Джерело: sciencedaily
Більшість сучасних сонячних панелей захоплюють сонячне світло і перетворюють його на електрику лише з боку, що звернена до неба. Якщо темна нижня сторона сонячної панелі також могла б перетворити сонячне світло, відбитесь від землі, може бути вироблено ще більше електроенергії.
Двосторонні сонячні батареї вже дозволяють панелям сидіти вертикально на землі або на дахах і навіть горизонтально, як навіс АЗС, але невідомо точно, скільки електроенергії ці панелі могли в кінцевому рахунку генерувати або грошей, які вони могли заощадити.
Нова термодинамічна формула показує, що двофазні клітини, що складаються з двосторонніх панелей, генерують в середньому на 15% до 20% більше сонячного світла електроенергії, ніж однофазні клітини сьогоднішніх однобічних сонячних панелей, беручи до уваги різні місцевості, такі як трава, пісок, бетон і бруд.
Формула, розроблена двома фізиками університету Purdue, може бути використана для обчислення за лічені хвилини найбільшої кількості електроенергії, яку могли б генерувати двофазні сонячні батареї в різних середовищах, визначених термодинамічним обмеженням.
"Формула передбачає просто простий трикутник, але перегонка надзвичайно складної проблеми фізики для цього елегантно простого формулювання вимагала років моделювання та досліджень. Цей трикутник допоможе компаніям приймати більш якісні рішення щодо інвестицій у сонячні батареї нового покоління та з'ясувати, як проектувати вони будуть ефективнішими ", - сказав Мухаммед" Ашраф "Алам, професор Джей Н. Гупта з Перд'ю, електричного та комп'ютерного машинобудування.
У праці, опублікованій у матеріалах Національної академії наук, Алам та співавтор Райян Хан, зараз доцент Університету Східного Заходу в Бангладеш, також показують, як формула може бути використана для обчислення термодинамічних меж усіх сонячних батарей, розроблених у останні 50 років. Ці результати можна узагальнити до технологій, які, ймовірно, будуть розвиватися протягом найближчих 20 - 30 років.
Сподіваємось, що ці підрахунки допоможуть сонячним фермам повністю скористатися двофазними клітинами раніше, ніж вони користуються.
"Минуло майже 50 років, щоб однофазні клітини з'явилися в полі рентабельно", - сказав Алам. "Технологія була надзвичайно успішною, але зараз ми знаємо, що більше не можемо значно підвищити їх ефективність або зменшити вартість. Наша формула буде керувати та прискорювати розвиток двофазних технологій у більш швидких часових масштабах".
Документ, можливо, вдався до врегулювання математики: експерти вважають, що до 2030 року двофазні сонячні батареї становитимуть майже половину частки ринку сонячних батарей у всьому світі.
Підхід Алама називають "трикутником Шоклі-Квіссера", оскільки він ґрунтується на прогнозах, зроблених дослідниками Вільямом Шоклі та Гансом-Йоахімом Кейссером щодо максимальної теоретичної ефективності однофазної сонячної батареї. Цю максимальну точку або термодинамічну межу можна ідентифікувати на похилому графіку вниз, що утворює форму трикутника.
Формула показує, що підвищення ефективності двофазних сонячних елементів збільшується зі світлом, відбитим від поверхні. Значно більше енергії буде перетворено, наприклад, від світла, відбитого від бетону, наприклад, порівняно з поверхнею з рослинністю.
Дослідники використовують формулу, щоб рекомендувати кращі двофазні конструкції для панелей сільськогосподарських угідь та вікон будівель у густонаселених містах. Прозорі двосторонні панелі дозволяють генерувати сонячну енергію на сільськогосподарських угіддях без лиття тіней, які б блокували вирощування сільськогосподарських культур. Тим часом створення двофазних вікон для будівель допомогло б містам використовувати більше відновлюваної енергії.
У статті також рекомендуються способи максимізувати потенціал двофазних осередків, маніпулюючи кількістю меж між напівпровідниковими матеріалами, що називаються стиками, що полегшують потік електрики. Двофасові клітини з одинарними з'єднаннями забезпечують найбільше підвищення ефективності відносно однофазних клітин.
"Відносний приріст невеликий, але абсолютний приріст значний. Ви втрачаєте початкову відносну вигоду, збільшуючи кількість переходів, але абсолютний приріст продовжує зростати", - сказав Хан.
Формула, докладно викладена в статті, була ретельно затверджена і готова для компаній використовувати їх, коли вони вирішують, як проектувати двофазні клітини.
