来自“黑暗面”的太阳能通过新公式解锁

 
当今大多数太阳能电池板只能从面向天空的一侧捕获阳光并将其转化为电能。如果太阳能电池板的深色底面也可以转换从地面反射的阳光，则可能会产生更多的电能。
双面太阳能电池已经使电池板可以垂直放置在地面或屋顶上，甚至可以水平放置在加油站的机盖中，但是目前尚不清楚这些电池板最终可以产生多少电能或可以节省多少钱。
一个新的热力学公式表明，考虑到不同的地形(例如草皮，沙子，太阳等)，构成双面面板的双面电池比如今的单面太阳能电池板的单面电池平均多产生15%至20%的太阳光转化为电能。混凝土和污垢。
由普渡大学的两位物理学家开发的公式可用于在几分钟内计算出双面太阳能电池在各种环境下(由热力学极限定义)可产生的最大电量。
“该公式仅包含一个简单的三角形，但将极其复杂的物理问题提炼为这种优雅而简单的公式，需要进行多年的建模和研究。该三角形将帮助公司对下一代太阳能电池的投资做出更好的决策，并弄清楚如何设计从而提高效率。”普渡大学电子与计算机工程系Jai N. Gupta教授Muhammad“ Ashraf” Alam说道。
在《美国国家科学院院刊》上发表的一篇论文中，阿拉姆和合著者里扬·汗(Ryyan Khan)现在是孟加拉国东西大学的助理教授，他还展示了如何使用该公式计算在印度开发的所有太阳能电池的热力学极限。最近50年。这些结果可以推广到可能在未来20到30年内开发的技术。
希望这些计算将有助于太阳能发电场在其使用初期充分利用双面电池。
“单面细胞以一种经济有效的方式出现在该领域中花了将近50年的时间，”阿拉姆说。 “这项技术已经取得了巨大的成功，但是我们现在知道我们不再能够显着提高其效率或降低成本。我们的公式将指导并加快双面技术的发展。”
该论文可能已经及时解决了数学问题：专家估计，到2030年，双面太阳能电池将占全球太阳能电池板市场份额的近一半。
Alam的方法被称为“ Shockley-Queisser三角”，因为它基于研究人员William Shockley和Hans-Joachim Queisser对单面太阳能电池的最大理论效率的预测。可以在形成三角形的向下倾斜的线图中识别此最大点或热力学极限。
该公式表明，双面太阳能电池的效率增益随表面反射的光而增加。与具有植被的表面相比，例如，从混凝土反射的光将转换出更多的功率。
研究人员使用该公式为人口密集的城市的农田面板和建筑物的窗户推荐了更好的双面设计。透明的双面面板允许在农田上产生太阳能，而不会产生会阻碍农作物生产的阴影。同时，为建筑物创建双面窗户将有助于城市使用更多可再生能源。
该论文还提出了通过控制半导体材料之间的边界数量(称为结)来最大程度地提高双面电池的潜力的方法，这些边界有利于电流的流动。相对于单面电池，具有单连接的双面电池可提供最大的效率提升。
汗说：“相对增益很小，但是绝对增益却很大。随着结数的增加，您会失去最初的相对利益，但是绝对增益会继续上升。”