De flesta av dagens solpaneler fångar upp solljus och omvandlar det till el endast från sidan mot himlen. Om den mörka undersidan av en solpanel också kan omvandla solljus som reflekteras från marken, ännu mer el kan genereras.

Dubbelsidiga solceller gör det redan möjligt för paneler att sitta vertikalt på land eller hustak och till och med horisontellt som en bensinstations kapell, men det har inte varit känt exakt hur mycket el dessa paneler i slutändan kan generera eller de pengar de kan spara.

En ny termodynamisk formel avslöjar att bifaciala celler som utgör dubbelsidiga paneler genererar i genomsnitt 15% till 20% mer solljus till el än monofacialcellerna i dagens ensidiga solpaneler, med hänsyn till olika terräng som gräs, sand, betong och smuts.

Formeln, utvecklad av två fysiker vid Purdue University, kan användas för att beräkna på några minuter den mest el som bifaciala solceller kan generera i en mängd olika miljöer, enligt en termodynamisk gräns.

"Formeln innefattar bara en enkel triangel, men att destillera det extremt komplicerade fysikproblemet till denna elegant enkla formulering krävde år av modellering och forskning. Denna triangel hjälper företag att fatta bättre beslut om investeringar i nästa generations solceller och ta reda på hur de kan utformas för att bli mer effektiva, "sa Muhammad" Ashraf "Alam, Purdues Jai N. Gupta professor i el- och datateknik.

I ett papper publicerat i Förfaranden från National Academy of Sciences , Alam och medförfattare Ryyan Khan, nu assisterande professor vid East West University i Bangladesh, visa också hur formeln kan användas för att beräkna de termodynamiska gränserna för alla solceller som utvecklats under de senaste 50 åren. Dessa resultat kan generaliseras till teknik som sannolikt kommer att utvecklas under de närmaste 20 till 30 åren.

Förhoppningen är att dessa beräkningar skulle hjälpa solcellsanläggningar att dra full nytta av bifaciala celler tidigare vid användning.

"Det tog nästan 50 år för monofaciala celler att dyka upp på fältet på ett kostnadseffektivt sätt, "Alam sa." Tekniken har varit anmärkningsvärt framgångsrik, men vi vet nu att vi inte kan avsevärt öka deras effektivitet längre eller sänka kostnaden. Vår formel kommer att vägleda och påskynda utvecklingen av bifacial teknik på en snabbare tidsskala. "

Papperet kan ha fått matematiken avgjord lagom:experter uppskattar att år 2030, bifaciala solceller kommer att stå för nästan hälften av marknadsandelen för solpaneler världen över.

Alams tillvägagångssätt kallas "Shockley-Queisser-triangeln, "eftersom det bygger på förutsägelser av forskare William Shockley och Hans-Joachim Queisser om den maximala teoretiska effektiviteten hos en monofacial solcell. Denna maximala punkt, eller den termodynamiska gränsen, kan identifieras på ett nedåtlutande linjediagram som bildar en triangelform.

Formeln visar att effektiviteten i bifaciala solceller ökar med ljus som reflekteras från en yta. Betydligt mer effekt skulle omvandlas från ljus som reflekteras av betong, till exempel, jämfört med en yta med växtlighet.

Forskarna använder formeln för att rekommendera bättre bifacial design för paneler på jordbruksmark och fönster i byggnader i tätbefolkade städer. Transparent, dubbelsidiga paneler gör att solenergi kan genereras på jordbruksmark utan att kasta skuggor som skulle blockera växtproduktionen. Under tiden, att skapa bifaciala fönster för byggnader skulle hjälpa städer att använda mer förnybar energi.

Papperet rekommenderar också sätt att maximera bifaciala cellers potential genom att manipulera antalet gränser mellan halvledarmaterial, kallas korsningar, som underlättar flödet av el. Bifaciala celler med enstaka korsningar ger den största effektivitetsvinsten i förhållande till monofaciala celler.

"Den relativa vinsten är liten, men den absoluta vinsten är betydande. Du förlorar den ursprungliga relativa fördelen när du ökar antalet korsningar, men den absoluta vinsten fortsätter att stiga, "Sa Khan.

Formeln, detaljerad i tidningen, har grundligt validerats och är redo för företag att använda när de bestämmer hur de ska utforma bifaciala celler.