Источник: sciencedaily
Большинство современных солнечных панелей улавливают солнечный свет и преобразуют его в электричество только со стороны, обращенной к небу. Если темная нижняя сторона солнечной панели также может преобразовывать солнечный свет, отраженный от земли, может генерироваться еще больше электричества.
Двухсторонние солнечные элементы уже позволяют панелям располагаться вертикально на земле или на крышах и даже горизонтально как навес бензоколонки, но точно не известно, сколько электричества эти панели могли бы в конечном итоге генерировать или сколько денег они могли бы сэкономить.
Новая термодинамическая формула показывает, что бифациальные элементы, составляющие двухсторонние панели, генерируют в среднем на 15-20% больше солнечного света для электричества, чем однофазные элементы современных односторонних солнечных панелей, принимая во внимание различную местность, такую как трава, песок, бетон и грязь.
Формула, разработанная двумя физиками Университета Пердью, может быть использована для расчета в считанные минуты наибольшего количества электричества, которое бифациальные солнечные элементы могут генерировать в различных средах, что определяется термодинамическим пределом.
«Формула включает в себя всего лишь простой треугольник, но для решения чрезвычайно сложной проблемы физики в этой элегантно простой формулировке потребовались годы моделирования и исследований. Этот треугольник поможет компаниям принимать более обоснованные решения об инвестициях в солнечные элементы следующего поколения и выяснить, как проектировать они должны быть более эффективными », - сказал Мухаммад« Ашраф »Алам, профессор электротехники и вычислительной техники Пердью Джай Н. Гупта.
В статье, опубликованной в Слушаниях Национальной академии наук, Алам и соавтор Райан Хан, ныне доцент Восточно-Западного университета в Бангладеш, также показывают, как формула может быть использована для расчета термодинамических пределов всех солнечных элементов, разработанных в последние 50 лет. Эти результаты могут быть обобщены для технологии, которая может быть разработана в течение следующих 20-30 лет.
Надежда состоит в том, что эти расчеты помогут солнечным фермам в полной мере использовать бифациальные клетки на более раннем этапе их использования.
«Потребовалось почти 50 лет, чтобы однофазные клетки появились в поле экономически эффективным способом», - сказал Алам. «Технология была чрезвычайно успешной, но теперь мы знаем, что больше не можем значительно повысить их эффективность или снизить стоимость. Наша формула будет направлять и ускорять развитие двухсторонней технологии в более короткие сроки».
Возможно, документ был решен вовремя: по оценкам экспертов, к 2030 году биферические солнечные элементы будут составлять почти половину доли рынка солнечных панелей во всем мире.
Подход Алама называется «треугольник Шокли-Кейссера», поскольку он основан на прогнозах, сделанных исследователями Уильямом Шокли и Хансом-Йоахимом Кейссером, в отношении максимальной теоретической эффективности однофазного солнечного элемента. Эта максимальная точка или термодинамический предел могут быть определены на нисходящем наклонном графике, который образует треугольную форму.
Формула показывает, что прирост эффективности бифациальных солнечных элементов увеличивается с отражением света от поверхности. Например, значительно больше энергии будет преобразовано из света, отраженного от бетона, по сравнению с поверхностью с растительностью.
Исследователи используют формулу, чтобы рекомендовать лучшие двухсторонние конструкции для панелей на сельскохозяйственных угодьях и окон зданий в густонаселенных городах. Прозрачные двухсторонние панели позволяют генерировать солнечную энергию на сельскохозяйственных угодьях, не создавая теней, которые блокировали бы производство сельскохозяйственных культур. Между тем, создание двухсторонних окон для зданий поможет городам использовать больше возобновляемой энергии.
В документе также рекомендуются способы максимизации потенциала бифациальных ячеек путем манипулирования количеством границ между полупроводниковыми материалами, называемыми соединениями, которые облегчают поток электричества. Биофациальные клетки с единичными контактами обеспечивают наибольший прирост эффективности по сравнению с монофациальными клетками.
«Относительный выигрыш невелик, но абсолютный выигрыш значителен. Вы теряете начальный относительный выигрыш, когда увеличиваете количество переходов, но абсолютный выигрыш продолжает расти», - сказал Хан.
Формула, подробно изложенная в документе, была тщательно проверена и готова для использования компаниями, когда они решают, как конструировать бифациальные клетки.