出典：sciencedaily
今日の太陽電池パネルのほとんどは、太陽光を取り込み、空に面する側からのみ電気に変換します。 太陽電池パネルの暗い裏側が地面から反射した太陽光を変換できる場合、さらに多くの電気が生成される可能性があります。
両面太陽電池はすでに、ガソリンスタンドの天蓋のように、パネルを土地または屋上に垂直に、さらには水平に配置することを可能にしていますが、これらのパネルが最終的にどれだけの電力を生成できるか、または節約できるお金は正確にはわかっていません。
新しい熱力学的公式により、両面パネルを構成する両面セルは、草、砂などのさまざまな地形を考慮して、今日の片面ソーラーパネルの片面セルよりも、平均15％から20％多く太陽光を発電することが明らかになりました。コンクリートと汚れ。
パデュー大学の2人の物理学者によって開発された式は、熱力学的限界で定義されているように、さまざまな環境で両面太陽電池が生成できるほとんどの電気を数分で計算するために使用できます。
「式には単純な三角形が含まれますが、非常に複雑な物理問題をこのエレガントで単純な定式化するために何年ものモデリングと研究が必要です。この三角形は、企業が次世代太陽電池への投資についてより良い決定を下し、設計方法を見つけ出すのに役立ちますPurdueのJai N. Gupta電気およびコンピューターエンジニアリング教授であるMuhammad "Ashraf" Alam氏は次のように述べています。
全米科学アカデミーの論文集で発表された論文で、アラムと共著者のライアン・カーンは現在バングラデシュのイーストウェスト大学の助教授であり、この式を使用して開発されたすべての太陽電池の熱力学的限界を計算する方法も示しています過去50年間。 これらの結果は、今後20〜30年で開発される可能性が高い技術に一般化できます。
望みは、これらの計算がソーラーファームが使用の早い段階で両面セルを最大限に活用するのに役立つことです。
「モノフェイシャル細胞が費用対効果の高い方法でフィールドに現れるには、ほぼ50年かかりました」とアラムは言いました。 「この技術は目覚ましい成功を収めましたが、効率を大幅に向上させたり、コストを削減したりすることはできません。私たちの式は、より高速な時間で両面技術の開発を導き加速します。」
専門家は、2030年までに、両面太陽電池が世界のソーラーパネルの市場シェアのほぼ半分を占めると予測しています。
アラムのアプローチは、研究者ウィリアム・ショックリーとハンス・ヨアヒム・クワイザーが単面太陽電池の最大理論効率に関して行った予測に基づいているため、「ショックリー・クワイザー三角形」と呼ばれています。 この最大点、または熱力学的限界は、三角形を形成する下向きの折れ線グラフで特定できます。
この式は、両面太陽電池の効率の向上は、表面からの反射光とともに増加することを示しています。 たとえば、植生のある表面に比べて、コンクリートから反射した光から大幅に多くの電力が変換されます。
研究者は、この式を使用して、農地のパネルと人口密度の高い都市の建物の窓に、より優れた両面デザインを推奨しています。 透明な両面パネルにより、作物生産を妨げる影を落とすことなく、農地で太陽光発電を行うことができます。 一方、建物の両面窓を作成すると、都市はより多くの再生可能エネルギーを使用できます。
この論文は、電気の流れを促進する接合と呼ばれる半導体材料間の境界の数を操作することにより、両面セルの可能性を最大化する方法も推奨しています。 単一接合の両面セルは、単面セルに比べて最大の効率向上を提供します。
「相対ゲインは小さいが、絶対ゲインは重要です。ジャンクションの数を増やすと、最初の相対利益は失われますが、絶対ゲインは上昇し続けます」とカーンは言いました。
論文に詳述されている式は徹底的に検証されており、企業が両面セルの設計方法を決定する際に使用する準備ができています。