Zdroj: vedecký
Väčšina súčasných solárnych panelov zachytáva slnečné svetlo a prevádza ho na elektrickú energiu iba zo strany smerujúcej k oblohe. Ak by tmavá spodná strana solárneho panelu mohla tiež premieňať slnečné svetlo odrazené od zeme, mohla by sa vyrobiť ešte viac elektriny.
Obojstranné solárne články už panely umožňujú vertikálne sedieť na zemi alebo na strechách a dokonca vodorovne ako baldachýn benzínovej stanice, ale nebolo presne známe, koľko elektrickej energie by tieto panely mohli nakoniec vyrobiť, alebo peniaze, ktoré by mohli ušetriť.
Nový termodynamický vzorec odhaľuje, že bifaciálne články tvoriace obojstranné panely generujú v priemere o 15% až 20% viac slnečného svetla na elektrinu ako monofaciálne bunky dnešných jednostranných solárnych panelov, pričom sa zohľadňujú rôzne terény, ako napríklad tráva, piesok, betón a nečistoty.
Vzorec, ktorý vyvinuli dvaja fyzici z Purdue University, sa môže použiť na výpočet množstva elektrickej energie, ktorú by bifaciálne solárne články mohli generovať v priebehu niekoľkých minút, ako je definované termodynamickým limitom.
„Vzorec zahŕňa iba jednoduchý trojuholník, ale destiláciu extrémne komplikovaného problému fyziky do tejto elegantne jednoduchej formulácie vyžaduje roky modelovania a výskumu. Tento trojuholník pomôže spoločnostiam robiť lepšie rozhodnutia o investíciách do solárnych článkov budúcej generácie a zistiť, ako navrhnúť aby boli efektívnejšie, “uviedol Mohamed„ Ašraf “Alam, profesor elektrotechniky a informatiky v Purdue Jai N. Gupta.
V príspevku uverejnenom v zborníku Národnej akadémie vied Alam a spoluautor Ryyan Khan, teraz asistent profesora na East West University v Bangladéši, tiež ukazujú, ako sa dá vzorec použiť na výpočet termodynamických limitov všetkých solárnych článkov vyvinutých v posledných 50 rokov. Tieto výsledky sa dajú zovšeobecniť na technológiu, ktorá sa pravdepodobne vyvinie v priebehu nasledujúcich 20 až 30 rokov.
Dúfame, že tieto výpočty pomôžu solárnym farmám plne využívať bifaciálne bunky skôr, ako sa používajú.
„Trvalo takmer 50 rokov, kým sa monofaciálne bunky ukázali v teréne nákladovo efektívnym spôsobom,“ uviedol Alam. „Táto technológia bola pozoruhodne úspešná, ale teraz vieme, že už nemôžeme výrazne zvýšiť ich efektivitu alebo znížiť náklady. Náš vzorec bude usmerňovať a urýchľovať vývoj bifaciálnej technológie v rýchlejšom časovom meradle.“
Papier sa mohol vyrovnať matematike práve včas: odborníci odhadujú, že do roku 2030 budú bifaciálne solárne články predstavovať takmer polovicu podielu na trhu solárnych panelov na celom svete.
Alamov prístup sa nazýva „Shockley-Queisserov trojuholník“, pretože vychádza z predpovedí vedcov William Shockleyho a Hans-Joachima Queissera o maximálnej teoretickej účinnosti monofaciálneho solárneho článku. Tento maximálny bod alebo termodynamický limit možno identifikovať na zostupnom čiare, ktorá tvorí trojuholníkový tvar.
Vzorec ukazuje, že zvýšenie účinnosti bifaciálnych solárnych článkov sa zvyšuje so svetlom odrazeným od povrchu. Napríklad významne väčšie množstvo energie by sa premenilo na svetlo odrazené od betónu v porovnaní s povrchom s vegetáciou.
Vedci používajú tento vzorec na odporúčanie lepších dvojfázových návrhov panelov na poľnohospodárskej pôde a okien budov v husto obývaných mestách. Priehľadné obojstranné panely umožňujú výrobu slnečnej energie na poľnohospodárskej pôde bez vrhania tieňov, ktoré by blokovali rastlinnú výrobu. Medzitým by vytvorenie dvojstranných okien pre budovy pomohlo mestám využívať viac obnoviteľnej energie.
Článok tiež odporúča spôsoby, ako maximalizovať potenciál bifaciálnych buniek manipuláciou s počtom hraníc medzi polovodičovými materiálmi, ktoré sa nazývajú spoje, ktoré uľahčujú tok elektrickej energie. Bifaciálne bunky s jednoduchými spojeniami poskytujú najväčší nárast účinnosti v porovnaní s monofaciálnymi bunkami.
"Relatívny zisk je malý, ale absolútny zisk je významný. Pri zvyšovaní počtu križovatiek strácate počiatočný relatívny úžitok, ale absolútny zisk naďalej stúpa," uviedol Khan.
Vzorec, ktorý je podrobne opísaný v tomto dokumente, bol dôkladne validovaný a je pripravený na použitie spoločnosťami pri rozhodovaní o tom, ako navrhnúť bifaciálne bunky.