Fonte: sciencedaily
A maioria dos painéis solares de hoje captura a luz solar e a converte em eletricidade apenas do lado voltado para o céu. Se a parte inferior escura de um painel solar também pudesse converter a luz solar refletida no solo, ainda mais eletricidade poderia ser gerada.
As células solares de dupla face já estão permitindo que os painéis se posicionem verticalmente em terra ou nos telhados e até horizontalmente como o dossel de um posto de gasolina, mas não se sabe exatamente quanta eletricidade esses painéis poderiam gerar ou o dinheiro que poderiam economizar.
Uma nova fórmula termodinâmica revela que as células bifaciais que compõem os painéis de dois lados geram, em média, 15% a 20% mais luz solar em eletricidade do que as células monofaciais dos atuais painéis solares de um lado, levando em consideração terrenos diferentes, como grama, areia, concreto e sujeira.
A fórmula, desenvolvida por dois físicos da Universidade de Purdue, pode ser usada para calcular em minutos a maior quantidade de eletricidade que as células solares bifaciais poderiam gerar em uma variedade de ambientes, conforme definido por um limite termodinâmico.
"A fórmula envolve apenas um triângulo simples, mas a destilação do problema físico extremamente complicado para essa formulação elegantemente simples exigiu anos de modelagem e pesquisa. Esse triângulo ajudará as empresas a tomar melhores decisões sobre investimentos em células solares da próxima geração e descobrir como projetar eles sejam mais eficientes ", disse Muhammad" Ashraf "Alam, professor de Engenharia Elétrica e Computação de Jai N. Gupta, de Purdue.
Em um artigo publicado no Proceedings da Academia Nacional de Ciências, Alam e o co-autor Ryyan Khan, agora professor assistente da East West University em Bangladesh, também mostram como a fórmula pode ser usada para calcular os limites termodinâmicos de todas as células solares desenvolvidas em nos últimos 50 anos. Esses resultados podem ser generalizados para a tecnologia que provavelmente será desenvolvida nos próximos 20 a 30 anos.
A esperança é que esses cálculos ajudem as fazendas solares a tirar o máximo proveito das células bifaciais mais cedo em seu uso.
"Demorou quase 50 anos para as células monofaciais aparecerem no campo de uma maneira econômica", disse Alam. "A tecnologia foi notavelmente bem-sucedida, mas agora sabemos que não podemos mais aumentar significativamente sua eficiência ou reduzir o custo. Nossa fórmula guiará e acelerará o desenvolvimento da tecnologia bifacial em uma escala de tempo mais rápida".
O artigo pode ter acertado as contas bem a tempo: os especialistas estimam que, até 2030, as células solares bifaciais representarão quase metade da participação no mercado de painéis solares em todo o mundo.
A abordagem de Alam é chamada de "triângulo de Shockley-Queisser", uma vez que se baseia em previsões feitas pelos pesquisadores William Shockley e Hans-Joachim Queisser sobre a máxima eficiência teórica de uma célula solar monofacial. Esse ponto máximo, ou o limite termodinâmico, pode ser identificado em um gráfico de linhas inclinadas para baixo que forma uma forma de triângulo.
A fórmula mostra que o ganho de eficiência das células solares bifaciais aumenta com a luz refletida na superfície. Significativamente mais energia seria convertida da luz refletida no concreto, por exemplo, em comparação com uma superfície com vegetação.
Os pesquisadores usam a fórmula para recomendar melhores desenhos bifaciais para painéis em terras agrícolas e janelas de edifícios em cidades densamente povoadas. Painéis transparentes de dupla face permitem que a energia solar seja gerada em terras agrícolas sem projetar sombras que bloqueariam a produção agrícola. Enquanto isso, a criação de janelas bifaciais para edifícios ajudaria as cidades a usar mais energia renovável.
O artigo também recomenda maneiras de maximizar o potencial das células bifaciais, manipulando o número de fronteiras entre os materiais semicondutores, chamados junções, que facilitam o fluxo de eletricidade. As células bifaciais com junções únicas fornecem o maior ganho de eficiência em relação às células monofaciais.
"O ganho relativo é pequeno, mas o ganho absoluto é significativo. Você perde o benefício relativo inicial à medida que aumenta o número de junções, mas o ganho absoluto continua a aumentar", disse Khan.
A fórmula, detalhada no artigo, foi completamente validada e está pronta para as empresas usarem enquanto decidem como projetar células bifaciais.
