Los futuros paneles solares producirán electricidad desde sus dos caras

La mayor parte de los paneles solares actuales capturan la luz solar y la convierten en electricidad solo desde el lado orientado hacia el cielo. Si la parte inferior oscura de un panel solar también pudiera convertir la luz solar reflejada en el suelo, que no es insignificante, se podría generar aún más electricidad.

Las células solares de doble cara ya están permitiendo que los paneles solares se asienten verticalmente en tierra o en tejados e incluso horizontalmente como el toldo de una gasolinera, pero no se ha sabido exactamente cuánta electricidad podrían generar estos paneles en última instancia o el dinero que podrían ahorrar.

Una nueva fórmula termodinámica revela que las células bifaciales que componen los paneles de doble cara transforman de media entre un 15% y un 20% más de luz solar a electricidad que las células monofaciales de los actuales paneles solares de una sola cara, teniendo en cuenta diferentes terrenos como hierba, arena, hormigón y tierra.

La fórmula, desarrollada por dos físicos de la Universidad de Purdue, puede utilizarse para calcular en minutos la mayor cantidad de electricidad que las células solares bifaciales podrían generar en una variedad de entornos, según se define por un límite termodinámico.

"La fórmula implica solo un simple triángulo, pero destilar el extremadamente complicado problema de física para producir esta elegante y simple formulación requirió años de modelación e investigación. Este triángulo ayudará a las empresas a tomar mejores decisiones sobre las inversiones en células solares de próxima generación y a averiguar cómo diseñarlas para que sean más eficientes", dijo Muhammad "Ashraf" Alam, profesor de Ingeniería Eléctrica y Computacional de Purdue.

Las empresas están avanzando hacia la instalación de más paneles solares de doble cara, como este que funciona como cubierta de una gasolinera de Shell en Atlanta, Georgia. (Foto: Lumos Solar)

En un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, Alam y el coautor Ryyan Khan, ahora profesor adjunto de la Universidad East West de Bangladesh, también muestran cómo se puede utilizar la fórmula para calcular los límites termodinámicos de todas las células solares desarrolladas en los últimos 50 años. Estos resultados pueden generalizarse a la tecnología que probablemente se desarrolle en los próximos 20 o 30 años.

Se espera que estos cálculos ayuden a las granjas solares a aprovechar al máximo las células bifaciales en una etapa anterior de su utilización.

"Tomó casi 50 años para que las células monofaciales fueran utilizadas de una manera rentable", dijo Alam. "La tecnología ha tenido un éxito notable, pero ahora sabemos que ya no podemos aumentar significativamente su eficiencia o reducir el costo. Nuestra fórmula guiará y acelerará el desarrollo de la tecnología bifacial en una escala de tiempo más rápida".

El documento podría haber resuelto las matemáticas implicadas justo a tiempo: los expertos estiman que para el 2030, las células solares bifaciales representarán casi la mitad de la cuota de mercado de los paneles solares en todo el mundo.

El método de Alam se llama "triángulo Shockley-Queisser", ya que se basa en las predicciones de los investigadores William Shockley y Hans-Joachim Queisser sobre la máxima eficiencia teórica de una célula solar monofacial. Este punto máximo, o el límite termodinámico, puede ser identificado en un gráfico con una línea inclinada hacia abajo que tiene el aspecto de una forma triangular.

La fórmula muestra que la ganancia de eficiencia de las células solares bifaciales aumenta con la luz reflejada en una superficie. Se obtendría más energía de la luz reflejada en el hormigón, por ejemplo, en comparación con una superficie con vegetación.

Los investigadores utilizan la fórmula para recomendar mejores diseños bifaciales para los paneles solares en las tierras de cultivo y las ventanas de los edificios en las ciudades densamente pobladas. Los paneles transparentes de doble cara permiten generar energía solar en las tierras de cultivo sin producir sombras que bloqueen la producción de cultivos. Mientras tanto, la creación de ventanas bifaciales para edificios ayudaría a las ciudades a utilizar más energía renovable.

La fórmula, que se detalla en el documento, ha sido validada exhaustivamente y está lista para que las empresas la utilicen cuando decidan cómo diseñar las células bifaciales. (Fuente: NCYT Amazings)