A maioria dos painéis solares de hoje capturam a luz do sol e a convertem em eletricidade apenas do lado voltado para o céu. Se a parte inferior escura de um painel solar também pudesse converter a luz do sol refletida no solo, ainda mais eletricidade pode ser gerada.

As células solares de dupla face já estão permitindo que os painéis fiquem verticalmente em terra ou telhados e até mesmo horizontalmente como a cobertura 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 dupla face geram em média 15% a 20% mais luz solar em eletricidade do que as células monofaciais dos atuais painéis solares unilaterais. levando em consideração diferentes terrenos, como grama, areia, concreto e sujeira.

A fórmula, desenvolvido por dois físicos da Purdue University, pode ser usado para calcular em minutos a maior quantidade de eletricidade que as células solares bifaciais podem gerar em uma variedade de ambientes, conforme definido por um limite termodinâmico.

"A fórmula envolve apenas um triângulo simples, mas destilar o extremamente complicado problema da física a essa formulação elegantemente simples exigiu anos de modelagem e pesquisa. Este triângulo ajudará as empresas a tomar melhores decisões sobre investimentos em células solares de próxima geração e descobrir como projetá-las para serem mais eficientes, "disse Muhammad" Ashraf "Alam, Jai N. Gupta, Professor de Engenharia Elétrica e de Computação da Purdue.

Em um artigo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences , Alam e co-autor Ryyan Khan, agora um professor assistente na East West University em Bangladesh, também mostram como a fórmula pode ser usada para calcular os limites termodinâmicos de todas as células solares desenvolvidas nos últimos 50 anos. Esses resultados podem ser generalizados para tecnologias que provavelmente serão desenvolvidas nos próximos 20 a 30 anos.

A esperança é que esses cálculos ajudem as fazendas solares a tirar o máximo proveito das células bifaciais no início de seu uso.

"Demorou quase 50 anos para que as células monofaciais aparecessem no campo de forma econômica, "Alam disse." A tecnologia tem sido notavelmente bem-sucedida, mas sabemos agora que não podemos mais aumentar significativamente sua eficiência ou reduzir o custo. Nossa fórmula irá guiar e acelerar o desenvolvimento da tecnologia bifacial em uma escala de tempo mais rápida. "

O trabalho pode ter resolvido a matemática bem a tempo:os especialistas estimam que até 2030, as células solares bifaciais serão responsáveis ​​por quase metade da quota de mercado de painéis solares em todo o mundo.

A abordagem de Alam é chamada de "triângulo Shockley-Queisser, "uma vez que se baseia em previsões feitas pelos pesquisadores William Shockley e Hans-Joachim Queisser sobre a eficiência teórica máxima de uma célula solar monofacial. Este ponto máximo, ou o limite termodinâmico, podem ser identificados em um gráfico de linha inclinado 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 de uma 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 designs bifaciais para painéis em terras agrícolas e janelas de edifícios em cidades densamente povoadas. Transparente, Os painéis de dupla face permitem que a energia solar seja gerada em terras agrícolas sem lançar 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 limites entre os materiais semicondutores, chamadas junções, que facilitam o fluxo de eletricidade. As células bifaciais com junções simples 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 cruzamentos, mas o ganho absoluto continua a aumentar, "Khan disse.

A fórmula, detalhado no papel, foi exaustivamente validado e está pronto para as empresas usarem enquanto decidem como projetar células bifaciais.