Физика

Для солнечных батарей рассчитали термодинамические пределы

John Parnell/Getty Images

Исследователи из Университета Пердью разработали формулу для вычисления количества энергии, генерируемого двусторонней солнечной батареей. Их статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Большинство современных солнечных панелей улавливают солнечный свет и преобразуют его в электричество только со стороны, обращенной к Солнцу. Но на «темную сторону» тоже попадает часть излучения, которое можно было бы преобразовать в электричество.

Двусторонние солнечные батареи уже позволяют располагать панели вертикально на земле или крышах и даже горизонтально, как навес. Но до сих пор оставалось непонятно, насколько эти панели эффективнее обычных, какой они имеют коэффициент полезного действия и сколько денег позволят сэкономить.

В новом исследовании ученые Университета Пердью вывели формулу, которая показывает, что двусторонние ячейки, составляющие солнечные панели, позволяют достичь прироста в 15–20% по сравнению с ячейками односторонних солнечных панелей. Ученые даже приняли во внимание местность, на которой располагается солнечная электростанция. Авторы работы также показывают, как формула может быть использована для расчета термодинамических пределов всех солнечных элементов, разработанных за последние 50 лет. Эти результаты можно применить к технологиям, которые, вероятно, будут разработаны в течение следующих 20–30 лет.

Формула показывает, что коэффициент эффективности двусторонних солнечных элементов увеличивается с повышением количества отраженного от поверхности света. Это значит, что панель, стоящая, например, не бетоне, будет эффективнее той, что расположена на траве, так как в первом случае от материала поверхности отражается больше света, который затем попадает на теневую сторону.

Исследователи также использовали новую формулу, чтобы выделить наилучшие конструкции двусторонних панелей для сельского хозяйства и окон зданий в густонаселенных городах. Прозрачные двусторонние панели позволяют вырабатывать солнечную энергию на сельскохозяйственных землях, не отбрасывая при этом тень, которая бы мешала росту растений. А создание двусторонних окон для зданий поможет городам использовать больше возобновляемых источников энергии.

В статье также предлагаются способы максимизации потенциала таких солнечных ячеек с помощью изменения числа границ между полупроводниковыми материалами. Двусторонние элементы с одиночными соединениями обеспечивают самое большое увеличение эффективности по сравнению с односторонними.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.