Allikas: teaduslikult
Enamik tänapäeva päikesepaneele hõivab päikesevalgust ja muundab selle elektrienergiaks ainult taeva poole. Kui päikesepaneeli tume alumine külg suudab ka maapinnast peegelduvat päikesevalgust teisendada, võib see tekitada veelgi rohkem elektrit.
Kahepoolsed päikesepatareid võimaldavad paneelidel juba vertikaalselt maapinnal või katustel istuda ja isegi horisontaalselt bensiinijaama varikatusena, kuid pole täpselt teada, kui palju elektrienergiat need paneelid kokku võivad saada või raha, mida nad saaksid kokku hoida.
Uus termodünaamiline valem paljastab, et kahepoolsed paneelid moodustavad bifaksiaalsed elemendid tekitavad elektrienergiale keskmiselt 15% kuni 20% rohkem päikesevalgust kui tänapäeva ühepoolsete päikesepaneelide monofaalsed elemendid, võttes arvesse erinevaid maastikke, näiteks rohtu, liiva, betoon ja mustus.
Kahe Purdue ülikooli füüsiku välja töötatud valemit saab kasutada minutitega kõige suurema elektrienergia arvutamiseks, mida bifaasilised päikesepatareid saaksid tekitada erinevates keskkondades, nagu need on määratletud termodünaamilise piirmääraga.
"Valem hõlmab lihtsalt lihtsat kolmnurka, kuid äärmiselt keeruka füüsikalise probleemi destilleerimiseks sellele elegantselt lihtsale formuleerimisele kulus aastaid modelleerimist ja uurimistööd. See kolmnurk aitab ettevõtetel teha paremaid otsuseid järgmise põlvkonna päikesepatareide investeeringute kohta ja mõelda, kuidas kujundada et nad oleksid tõhusamad, "ütles Purdue esindaja Jai N. Gupta elektri- ja arvutitehnika professor Muhammad" Ashraf "Alam.
Alam ja kaasautor Ryyan Khan, kes on nüüd Bangladeshi East West University abiprofessor, näitasid ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences ka seda, kuidas saab valemit kasutada kõigi päikeseelementide termodünaamiliste piiride arvutamiseks viimase 50 aasta jooksul. Neid tulemusi saab üldistada tehnoloogiale, mida tõenäoliselt arendatakse järgmise 20 kuni 30 aasta jooksul.
Loodetavasti aitavad need arvutused päikeseenergiafarmidel kasutada bifaasilisi rakke täiel määral ära nende kasutamisel.
"Monofaassete rakkude kuluefektiivsel ilmumisel kulus peaaegu 50 aastat," sõnas Alam. "Tehnoloogia on olnud märkimisväärselt edukas, kuid me teame nüüd, et me ei saa enam nende efektiivsust märkimisväärselt tõsta ega kulusid vähendada. Meie valem juhendab ja kiirendab bifaasilise tehnoloogia arengut kiiremas ajaskaalas."
Võimalik, et paber sai matemaatika õigeks ajaks lahendatud: ekspertide hinnangul moodustavad bifaasilised päikesepatareid aastaks 2030 peaaegu poole päikesepaneelide turuosast kogu maailmas.
Alami lähenemist nimetatakse "Shockley-Queisseri kolmnurgaks", kuna see tugineb teadlaste William Shockley ja Hans-Joachim Queisseri tehtud ennustustele monofaasse päikesepatarei maksimaalse teoreetilise efektiivsuse kohta. Selle maksimaalse punkti ehk termodünaamilise piiri saab tuvastada allapoole kaldu sirge graafikul, mis moodustab kolmnurga kuju.
Valem näitab, et bifaasiliste päikesepatareide efektiivsuse suurenemine suureneb pinnalt peegelduva valguse korral. Märgatavalt rohkem energiat muundatakse näiteks betoonist peegelduva valguse korral, võrreldes taimkattega pinnaga.
Teadlased kasutavad valemit, et soovitada tihedamalt asustatud linnades põllumaade paneelide ja hoonete akende paremat kahetahulist kujundust. Läbipaistvad kahepoolsed paneelid võimaldavad päikeseenergia tootmist põllumaal ilma varjude tekitamiseta, mis blokeeriksid taimekasvatuse. Samal ajal aitaks hoonete bifaasiakende loomine linnadel rohkem taastuvenergiat kasutada.
Selles soovitatakse ka viise, kuidas maksimeerida kahetahuliste rakkude potentsiaali, manipuleerides pooljuhtematerjalide, nn ristmike vahel, piiride arvuga, mis hõlbustab elektrivoolu. Üksikute ristmikega bifakaalsed rakud annavad monofaassete rakkude suhtes suurima efektiivsuse kasvu.
"Suhteline juurdekasv on väike, kuid absoluutne juurdekasv on märkimisväärne. Kui ristmike arvu suurendate, kaotate esialgse suhtelise kasu, kuid absoluutne juurdekasv kasvab jätkuvalt," sõnas Khan.
Paberis esitatud valem on põhjalikult valideeritud ja on ettevõtetele kasutamiseks valmis, kui nad otsustavad, kuidas bifaasilisi rakke kujundada.
