Ученые рассчитали мощность двухсторонних солнечных батарей

Исследователи из Университета Пердью представили новую формулу, позволяющую оценить потенциал двухсторонних солнечных батарей.

Большинство современных устройств захватывает и преобразует свет только лицевой поверхностью. Если задняя сторона также сможет обрабатывать отраженное излучение, мощность системы повысится. Двусторонние солнечные батареи уже позволяют монтировать установки вертикально или горизонтально, как навесы. Но максимальная мощность систем или обеспечиваемая ими экономия была неизвестна. Ученые из Университета Пердью ответили на этот вопрос, сообщает sciencedaily.com. Результаты работы команды представлены в журнале PNAS.

Новая термодинамическая формула показала, что двусторонние батареи, в среднем, генерируют на 15-20% больше электричества, чем односторонние аналоги. Ученые учли влияние разных поверхностей, вроде травы, песка, бетона или земли. Формула позволяет быстро рассчитать максимальную мощность устройства в разных условиях, определенную термодинамическим лимитом.

«Она включает простой треугольник, но объясняет невероятно сложные физические проблемы. Формула поможет компаниям лучше принимать решения по инвестированию в следующие поколения солнечных батарей. разработчики могут использовать ее для совершенствования дизайна», — сказал профессор Мухаммад «Ашфар» Аллам.

Вместе с соавтором, Райаном Ханом, сейчас – доцентом Восточно-западного университета Бангладеша, специалист показал, как формула рассчитывает термодинамический лимит изготовленных за последние 50 лет солнечных батарей. Результаты можно обобщить для технологий, которые могут появиться в следующие 20-30 лет. Авторы надеются, что расчеты помогут солнечным электростанциям полностью реализовать потенциал двусторонних батарей.

«Односторонним устройствам потребовалось почти 50 лет, чтобы стать экономически эффективными, — сказал Аллам. – Технология стала успешной, но мы понимаем, что больше не можем значительно повысить производительность или снизить стоимость. Формула покажет, как ускорить разработку двусторонних систем».

Исследование выглядит своевременным. Эксперты предсказывают, что к 2030 году двусторонние устройства займут половину мирового рынка солнечных батарей.

Подход авторов называется треугольником Шокли-Квайссера. Формула показывает, что эффективность двусторонних устройств увеличивается за счет отраженного света. Бетон отразит больше лучей, чем трава. Формула легла в основу рекомендаций для фермерских земель и густонаселенных городов. Прозрачные двусторонние панели можно устанавливать на посадках без затенения. В городах такие устройства позволят использовать больше возобновляемой энергии.

Специалисты также описали способы повышения эффективности системы за счет манипуляций с количеством границ между полупроводниковыми материалами. Устройства с одним переходом имеют максимальный прирост КПД относительно односторонних батарей.