Πηγή: sciencedaily
Τα περισσότερα από τα σημερινά ηλιακά πάνελ συλλαμβάνουν το ηλιακό φως και το μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια μόνο από την πλευρά που βλέπει στον ουρανό. Αν η σκοτεινή κάτω επιφάνεια ενός ηλιακού πίνακα μπορεί επίσης να μετατρέψει το ηλιακό φως που αντανακλάται στο έδαφος, μπορεί να δημιουργηθεί ακόμα περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια.
Τα ηλιακά κύτταρα διπλής όψης επιτρέπουν ήδη τα πάνελ να κάθονται κατακόρυφα στη γη ή στις στέγες και ακόμη και οριζόντια ως θόλος ενός βενζινάδους, αλλά δεν ήταν γνωστό ακριβώς πόση ηλεκτρική ενέργεια θα μπορούσαν τελικά να δημιουργήσουν αυτά τα πάνελ ή τα χρήματα που θα μπορούσαν να εξοικονομήσουν.
Μια νέα θερμοδυναμική φόρμουλα αποκαλύπτει ότι τα διφασικά κύτταρα που συνθέτουν πάνελ διπλής όψης παράγουν κατά μέσο όρο 15% έως 20% περισσότερο ηλιακό φως στην ηλεκτρική ενέργεια από τα μονοφασικά κύτταρα των σημερινών μονόπλευρων ηλιακών συλλεκτών, λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικά εδάφη όπως γρασίδι, άμμο, σκυρόδεμα και ακαθαρσίες.
Ο τύπος, που αναπτύχθηκε από δύο φυσικούς του Πανεπιστημίου Purdue, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό σε λίγα λεπτά του μεγαλύτερου δυναμικού ηλεκτρικής ενέργειας που θα μπορούσαν να παράγουν δύο ηλιακά κύτταρα σε διάφορα περιβάλλοντα, όπως ορίζεται από ένα θερμοδυναμικό όριο.
"Ο τύπος περιλαμβάνει μόνο ένα απλό τρίγωνο, αλλά η απόσταξη του εξαιρετικά περίπλοκου προβλήματος της φυσικής σε αυτό το κομψά απλό σκεύασμα απαιτούσε χρόνια μοντελοποίησης και έρευνας. Αυτό το τρίγωνο θα βοηθούσε τις εταιρείες να λαμβάνουν καλύτερες αποφάσεις για επενδύσεις σε ηλιακά κύτταρα νέας γενιάς και να υπολογίζουν πώς να σχεδιάζουν να είναι πιο αποτελεσματικά ", δήλωσε ο Μωάμεθ" Άσραφ "Αλάμ, καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Purdue Jai N. Gupta.
Σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, ο Alam και ο συνάδελφος Ryyan Khan, τώρα βοηθός καθηγητής στο East West University του Μπαγκλαντές, δείχνουν επίσης πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο τύπος για τον υπολογισμό των θερμοδυναμικών ορίων όλων των ηλιακών κυττάρων που αναπτύσσονται τα τελευταία 50 χρόνια. Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να γενικευθούν στην τεχνολογία που ενδέχεται να αναπτυχθεί τα επόμενα 20 έως 30 χρόνια.
Η ελπίδα είναι ότι αυτοί οι υπολογισμοί θα βοηθήσουν τις ηλιακές εκμεταλλεύσεις να επωφεληθούν πλήρως από τα διχρωματικά κύτταρα νωρίτερα στη χρήση τους.
"Χρειάστηκαν σχεδόν 50 χρόνια για να εμφανιστούν μονοφασικά κύτταρα στο πεδίο με οικονομικά αποδοτικό τρόπο", δήλωσε ο Alam. "Η τεχνολογία είναι εξαιρετικά επιτυχημένη, αλλά τώρα γνωρίζουμε ότι δεν μπορούμε να αυξήσουμε σημαντικά την αποδοτικότητά τους ούτε να μειώσουμε το κόστος. Η φόρμουλα μας θα καθοδηγήσει και θα επιταχύνει την ανάπτυξη της διωνυμικής τεχνολογίας σε ταχύτερη χρονική κλίμακα".
Το χαρτί μπορεί να έχει πάρει τα μαθηματικά εγκατεστημένα ακριβώς εγκαίρως: οι εμπειρογνώμονες εκτιμούν ότι μέχρι το 2030, τα διφασικά ηλιακά κύτταρα θα αντιπροσωπεύουν σχεδόν το ήμισυ του μεριδίου αγοράς για ηλιακούς συλλέκτες παγκοσμίως.
Η προσέγγιση του Alam ονομάζεται "τρίγωνο Shockley-Queisser", καθώς βασίζεται στις προβλέψεις των ερευνητών William Shockley και Hans-Joachim Queisser σχετικά με τη μέγιστη θεωρητική απόδοση ενός μονοφασικού ηλιακού στοιχείου. Αυτό το μέγιστο σημείο ή το θερμοδυναμικό όριο μπορεί να αναγνωριστεί σε ένα γράφημα γραμμής προς τα κάτω που σχηματίζει ένα σχήμα τριγώνου.
Ο τύπος δείχνει ότι η αύξηση της αποδοτικότητας των διφασικών ηλιακών κυψελών αυξάνεται με το φως που ανακλάται από την επιφάνεια. Σημαντικά περισσότερη δύναμη θα μετατρέπεται από το φως που αντανακλάται από το σκυρόδεμα, για παράδειγμα, σε σύγκριση με μια επιφάνεια με βλάστηση.
Οι ερευνητές χρησιμοποιούν τη φόρμουλα για να προτείνουν καλύτερα διμερή σχέδια για πάνελ σε γεωργικές εκτάσεις και παράθυρα κτιρίων σε πυκνοκατοικημένες πόλεις. Οι διαφανείς, διπλής όψης πίνακες επιτρέπουν την παραγωγή ηλιακής ενέργειας σε γεωργικές εκτάσεις χωρίς χύτευση σκιών που θα εμπόδιζαν την καλλιέργεια. Εν τω μεταξύ, η δημιουργία αμφίδρομων παραθύρων για κτίρια θα βοηθούσε τις πόλεις να χρησιμοποιούν περισσότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Το έγγραφο συνιστά επίσης τρόπους για τη μεγιστοποίηση του δυναμικού των διχρωματικών κυψελών με το χειρισμό του αριθμού των ορίων μεταξύ υλικών ημιαγωγών, που ονομάζονται κόμβοι, που διευκολύνουν τη ροή ηλεκτρισμού. Τα διχρωματικά κύτταρα με μονές συνδέσεις παρέχουν το μεγαλύτερο κέρδος απόδοσης σε σχέση με τα μονοφασικά κύτταρα.
"Το σχετικό κέρδος είναι μικρό, αλλά το απόλυτο κέρδος είναι σημαντικό. Χάνετε το αρχικό σχετικό όφελος καθώς αυξάνετε τον αριθμό των κόμβων, αλλά το απόλυτο κέρδος συνεχίζει να αυξάνεται", δήλωσε ο Khan.
Ο τύπος που περιγράφεται λεπτομερώς στο έγγραφο έχει επικυρωθεί διεξοδικά και είναι έτοιμος για χρήση από τις εταιρείες, καθώς αποφασίζουν πώς να σχεδιάζουν τα δύο κυψελιδικά κύτταρα.