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La energía solar del «lado oscuro» se desbloquea con una nueva fórmula

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La mayoría de los paneles solares actuales captan la luz solar y la convierten en electricidad sólo por el lado que da al cielo. Si la parte inferior oscura de un panel solar pudiera convertir también la luz solar reflejada en el suelo, se podría generar aún más electricidad.

Las células solares de doble cara ya permiten colocar los paneles en vertical sobre la tierra o los tejados, e incluso en horizontal como la marquesina de una gasolinera, pero no se sabía exactamente cuánta electricidad podrían generar estos paneles en última instancia ni el dinero que podrían ahorrar.

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

La fórmula, desarrollada por dos físicos de la Universidad de Purdue, permite calcular en minutos la mayor cantidad de electricidad que podrían generar las células solares bifaciales en diversos entornos, según un límite termodinámico.

«La fórmula consiste en un simple triángulo, pero destilar el complicadísimo problema de la física hasta esta formulación elegantemente sencilla ha requerido años de modelización e investigación. Este triángulo ayudará a las empresas a tomar mejores decisiones sobre las inversiones en células solares de nueva generación y a averiguar cómo diseñarlas para que sean más eficientes», afirma Muhammad «Ashraf» Alam, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática Jai N. Gupta de Purdue.

En un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, Alam y el coautor Ryyan Khan, actual profesor adjunto de la East West University de Bangladesh, muestran también cómo la fórmula puede utilizarse 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 los parques solares a aprovechar al máximo las células bifaciales en una fase más temprana de su uso.

«Tuvieron que pasar casi 50 años para que las células monofaciales aparecieran en el campo de forma rentable», dijo Alam. «La tecnología ha tenido un éxito notable, pero ahora sabemos que ya no podemos aumentar significativamente su eficacia ni reducir el coste. Nuestra fórmula guiará y acelerará el desarrollo de la tecnología bifacial en una escala de tiempo más rápida.»

Es posible que el documento haya resuelto las matemáticas justo a tiempo: los expertos calculan que en 2030 las células solares bifaciales representarán casi la mitad de la cuota de mercado de los paneles solares en todo el mundo.

El enfoque de Alam se denomina «triángulo Shockley-Queisser», ya que se basa en las predicciones realizadas por 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 identificarse en un gráfico de líneas descendentes que forman un triángulo.

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

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

El documento también recomienda formas de maximizar el potencial de las células bifaciales manipulando el número de límites entre los materiales semiconductores, llamados uniones, que facilitan el flujo de electricidad. Las células bifaciales con un solo empalme son las que más ganan en eficiencia con respecto a las monofaciales.

«La ganancia relativa es pequeña, pero la absoluta es significativa. Se pierde el beneficio relativo inicial a medida que se aumenta el número de uniones, pero la ganancia absoluta sigue aumentando», dijo Khan.

La fórmula, que se detalla en el artículo, se ha validado a fondo y está lista para que las empresas la utilicen cuando decidan cómo diseñar células bifaciales.

Esta investigación ha sido financiada en parte por la National Science Foundation con el premio 1724728.

Traducción realizada con la versión gratuita del traductor www.DeepL.com/Translator

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