تقييم تجريبي داخلي للكفاءة والإشعاع بقعة ليبنوا متعامي على الزجاج (مساعد المدير العام) فريسنل العدسة لتركيز وحدات الطاقة الشمسية

الهدف العام من هذه الطريقة هو تقييم أداء المضاعفة اللونية على عدسة فريسنل الزجاجية كبصريات جديدة لتركيز الأنظمة الكهروضوئية. تسمح الطريقة بتحديد كل من كفاءة نقل البصريات وقدرتها على التركيز عن طريق قياس حجم البقعة التي تلقيها العدسة. يتم تقييم البصريات عن طريق قياس مدى تركيز الضوء على الخلايا الشمسية متعددة الوصلات.

تتحول هذه الأجهزة إلى إشعاع كهربائي عبر نطاق ترددي طيفي واسع. في الخلايا الكهروضوئية المركزة ، يقلل الانحراف اللوني من الحد الأقصى للتركيز الذي يمكن تحقيقه عند استخدام العنصر الأساسي الانكساري. يتم تجنب هذا القيد باستخدام المزدوج اللوني على عدسة فريسنل الزجاجية التي صممناها.

يشتمل التصميم على مادتين مختلفتين ، بلاستيك ومطاط صناعي ، لهما تشتت مختلف. أي أن تباين معامل الانكسار هو دالة للطول الموجي. تتضمن عملية التصنيع غير المكلفة تصفيح كلتا المادتين على ركيزة زجاجية من أجل الحصول على باركيه من العدسات.

لكل قياس ، يتم استخدام عدسة فريسنل المصنوعة من السيليكون على الزجاج كمعيار. تم استخدام جهاز المحاكاة الشمسي للخلايا الشمسية المركزة ، Helios 3030 من Solar Added Value ، لإجراء القياسات. هذا الجهاز قادر على قياس الخلايا الشمسية MJ تحت ضوء مركز من 1 ، 000 شمس مع طيف متحكم فيه.

ضع الأنماط المرجعية العلوية والوسطى والسفلية داخل جهاز المحاكاة الشمسية جنبا إلى جنب مع الخلية الشمسية المراد قياسها. ضعها بالقرب من بعضها البعض قدر الإمكان لتقليل الأخطاء الناتجة عن الإضاءة غير المنتظمة في مستوى القياس. بعد ذلك ، اضبط ارتفاع مصباح الفلاش للوصول إلى المستوى المطلوب من التركيز.

أضف المرشحات اللازمة لضبط التوزيع الطيفي. بعد ذلك ، قم بتوصيل الأنماط المتماثلة والخلية المراد قياسها بلوحة الحصول على البيانات الخاصة بجهاز محاكاة الطاقة الشمسية. افتح برنامج التحكم ، وحدد مستوى الإشعاع ، حيث يشير كل من الأنماط المتماثلة العلوية والوسطى إلى نفس مستوى الإشعاع تماما.

هذا للتأكد من أن الخلية تقاس تحت مستوى التركيز والطيف المستهدفين. بعد ذلك ، قم بتشغيل جهاز المحاكاة لبدء الاختبار الرابع. لكل نقطة محددة في الملف النصي ، يقوم الجهاز باستقطاب الخلية بالجهد المطلوب ، وتشغيل الفلاش ، وقياس التيار الناتج عن الخلية الشمسية.

كرر هذه العملية على مستويات تركيز مختلفة للتحقق من أن التيار الضوئي الناتج عن الخلية يتغير خطيا مع التركيز ، مما يؤكد موثوقية الخلية الشمسية المعايرة كمستشعر ضوئي لتوصيف العدسة. قم بتركيب منصة تحديد المواقع الآلية ثلاثية المحاور داخل الغرفة المظلمة لجهاز المحاكاة الشمسية للأنظمة الكهروضوئية المركزة. بعد ذلك ، قم بتركيب الخلية الشمسية على الحامل المتحرك للمنصة بحيث يمكن التحكم في موضعها على طول المحاور X و Y و Z ، وتوصيلها بلوحة الحصول على البيانات.

بعد ذلك ، قم بتنظيف العدسة ووضعها على الدعامة الثابتة المثبتة على منصة تحديد المواقع الآلية. استخدم المنصة المتحركة لتوسيط الخلية الشمسية فيما يتعلق بالعدسة ووضعها على المسافة البؤرية المثلى. بعد ذلك ، استخدم مقياس الطيف الهليومي الذي يحتوي على ثلاث خلايا من النمط الإسوبي داخل أنابيب الموازاة لتقييم الظروف الطيفية أثناء القياس.

