Avots: zinātniski
Lielākā daļa mūsdienu saules paneļu uztver saules gaismu un pārveido to elektrībā tikai no debesu puses. Ja saules paneļa tumšā apakšdaļa varētu pārveidot arī no zemes atstaroto saules gaismu, iespējams, tiktu saražots vēl vairāk elektrības.
Divpusējās saules baterijas jau tagad ļauj paneļiem sēdēt vertikāli uz sauszemes vai jumtiem un pat horizontāli kā degvielas uzpildes stacijas nojume, taču nav precīzi zināms, cik daudz elektrības šie paneļi galu galā varētu radīt, vai arī naudu, ko viņi varētu ietaupīt.
Jaunā termodinamiskā formula atklāj, ka bifaciālās šūnas, kas veido divpusējus paneļus, ģenerē vidēji par 15% līdz 20% vairāk saules gaismas, nekā mūsdienu vienpusējo saules paneļu monofāzās šūnas, ņemot vērā atšķirīgo reljefu, piemēram, zāli, smiltis, betons un netīrumi.
Divu Purdue Universitātes fiziķu izstrādāto formulu var izmantot minūtēs aprēķinot visvairāk elektroenerģijas, ko bifaciālās saules baterijas varētu saražot dažādās vidēs, kā to nosaka termodinamiskā robeža.
"Formula ietver tikai vienkāršu trīsstūri, bet ārkārtīgi sarežģītās fizikālās problēmas destilēšanai līdz šai eleganti vienkāršajai formulējumam bija nepieciešami daudz gadu modelēšana un izpēte. Šis trīsstūris palīdzēs uzņēmumiem pieņemt labākus lēmumus par ieguldījumiem nākamās paaudzes saules baterijās un izdomāt, kā noformēt lai tie būtu efektīvāki, "sacīja Muhameds" Ashraf "Alam, Purdue's Jai N. Gupta elektriskās un datortehnikas profesors.
Rakstā, kas publicēts Nacionālās Zinātņu akadēmijas Proceedings, Alam un līdzautors Ryyan Khan, tagad Bangladešas Austrumrietumu universitātes docents, parāda arī to, kā formulu var izmantot, lai aprēķinātu visu saules bateriju termodinamiskās robežas, kas izstrādātas pēdējie 50 gadi. Šos rezultātus var vispārināt tehnoloģijās, kuras, iespējams, attīstīs nākamo 20 līdz 30 gadu laikā.
Cerība ir tāda, ka šie aprēķini palīdzēs saules fermām pilnībā izmantot bifaciālo elementu priekšrocības to izmantošanā.
"Bija nepieciešami gandrīz 50 gadi, līdz monofāzās šūnas parādījās uz lauka rentablā veidā," sacīja Alams. "Šī tehnoloģija ir bijusi ļoti veiksmīga, taču mēs tagad zinām, ka mēs vairs nevaram vairs būtiski palielināt to efektivitāti vai samazināt izmaksas. Mūsu formula palīdzēs un paātrinās bifaciālās tehnoloģijas attīstību ātrākā laika posmā."
Iespējams, ka rakstā matemātika ir nokārtota tieši laikā: eksperti lēš, ka līdz 2030. gadam bifaciālās saules baterijas veidos gandrīz pusi no saules paneļu tirgus daļas visā pasaulē.
Alama pieeja tiek saukta par "Šokli-Kvesera trīsstūri", jo tā balstās uz pētnieku Viljama Šoklija un Hansa-Joahima Kvesera izteiktajām prognozēm par monofāzu saules baterijas maksimālo teorētisko efektivitāti. Šo maksimālo punktu vai termodinamisko robežu var identificēt lejupvērstā līnijas diagrammā, kas veido trīsstūra formu.
Šī formula rāda, ka bifaciālo saules bateriju efektivitātes pieaugums palielinās, gaismai atstarojoties no virsmas. Ievērojami lielāka jauda tiktu pārveidota, piemēram, no betona atstarotās gaismas, salīdzinot ar virsmu ar veģetāciju.
Pētnieki izmanto šo formulu, lai ieteiktu labākus divstāvu attēlus paneļiem lauksaimniecības zemēs un ēku logiem blīvi apdzīvotās pilsētās. Caurspīdīgi, abpusēji paneļi ļauj saules enerģiju ražot lauksaimniecības zemēs, neizmetot ēnas, kas bloķētu augkopību. Tikmēr bifaciālu logu izveidošana ēkām palīdzētu pilsētām izmantot vairāk atjaunojamās enerģijas.
Rakstā arī ieteikti veidi, kā palielināt bifaciālo šūnu potenciālu, manipulējot ar robežu skaitu starp pusvadītāju materiāliem, ko sauc par krustojumiem, kas atvieglo elektrības plūsmu. Bifaciālās šūnas ar atsevišķiem krustojumiem nodrošina vislielāko efektivitātes pieaugumu salīdzinājumā ar monofaciālajām šūnām.
"Relatīvais ieguvums ir neliels, bet absolūtais ieguvums ir ievērojams. Jūs zaudējat sākotnējo relatīvo labumu, palielinot krustojumu skaitu, bet absolūtais ieguvums turpina pieaugt," sacīja Kāns.
Rakstā sīki aprakstītā formula ir rūpīgi pārbaudīta, un tā ir gatava lietošanai uzņēmumos, kad viņi izlemj, kā noformēt bifaciālas šūnas.
