper företag att fatta bättre beslut om investeringar i nästa generations solceller och ta reda på hur de kan utforma dem för att vara mer effektiva, "sade Muhammad" Ashraf "Alam, Purdues Jai N. Gupta professor i elektroteknik och datateknik.
I en artikel publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences visar Alam och medförfattare Ryyan Khan, nu biträdande professor vid East West University i Bangladesh, också hur formeln kan användas för att beräkna de termodynamiska gränserna för alla solceller som utvecklats i de senaste 50 åren. Dessa resultat kan generaliseras till teknik som sannolikt kommer att utvecklas under de kommande 20 till 30 åren.
Förhoppningen är att dessa beräkningar skulle hjälpa solfarmer att dra full nytta av bifacialceller tidigare i deras användning.
"Det tog nästan 50 år för monofacialceller att dyka upp i fältet på ett kostnadseffektivt sätt," sade Alam. "Tekniken har varit anmärkningsvärt framgångsrik, men vi vet nu att vi inte kan öka deras effektivitet längre eller sänka kostnaderna. Vår formel kommer att vägleda och påskynda utvecklingen av bifacial teknik på en snabbare tidsskala."
Papperet kan ha fått matematiken avgjort precis i tid: experter uppskattar att år 2030 kommer bifaciala solceller att stå för nästan hälften av marknadsandelen för solpaneler världen över.
Alams tillvägagångssätt kallas "Shockley-Queisser-triangeln", eftersom den bygger på förutsägelser gjorda av forskarna William Shockley och Hans-Joachim Queisser på den maximala teoretiska effektiviteten för en monofacial solcell. Denna maximala punkt, eller den termodynamiska gränsen, kan identifieras på en nedåt sluttande linjediagram som bildar en triangelform.
Formeln visar att effektiviteten i bifaciala solceller ökar med ljus reflekterat från en yta. Betydligt mer kraft skulle omvandlas från ljus reflekterat av betong, till exempel jämfört med en yta med vegetation.
Forskarna använder formeln för att rekommendera bättre bifacial design för paneler på jordbruksmark och fönstren i byggnader i tätbefolkade städer. Genomskinliga, dubbelsidiga paneler gör det möjligt att generera solenergi på jordbruksmark utan att kasta skuggor som skulle blockera skörden. Samtidigt skulle det att skapa bifaciala fönster för byggnader hjälpa städerna att använda mer förnybar energi.
Uppsatsen rekommenderar också sätt att maximera potentialen i bifacialceller genom att manipulera antalet gränser mellan halvledarmaterial, kallade korsningar, som underlättar flödet av elektricitet. Bifacialceller med enstaka övergångar ger den största effektivitetsförstärkningen relativt monofacialceller.
"Den relativa vinsten är liten, men den absoluta vinsten är betydande. Du förlorar den initiala relativa fördelen när du ökar antalet korsningar, men den absoluta vinsten fortsätter att stiga," sade Khan.
Formeln, som beskrivs i uppsatsen, har validerats noggrant och är redo för företag att använda när de bestämmer sig för hur man utformar bifacialceller.
