03.01.2020
Двухсторонние солнечные панели выполняют функции навеса бензоколонки Shell в Атланте, США. Новая формула точно показывает, сколько электроэнергии могут вырабатывать двухсторонние панели по сравнению с обычными односторонними панелями, что помогает лучше понять, как они спроектированы.
(Фото Lumos Solar)
Современные солнечные батареи улавливают солнечный свет и преобразуют его в электричество только с той стороны, которая обращена к небу. Если же темная нижняя сторона солнечной панели также сможет преобразовывать солнечный свет, отраженный от земли, ее производительность резко возрастет.
Двухсторонние солнечные элементы уже позволяют располагать панели вертикально на земле или на крышах, либо горизонтально, как навес бензоколонки (на фото). Пока точно не известно, сколько электричества эти панели могли бы в конечном итоге генерировать или сколько денег они помогают сэкономить.
Новая термодинамическая формула показывает, что бифациальные элементы, составляющие двухсторонние солнечные панели, генерируют в среднем на 15-20% больше солнечного света для электричества, чем монофазные элементы современных односторонних панелей, принимая во внимание различные поверхности (грязь, песок, бетон и др.).
Формула, разработанная двумя физиками Университета Пердью, может быть использована для расчета наибольшего количества электричества, в считанные минуты, того, что бифациальные солнечные элементы будут генерировать в различных средах, что определяется термодинамическим пределом.
Мухаммад« Ашраф Алам, профессор электротехники и вычислительной техники Университета Пердью, сказал: «Формула включает в себя простой треугольник. Но для решения чрезвычайно сложной проблемы в этой элегантно простой формулировке потребовались годы исследований. Этот треугольник поможет компаниям принимать более обоснованные решения об инвестициях в солнечные элементы следующего поколения и точно определить, какое расположение сделает их более эффективными».
В статье, опубликованной в Слушаниях Национальной академии наук, Алам и его соавтор Райан Хан, доцент Восточно-Западного университета в Бангладеше, показывают, как формула может быть использована для расчета термодинамических пределов всех солнечных элементов. Эти результаты могут быть обобщены для технологии, которая будет создана в следующие 20-30 лет. Расчеты помогут солнечным фермам в полной мере использовать бифациальные клетки на раннем этапе.
«Потребовалось почти 50 лет, чтобы однофазные клетки появились в поле экономически эффективным способом. Технология была чрезвычайно успешной, но теперь мы знаем, что больше не можем значительно повысить их эффективность или снизить стоимость. Наша формула будет направлять и ускорять развитие двухсторонней технологии в более короткие сроки» - сказал Алам.
Все произошло вовремя, ведь по оценкам экспертов, к 2030 году биферические солнечные элементы будут составлять почти 50% доли рынка солнечных панелей в мире.
Подход Алама называется «треугольник Шокли-Кейссера», так как основан на прогнозах исследователей Уильяма Шокли и Ханса-Йоахима Кейссера, в отношении максимальной теоретической эффективности однофазного солнечного элемента. Эта максимальная точка или термодинамический предел могут быть определены на нисходящем наклонном графике, который образует треугольную форму.
Формула показывает, что прирост эффективности бифациальных солнечных элементов увеличивается с отражением света от поверхности. Например, значительно больше энергии будет преобразовано из света, отраженного от бетона, по сравнению с растительной поверхностью.
Исследователи используют формулу, чтобы рекомендовать лучшие двухсторонние конструкции для панелей на сельскохозяйственных угодьях и окнах зданий в городах. Прозрачные двухсторонние солнечные панели позволяют генерировать солнечную энергию на сельскохозяйственных угодьях, не создавая теней, которые блокируют рост культур. Между тем, создание двухсторонних окон для зданий поможет городам использовать больше возобновляемой энергии.
Формула, подробно изложенная в документе, была тщательно проверена и уже готова для использования компаниями, решающими, как проектировать бифациальные клетки.