Sumber: sciencedaily
Sebagian besar panel surya saat ini menangkap sinar matahari dan mengubahnya menjadi listrik hanya dari sisi yang menghadap ke langit. Jika sisi gelap panel surya juga bisa mengubah sinar matahari yang dipantulkan dari tanah, bahkan lebih banyak listrik yang dihasilkan.
Sel surya dua sisi sudah memungkinkan panel untuk duduk secara vertikal di tanah atau atap rumah dan bahkan secara horizontal sebagai kanopi sebuah pompa bensin, tetapi belum diketahui secara pasti berapa banyak listrik yang bisa dihasilkan oleh panel ini atau uang yang dapat dihemat.
Sebuah formula termodinamika baru mengungkapkan bahwa sel-sel bifacial yang membentuk panel dua sisi menghasilkan rata-rata 15% hingga 20% lebih banyak sinar matahari daripada listrik dibandingkan sel-sel monofasial dari panel surya satu sisi saat ini, dengan mempertimbangkan medan yang berbeda seperti rumput, pasir, beton dan kotoran.
Formula, yang dikembangkan oleh dua fisikawan Universitas Purdue, dapat digunakan untuk menghitung dalam hitungan menit, sebagian besar listrik yang dapat dihasilkan sel surya bifacial dalam berbagai lingkungan, sebagaimana didefinisikan oleh batas termodinamika.
"Rumusnya hanya melibatkan segitiga sederhana, tetapi menyaring masalah fisika yang sangat rumit ke formulasi sederhana yang elegan ini memerlukan pemodelan dan penelitian bertahun-tahun. Segitiga ini akan membantu perusahaan membuat keputusan yang lebih baik tentang investasi dalam sel surya generasi mendatang dan mencari tahu bagaimana merancang mereka menjadi lebih efisien, "kata Muhammad" Ashraf "Alam, profesor Purdue Jai N. Gupta, Teknik Elektro dan Komputer.
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Sciences, Alam dan rekan penulis Ryyan Khan, sekarang menjadi asisten profesor di East West University di Bangladesh, juga menunjukkan bagaimana formula tersebut dapat digunakan untuk menghitung batas termodinamika semua sel surya yang dikembangkan di 50 tahun terakhir. Hasil ini dapat digeneralisasikan ke teknologi yang kemungkinan akan dikembangkan selama 20 hingga 30 tahun ke depan.
Harapannya adalah bahwa perhitungan ini akan membantu pertanian surya untuk mengambil keuntungan penuh dari sel bifacial sebelumnya dalam penggunaannya.
"Butuh hampir 50 tahun bagi sel-sel monofasial untuk muncul di lapangan dengan cara yang hemat biaya," kata Alam. "Teknologi ini telah sangat sukses, tetapi kita tahu sekarang bahwa kita tidak dapat secara signifikan meningkatkan efisiensinya lagi atau mengurangi biaya. Formula kita akan memandu dan mempercepat pengembangan teknologi bifacial pada skala waktu yang lebih cepat."
Makalah ini mungkin telah menyelesaikan matematika tepat waktu: para ahli memperkirakan bahwa pada tahun 2030, sel surya bifacial akan mencapai hampir setengah dari pangsa pasar untuk panel surya di seluruh dunia.
Pendekatan Alam disebut "segitiga Shockley-Queisser," karena didasarkan pada prediksi yang dibuat oleh peneliti William Shockley dan Hans-Joachim Queisser pada efisiensi teoritis maksimum sel surya monofasial. Titik maksimum ini, atau batas termodinamika, dapat diidentifikasi pada grafik garis miring ke bawah yang membentuk bentuk segitiga.
Formula menunjukkan bahwa perolehan efisiensi sel surya bifacial meningkat dengan cahaya yang dipantulkan dari permukaan. Misalnya, lebih banyak daya yang akan dikonversi dari cahaya yang dipantulkan beton, misalnya, dibandingkan dengan permukaan dengan vegetasi.
Para peneliti menggunakan formula ini untuk merekomendasikan desain bifacial yang lebih baik untuk panel di lahan pertanian dan jendela bangunan di kota-kota padat penduduk. Panel transparan dan dua sisi memungkinkan tenaga surya dihasilkan di lahan pertanian tanpa menghasilkan bayangan yang akan menghalangi produksi tanaman. Sementara itu, menciptakan jendela bifacial untuk bangunan akan membantu kota menggunakan lebih banyak energi terbarukan.
Makalah ini juga merekomendasikan cara untuk memaksimalkan potensi sel bifacial dengan memanipulasi jumlah batas antara bahan semikonduktor, yang disebut persimpangan, yang memfasilitasi aliran listrik. Sel bifacial dengan persimpangan tunggal memberikan perolehan efisiensi terbesar relatif terhadap sel monofasial.
"Keuntungan relatif kecil, tetapi keuntungan absolut signifikan. Anda kehilangan manfaat relatif awal saat Anda meningkatkan jumlah persimpangan, tetapi kenaikan absolut terus meningkat," kata Khan.
Formula, yang dirinci dalam makalah, telah divalidasi secara menyeluruh dan siap digunakan oleh perusahaan ketika mereka memutuskan bagaimana merancang sel bifacial.