Source: scientifiquement
La plupart des panneaux solaires d'aujourd'hui captent la lumière du soleil et la convertissent en électricité uniquement du côté face au ciel. Si la face inférieure sombre d'un panneau solaire peut également convertir la lumière du soleil réfléchie par le sol, davantage d'électricité pourrait être générée.
Les cellules solaires à double face permettent déjà aux panneaux de s'asseoir verticalement sur le sol ou sur les toits et même horizontalement comme l'auvent d'une station-service, mais on ne sait pas exactement combien d'électricité ces panneaux pourraient finalement générer ou l'argent qu'ils pourraient économiser.
Une nouvelle formule thermodynamique révèle que les cellules bifaciales constituant les panneaux double face génèrent en moyenne 15% à 20% plus de lumière solaire à l'électricité que les cellules monofaciales des panneaux solaires unilatéraux d'aujourd'hui, en tenant compte de différents terrains tels que l'herbe, le sable, béton et saleté.
La formule, développée par deux physiciens de l'Université Purdue, peut être utilisée pour calculer en quelques minutes le plus d'électricité que les cellules solaires bifaciales pourraient générer dans une variété d'environnements, comme défini par une limite thermodynamique.
"La formule implique juste un triangle simple, mais distiller le problème physique extrêmement compliqué à cette formulation élégamment simple a nécessité des années de modélisation et de recherche. Ce triangle aidera les entreprises à prendre de meilleures décisions concernant les investissements dans les cellules solaires de prochaine génération et à trouver comment concevoir qu'ils soient plus efficaces ", a déclaré Muhammad" Ashraf "Alam, professeur Jai N. Gupta de Purdue de génie électrique et informatique.
Dans un article publié dans les Actes de l'Académie nationale des sciences, Alam et co-auteur Ryyan Khan, maintenant professeur adjoint à l'Université East West au Bangladesh, montrent également comment la formule peut être utilisée pour calculer les limites thermodynamiques de toutes les cellules solaires développées en les 50 dernières années. Ces résultats peuvent être généralisés à une technologie susceptible d'être développée au cours des 20 à 30 prochaines années.
L'espoir est que ces calculs aideront les fermes solaires à tirer pleinement parti des cellules bifaciales plus tôt dans leur utilisation.
"Il a fallu près de 50 ans pour que les cellules monofaciales apparaissent sur le terrain de manière rentable", a déclaré Alam. "La technologie a connu un succès remarquable, mais nous savons maintenant que nous ne pouvons plus augmenter considérablement leur efficacité ou réduire les coûts. Notre formule guidera et accélérera le développement de la technologie bifaciale à une échelle de temps plus rapide."
Le document aurait peut-être réglé les mathématiques juste à temps: les experts estiment qu'en 2030, les cellules solaires bifaciales représenteront près de la moitié de la part de marché des panneaux solaires dans le monde.
L'approche d'Alam est appelée le «triangle Shockley-Queisser», car elle s'appuie sur les prédictions faites par les chercheurs William Shockley et Hans-Joachim Queisser sur l'efficacité théorique maximale d'une cellule solaire monofaciale. Ce point maximum, ou la limite thermodynamique, peut être identifié sur un graphique linéaire en pente descendante qui forme une forme de triangle.
La formule montre que le gain d'efficacité des cellules solaires bifaces augmente avec la lumière réfléchie par une surface. Beaucoup plus d'énergie serait convertie par la lumière réfléchie par le béton, par exemple, par rapport à une surface avec de la végétation.
Les chercheurs utilisent la formule pour recommander de meilleures conceptions bifaciales pour les panneaux sur les terres agricoles et les fenêtres des bâtiments dans les villes densément peuplées. Des panneaux transparents à double face permettent de générer de l'énergie solaire sur les terres agricoles sans projeter d'ombres qui bloqueraient la production agricole. Pendant ce temps, la création de fenêtres bifaces pour les bâtiments aiderait les villes à utiliser plus d'énergie renouvelable.
L'article recommande également des moyens de maximiser le potentiel des cellules bifaciales en manipulant le nombre de frontières entre les matériaux semi-conducteurs, appelés jonctions, qui facilitent le flux d'électricité. Les cellules bifaciales à jonctions uniques offrent le plus grand gain d'efficacité par rapport aux cellules monofaciales.
"Le gain relatif est faible, mais le gain absolu est important. Vous perdez l'avantage relatif initial en augmentant le nombre de jonctions, mais le gain absolu continue d'augmenter", a déclaré Khan.
La formule, détaillée dans le document, a été soigneusement validée et est prête à être utilisée par les entreprises lorsqu'elles décident de la conception des cellules bifaciales.