Quelle: sciencedaily
Die meisten heutigen Sonnenkollektoren fangen das Sonnenlicht ein und wandeln es nur von der zum Himmel gerichteten Seite in Strom um. Wenn die dunkle Unterseite eines Solarmoduls auch das vom Boden reflektierte Sonnenlicht umwandeln könnte, könnte noch mehr Strom erzeugt werden.
Durch doppelseitige Solarzellen können Paneele bereits vertikal auf dem Land oder auf dem Dach und sogar horizontal wie die Überdachung einer Tankstelle aufgestellt werden. Es ist jedoch nicht genau bekannt, wie viel Strom diese Paneele letztendlich erzeugen oder wie viel Geld sie sparen könnten.
Eine neue thermodynamische Formel zeigt, dass die Bifacial-Zellen, aus denen doppelseitige Paneele bestehen, im Durchschnitt 15% bis 20% mehr Sonnenlicht für den Strom erzeugen als die Monofacial-Zellen heutiger einseitiger Sonnenpaneele. Beton und Schmutz.
Die Formel, die von zwei Physikern der Purdue University entwickelt wurde, kann verwendet werden, um in wenigen Minuten den Strom zu berechnen, den bifaciale Solarzellen in einer Vielzahl von Umgebungen erzeugen können, die durch eine thermodynamische Grenze definiert sind.
"Die Formel besteht nur aus einem einfachen Dreieck, aber es erfordert jahrelange Modellierung und Forschung, um das äußerst komplizierte physikalische Problem in diese elegant einfache Formulierung umzuwandeln. Dieses Dreieck wird Unternehmen dabei helfen, bessere Entscheidungen für Investitionen in Solarzellen der nächsten Generation zu treffen und herauszufinden, wie sie zu entwerfen sind." Sie sollen effizienter sein ", sagte Muhammad" Ashraf "Alam, Purdues Jai N. Gupta-Professor für Elektrotechnik und Informationstechnik.
In einem Artikel, der in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, zeigen Alam und Co-Autor Ryyan Khan, inzwischen Assistenzprofessor an der East West University in Bangladesch, wie die Formel zur Berechnung der thermodynamischen Grenzen aller Solarzellen verwendet werden kann, die im Jahr 2004 entwickelt wurden die letzten 50 Jahre. Diese Ergebnisse lassen sich auf Technologien übertragen, die voraussichtlich in den nächsten 20 bis 30 Jahren entwickelt werden.
Die Hoffnung ist, dass diese Berechnungen den Solarparks helfen würden, die Vorteile von Bifacial-Zellen zu einem früheren Zeitpunkt ihrer Nutzung voll auszuschöpfen.
"Es dauerte fast 50 Jahre, bis monofaziale Zellen auf kostengünstige Weise im Feld auftauchten", sagte Alam. "Die Technologie war bemerkenswert erfolgreich, aber wir wissen jetzt, dass wir ihre Effizienz nicht mehr signifikant steigern oder die Kosten senken können. Unsere Formel wird die Entwicklung der Bifacial-Technologie in einem schnelleren Zeitmaßstab leiten und beschleunigen."
Das Papier könnte die Mathematik gerade noch rechtzeitig geklärt haben: Experten schätzen, dass bifaciale Solarzellen bis 2030 fast die Hälfte des weltweiten Marktanteils für Solarmodule ausmachen werden.
Alams Ansatz wird als "Shockley-Queisser-Dreieck" bezeichnet, da er auf Vorhersagen der Forscher William Shockley und Hans-Joachim Queisser über den maximalen theoretischen Wirkungsgrad einer monofazialen Solarzelle aufbaut. Dieser maximale Punkt oder die thermodynamische Grenze kann auf einem nach unten geneigten Liniendiagramm identifiziert werden, das eine Dreieckform bildet.
Die Formel zeigt, dass der Wirkungsgrad von bifacialen Solarzellen mit dem von einer Oberfläche reflektierten Licht zunimmt. Beispielsweise würde aus dem von Beton reflektierten Licht deutlich mehr Energie umgewandelt als auf einer Fläche mit Vegetation.
Die Forscher verwenden die Formel, um bessere Flächendesigns für Paneele auf Ackerland und Fenster von Gebäuden in dicht besiedelten Städten zu empfehlen. Durchsichtige, doppelseitige Paneele ermöglichen die Erzeugung von Sonnenenergie auf Ackerland, ohne Schatten zu werfen, die die Pflanzenproduktion behindern würden. Indessen würde die Schaffung von Doppelfenstern für Gebäude den Städten helfen, mehr erneuerbare Energie zu nutzen.
Das Papier empfiehlt auch Möglichkeiten zur Maximierung des Potentials von Bifacial-Zellen durch Manipulation der Anzahl der Grenzen zwischen Halbleitermaterialien, sogenannte Junctions, die den Stromfluss erleichtern. Bifaziale Zellen mit einzelnen Übergängen bieten den größten Effizienzgewinn im Vergleich zu monofazialen Zellen.
"Der relative Gewinn ist gering, aber der absolute Gewinn ist signifikant. Sie verlieren den anfänglichen relativen Nutzen, wenn Sie die Anzahl der Übergänge erhöhen, aber der absolute Gewinn steigt weiter", sagte Khan.
Die in dem Papier beschriebene Formel wurde gründlich validiert und kann von Unternehmen bei der Entscheidung über das Design von Bifacial-Zellen verwendet werden.