Zdroj: sciusalaily
Většina dnešních solárních panelů zachycuje sluneční světlo a přeměňuje jej na elektřinu pouze ze strany obrácené k obloze. Pokud by tmavá spodní strana solárního panelu mohla také přeměnit sluneční světlo odrážející se od země, mohla by se vytvořit ještě více elektřiny.
Oboustranné solární články již umožňují panelům svisle sedět na zemi nebo na střechách a dokonce i vodorovně jako baldachýn čerpací stanice, ale nebylo přesně známo, kolik elektřiny by tyto panely mohly nakonec vyrobit, nebo peníze, které by mohly ušetřit.
Nový termodynamický vzorec ukazuje, že bifaciální buňky vytvářející oboustranné panely generují v průměru o 15 až 20% více slunečního světla na elektřinu než monofaciální buňky dnešních jednostranných solárních panelů, přičemž se bere v úvahu jiný terén, jako je tráva, písek, beton a nečistoty.
Vzorec vyvinutý dvěma fyziky z Purdue University lze použít k výpočtu elektřiny, kterou by bifaciální solární články mohly v minutách generovat v různých prostředích, jak je definováno termodynamickým limitem.
„Vzorec zahrnuje pouze jednoduchý trojúhelník, ale destilování extrémně komplikovaného fyzického problému do této elegantně jednoduché formulace vyžaduje roky modelování a výzkumu. Tento trojúhelník pomůže společnostem lépe se rozhodovat o investicích do solárních článků příští generace a zjistit, jak navrhnout aby byli efektivnější, “řekl Muhammad„ Ašraf “Alam, profesor elektrotechniky a informatiky na Purdue Jai N. Gupta.
V příspěvku publikovaném ve Sborníku Národní akademie věd Alam a spoluautor Ryyan Khan, nyní asistent profesora na East West University v Bangladéši, také ukazují, jak lze vzorec použít k výpočtu termodynamických limitů všech solárních článků vyvinutých v posledních 50 let. Tyto výsledky lze zobecnit na technologii, která bude pravděpodobně vyvinuta v příštích 20 až 30 letech.
Doufáme, že tyto výpočty pomohou solárním farmám plně využít výhod bifaciálních buněk dříve v jejich používání.
"Trvalo téměř 50 let, než se monofaciální buňky ukázaly v terénu nákladově efektivním způsobem," řekl Alam. „Technologie byla pozoruhodně úspěšná, ale víme, že již nyní nemůžeme výrazně zvýšit jejich efektivitu nebo snížit náklady. Náš vzorec povede a urychluje vývoj bifaciální technologie v rychlejším časovém měřítku.“
Papír mohl matematiku usadit právě včas: odborníci odhadují, že do roku 2030 budou bifakční solární články představovat téměř polovinu tržního podílu solárních panelů na celém světě.
Alamův přístup se nazývá „Shockley-Queisserův trojúhelník“, protože vychází z předpovědí vědců William Shockleyho a Hans-Joachima Queissera o maximální teoretické účinnosti monofaciálního solárního článku. Tento maximální bod nebo termodynamický limit lze identifikovat na sestupném liniovém grafu, který tvoří trojúhelníkový tvar.
Vzorec ukazuje, že zvýšení účinnosti dvousměrných solárních článků se zvyšuje se světlem odrazeným od povrchu. Výrazně více energie by bylo přeměněno například na světlo odrážející se z betonu, například ve srovnání s povrchem s vegetací.
Vědci používají tento vzorec k tomu, aby doporučili lepší dvoustranné návrhy pro panely na zemědělské půdě a okna budov v hustě obydlených městech. Průhledné oboustranné panely umožňují generovat sluneční energii na zemědělské půdě bez vrhání stínů, které by blokovaly produkci plodin. Mezitím by vytvoření dvoustranných oken pro budovy pomohlo městům využívat více obnovitelné energie.
Příspěvek také doporučuje způsoby, jak maximalizovat potenciál bifaciálních buněk manipulací s počtem hranic mezi polovodičovými materiály, nazývanými křižovatky, které usnadňují tok elektřiny. Bifaciální buňky s jednoduchými křižovatkami poskytují největší nárůst účinnosti ve srovnání s monofaciálními buňkami.
"Relativní zisk je malý, ale absolutní zisk je významný. Při zvyšování počtu křižovatek ztrácíte počáteční relativní užitek, ale absolutní zisk stále roste," řekl Khan.
Vzorec, podrobně popsaný v tomto článku, byl důkladně ověřen a je připraven pro použití společnostmi při rozhodování o tom, jak navrhnout bifaciální buňky.
