La mayoría de los paneles solares de hoy capturan la luz solar y la convierten en electricidad solo desde el lado que mira hacia el cielo. Si la parte inferior oscura de un panel solar también pudiera convertir la luz solar reflejada en el suelo, podría generarse aún más electricidad.
Las células solares de doble cara ya están permitiendo que los paneles se asienten verticalmente en tierra o en los tejados e incluso horizontalmente como el dosel de una estación de servicio, pero no se sabe exactamente cuánta electricidad podrían generar estos paneles o el dinero que podrían ahorrar.
Una nueva fórmula termodinámica revela que las células bifaciales que forman paneles de doble cara generan en promedio entre un 15% y un 20% más de luz solar que las células monofaciales de los paneles solares de una sola cara de hoy en día, teniendo en cuenta diferentes terrenos como el césped, la arena, Hormigón y tierra.
La fórmula, desarrollada por dos físicos de la Universidad de Purdue, se puede utilizar para calcular en minutos la mayor cantidad de electricidad que las células solares bifaciales podrían generar en una variedad de entornos, según lo definido por un límite termodinámico.
"La fórmula involucra solo un triángulo simple, pero resolver el problema físico extremadamente complicado de esta formulación elegante y simple requirió años de modelado e investigación. Este triángulo ayudará a las compañías a tomar mejores decisiones sobre inversiones en células solares de próxima generación y descubrir cómo diseñar que sean más eficientes ", dijo Muhammad" Ashraf "Alam, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática de Purdue Jai N. Gupta.
En un artículo publicado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, Alam y el coautor Ryyan Khan, ahora profesor asistente en la East West University en Bangladesh, también muestran cómo la fórmula se puede usar para calcular los límites termodinámicos de todas las células solares desarrolladas en los últimos 50 años. Estos resultados pueden generalizarse a la tecnología que probablemente se desarrolle en los próximos 20 a 30 años.
La esperanza es que estos cálculos ayuden a las granjas solares a aprovechar al máximo las células bifaciales antes en su uso.
"Les tomó casi 50 años a las células monofaciales aparecer en el campo de una manera rentable", dijo Alam. "La tecnología ha sido notablemente exitosa, pero ahora sabemos que ya no podemos aumentar significativamente su eficiencia o reducir el costo. Nuestra fórmula guiará y acelerará el desarrollo de tecnología bifacial en una escala de tiempo más rápida".
El documento podría haber resuelto las matemáticas justo a tiempo: los expertos estiman que para 2030, las células solares bifaciales representarán casi la mitad de la cuota de mercado de los paneles solares en todo el mundo.
El enfoque de Alam se llama el "triángulo de Shockley-Queisser", ya que se basa en las predicciones hechas por los investigadores William Shockley y Hans-Joachim Queisser sobre la máxima eficiencia teórica de una célula solar monofacial. Este punto máximo, o el límite termodinámico, se puede identificar en un gráfico de línea inclinada hacia abajo que forma una forma triangular.
La fórmula muestra que la ganancia de eficiencia de las células solares bifaciales aumenta con la luz reflejada desde una superficie. Significativamente, se convertiría más energía de la luz reflejada del hormigón, por ejemplo, en comparación con una superficie con vegetación.
Los investigadores utilizan la fórmula para recomendar mejores diseños bifaciales para paneles en tierras de cultivo y ventanas de edificios en ciudades densamente pobladas. Los paneles transparentes de doble cara permiten generar energía solar en tierras de cultivo sin proyectar sombras que bloqueen la producción de cultivos. Mientras tanto, la creación de ventanas bifaciales para edificios ayudaría a las ciudades a utilizar más energía renovable.
El documento también recomienda formas de maximizar el potencial de las células bifaciales mediante la manipulación de la cantidad de límites entre los materiales semiconductores, llamados uniones, que facilitan el flujo de electricidad. Las células bifaciales con uniones simples proporcionan la mayor ganancia de eficiencia en relación con las células monofaciales.
"La ganancia relativa es pequeña, pero la ganancia absoluta es significativa. Se pierde el beneficio relativo inicial a medida que aumenta el número de uniones, pero la ganancia absoluta continúa aumentando", dijo Khan.
La fórmula, detallada en el documento, ha sido validada a fondo y está lista para que las empresas la utilicen cuando decidan cómo diseñar células bifaciales.
Esta investigación fue parcialmente apoyada por la National Science Foundation con el premio 1724728.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad de Purdue. Original escrito por Kayla Wiles. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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