Fonte: sciencedaily
La maggior parte dei pannelli solari di oggi cattura la luce solare e la converte in elettricità solo dal lato rivolto verso il cielo. Se la parte inferiore scura di un pannello solare potesse anche convertire la luce solare riflessa da terra, potrebbe essere generata ancora più elettricità.
Le celle solari a doppia faccia stanno già permettendo ai pannelli di sedersi verticalmente su terra o sui tetti e persino in orizzontale come il baldacchino di una stazione di servizio, ma non si sa esattamente quanta elettricità questi pannelli potrebbero alla fine generare o i soldi che potrebbero risparmiare.
Una nuova formula termodinamica rivela che le cellule bifacciali che compongono i pannelli bifacciali generano in media dal 15% al 20% in più di luce solare per l'elettricità rispetto alle celle monofacciali dei pannelli solari unilaterali di oggi, prendendo in considerazione diversi terreni come erba, sabbia, cemento e terra.
La formula, sviluppata da due fisici della Purdue University, può essere utilizzata per calcolare in pochi minuti la maggior quantità di elettricità che le celle solari bifacciali potrebbero generare in una varietà di ambienti, come definito da un limite termodinamico.
"La formula prevede solo un triangolo semplice, ma la distillazione del problema fisico estremamente complicato in questa formulazione elegantemente semplice ha richiesto anni di modellistica e ricerca. Questo triangolo aiuterà le aziende a prendere decisioni migliori sugli investimenti nelle celle solari di prossima generazione e capire come progettare per essere più efficienti ", ha dichiarato Muhammad" Ashraf "Alam, professore di ingegneria elettrica e informatica di Jai N. Gupta di Purdue.
In un articolo pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences, Alam e il coautore Ryyan Khan, ora professore associato presso la East West University in Bangladesh, mostrano anche come utilizzare la formula per calcolare i limiti termodinamici di tutte le celle solari sviluppate in gli ultimi 50 anni. Questi risultati possono essere generalizzati alla tecnologia che potrebbe essere sviluppata nei prossimi 20-30 anni.
La speranza è che questi calcoli aiutino le fattorie solari a sfruttare appieno le cellule bifacciali prima del loro utilizzo.
"Ci sono voluti quasi 50 anni perché le cellule monofacciali si presentassero sul campo in modo economico", ha detto Alam. "La tecnologia ha avuto un notevole successo, ma ora sappiamo che non possiamo più aumentare significativamente la loro efficienza o ridurre i costi. La nostra formula guiderà e accelererà lo sviluppo della tecnologia bifacciale su una scala temporale più rapida."
Il documento avrebbe potuto risolvere la matematica appena in tempo: gli esperti stimano che entro il 2030 le celle solari bifacciali rappresenteranno quasi la metà della quota di mercato dei pannelli solari in tutto il mondo.
L'approccio di Alam è chiamato "triangolo di Shockley-Queisser", poiché si basa sulle previsioni fatte dai ricercatori William Shockley e Hans-Joachim Queisser sulla massima efficienza teorica di una cella solare monofacciale. Questo punto massimo, o limite termodinamico, può essere identificato su un grafico a linee inclinato verso il basso che forma una forma triangolare.
La formula mostra che il guadagno di efficienza delle celle solari bifacciali aumenta con la luce riflessa da una superficie. Significativamente più energia verrebbe convertita dalla luce riflessa dal cemento, ad esempio, rispetto a una superficie con vegetazione.
I ricercatori usano la formula per raccomandare migliori progetti bifacciali per pannelli su terreni agricoli e finestre di edifici in città densamente popolate. I pannelli trasparenti a doppia faccia consentono di generare energia solare sui terreni agricoli senza proiettare ombre che potrebbero bloccare la produzione agricola. Nel frattempo, la creazione di finestre bifacciali per gli edifici aiuterebbe le città a utilizzare più energia rinnovabile.
Il documento raccomanda anche modi per massimizzare il potenziale delle cellule bifacciali manipolando il numero di confini tra materiali semiconduttori, chiamati giunzioni, che facilitano il flusso di elettricità. Le cellule bifacciali con giunzioni singole forniscono il maggiore guadagno di efficienza rispetto alle cellule monofacciali.
"Il guadagno relativo è piccolo, ma il guadagno assoluto è significativo. Si perde il vantaggio relativo iniziale quando si aumenta il numero di giunzioni, ma il guadagno assoluto continua a salire", ha detto Khan.
La formula, dettagliata nel documento, è stata completamente convalidata ed è pronta per essere utilizzata dalle aziende quando decidono come progettare le cellule bifacciali.
