La maggior parte dei pannelli solari odierni cattura la luce solare e la converte in elettricità solo dal lato rivolto verso il cielo. Se la parte inferiore scura di un pannello solare potesse anche convertire la luce solare riflessa dal suolo, potrebbe essere generata ancora più elettricità.

Le celle solari a doppia faccia stanno già consentendo ai pannelli di sedersi verticalmente a terra o sui tetti e persino orizzontalmente come il baldacchino di una stazione di servizio, ma non si sa esattamente quanta elettricità potrebbero generare questi pannelli o quanto denaro potrebbero risparmiare.

Una nuova formula termodinamica rivela che le celle bifacciali che compongono i pannelli a doppia faccia generano in media dal 15% al ​​20% di luce solare in più rispetto all'elettricità rispetto alle celle monofacciali degli odierni pannelli solari unilaterali, prendendo in considerazione diversi terreni come erba, sabbia, cemento e sporco.

La formula, sviluppato da due fisici della Purdue University, può essere utilizzato per calcolare in pochi minuti la maggior quantità di elettricità che le celle solari bifacciali potrebbero generare in una varietà di ambienti, come definito da un limite termodinamico.

"La formula prevede solo un semplice triangolo, ma distillare il problema di fisica estremamente complicato in questa formulazione elegantemente semplice ha richiesto anni di modellazione e ricerca. Questo triangolo aiuterà le aziende a prendere decisioni migliori sugli investimenti nelle celle solari di prossima generazione e a capire come progettarle per essere più efficienti, " disse Muhammad "Ashraf" Alam, Jai N. Gupta di Purdue Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica.

In un articolo pubblicato su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , Alam e il coautore Ryyan Khan, ora assistente professore alla East West University in Bangladesh, mostrano anche come la formula può essere utilizzata per calcolare i limiti termodinamici di tutte le celle solari sviluppate negli ultimi 50 anni. Questi risultati possono essere generalizzati alla tecnologia che sarà probabilmente sviluppata nei prossimi 20-30 anni.

La speranza è che questi calcoli aiutino i parchi solari a sfruttare appieno le celle bifacciali prima del loro utilizzo.

"Ci sono voluti quasi 50 anni perché le cellule monofacciali si presentassero sul campo in modo conveniente, " ha detto Alam. "La tecnologia ha avuto un notevole successo, ma ora sappiamo che non possiamo più aumentare significativamente la loro efficienza o ridurre i costi. La nostra formula guiderà e accelererà lo sviluppo della tecnologia bifacciale in tempi più rapidi".

Il documento potrebbe aver risolto i conti appena in tempo:gli esperti stimano che entro il 2030, le celle solari bifacciali rappresenteranno quasi la metà della quota di mercato dei pannelli solari in tutto il mondo.

L'approccio di Alam è chiamato "triangolo di Shockley-Queisser, " poiché si basa sulle previsioni fatte dai ricercatori William Shockley e Hans-Joachim Queisser sulla massima efficienza teorica di una cella solare monofacciale. Questo punto massimo, o il limite termodinamico, può essere identificato su un grafico a linee inclinate verso il basso che forma una forma triangolare.

La formula mostra che il guadagno di efficienza delle celle solari bifacciali aumenta con la luce riflessa da una superficie. Significativamente più energia verrebbe convertita dalla luce riflessa dal cemento, Per esempio, rispetto ad una superficie con vegetazione.

I ricercatori usano la formula per raccomandare migliori design bifacciali per i pannelli sui terreni agricoli e le finestre degli edifici nelle città densamente popolate. Trasparente, i pannelli a doppia faccia consentono di generare energia solare sui terreni agricoli senza proiettare ombre che bloccherebbero la produzione agricola. Nel frattempo, la creazione di finestre bifacciali per gli edifici aiuterebbe le città a utilizzare più energia rinnovabile.

Il documento raccomanda anche modi per massimizzare il potenziale delle cellule bifacciali manipolando il numero di confini tra i materiali semiconduttori, chiamate giunzioni, che facilitano il flusso di energia elettrica. Le cellule bifacciali con singole giunzioni forniscono il maggiore guadagno di efficienza rispetto alle cellule monofacciali.

"Il guadagno relativo è piccolo, ma il guadagno assoluto è significativo. Perdi il beneficio relativo iniziale all'aumentare del numero di svincoli, ma il guadagno assoluto continua a salire, "  ha detto Khan.

La formula, dettagliato nel documento, è stato accuratamente convalidato ed è pronto per l'uso da parte delle aziende che decidono come progettare celle bifacciali.