أغلق ستارة المحاكاة لحجب جميع مصادر الإضاءة الخارجية. افتح البرنامج الذي يتحكم في جهاز المحاكاة الشمسية ، واضغط على الزر نبضة الضوء لتشغيل مصباح فلاش الزينون. بعد ذلك ، حدد التيار الناتج عن الخلية الشمسية كقيمة مقاسة عندما تشير الأنماط المتشاوية العلوية والوسطى إلى نفس مستوى الإشعاع بالضبط.

اكتب ملفا نصيا بعدة مسافات من عدسة إلى خلية حول القيمة المثلى ، وكرر القياس لكل موضع. كرر جميع القياسات ، واستبدل المزدوج اللوني على عدسة Fresnel الزجاجية بالسيليكون الموجود على عدسة Fresnel الزجاجية التي سيتم استخدامها كمرجع. على نفس منصة تحديد المواقع الآلية ذات المحاور الثلاثة التي تم استخدامها سابقا ، قم بتركيب كاميرا CCD.

حدد المسافة البؤرية المثلى. اضبط الحامل لوضع بقعة الضوء بحيث تتمركز تقريبا على مستشعر CCD. بعد ذلك ، أضف مرشح تمرير قصير لحجب الضوء الذي يزيد طوله الموجي عن 650 نانومتر.

بهذه الطريقة ، سيتم تسجيل الضوء الذي يتم تحويله إلى كهرباء بواسطة الخلية الفرعية العلوية داخل خلية شمسية متعددة الوصلات. قم بتشغيل مصباح فلاش الزينون ، وقم بمزامنة كاميرا CCD لالتقاط صورة لبقعة الضوء التي يتم عرضها بواسطة العدسة. قم بمعالجة الصورة لتحديد منطقة تتضمن البقعة ، واحسب النقطة الوسطى لبقعة الإشعاع.

احسب قطر بقعة الضوء التي تعرضها العدسة. يتم تعريفه على أنه قطر الدائرة التي تحتوي على 95٪ من الضوء الذي يصل إلى مستشعر كاميرا CCD. بعد ذلك ، التقط صورة واحدة لكل موضع حول المسافة البؤرية المثلى التي تم تحديدها مسبقا.

كرر القياسات باستخدام مرشح التمرير القصير لحجب الضوء الذي يكون طوله الموجي أقصر من 650 نانومتر. في هذه الحالة ، سيتم تسجيل الضوء الذي يتم تحويله إلى كهرباء بواسطة الخلية الفرعية الوسطى داخل خلية شمسية متعددة الوصلات. يمكن تكرار القياسات السابقة عن طريق وضع العدسة تحت الاختبار داخل غرفة حرارية قادرة على التحكم في درجة حرارتها.

يجب أن يكون جدار الغرفة شفافا لجميع الأطوال الموجية ذات الأهمية. يتم رسم القيم الطبيعية للتيار الضوئي الناتج عن الخلية الشمسية ، عند إضاءتها بواسطة المزدوج اللوني على الزجاج أو السيليكون الموجود على عدسة فريسنل الزجاجية ، كدالة للمسافة النسبية من العدسة إلى الخلية. يظهر المزدوج اللوني على العدسة الزجاجية تحملا أعلى لإزاحة العدسة من موضعها الأمثل على طول المحور البصري ، وذلك بفضل تصميمها.

يتم رسم تطور قطر البقعة المقابل للخلايا الفرعية العلوية والوسطى داخل خلية شمسية متعددة الوصلات كدالة للمسافة من العدسة إلى المستقبل لكلتا العدستين. ترجع المنحنيات النازحة في السيليكون على عينة الزجاج إلى الانحراف اللوني. نظرا لأن معامل الانكسار للأطوال الموجية القصيرة أعلى ، فإن النقطة المحورية للضوء الأزرق أقرب إلى العدسة.

على العكس من ذلك ، بالنسبة للعدسة اللونية ، يتوافق موضع الحد الأدنى للبقعة للضوء الأزرق تماما مع الحد الأدنى من البقعة للضوء الأحمر ، مما يثبت السلوك اللوني للعدسة. تضخم بقعة الضوء ، بسبب اختلاف درجة حرارة السيليكون على العدسة الزجاجية ، أكبر من العدسة اللونية. في ظروف التشغيل الخارجية ذات الرحلة الحرارية القوية ، فإن استخدام العدسة اللونية سيجعل أداء النظام أكثر استقرارا.

بمجرد إتقانها ، تسمح هذه التقنية بالتوصيف الداخلي الكامل للبصريات للتطبيقات الكهروضوئية المركزة ، مثل العدسات الأولية أو المرايا الأولية. تم تمييز المزدوج اللوني على عدسة فريسنل الزجاجية التي تم تطويرها في معهد الطاقة الشمسية بالكامل باستخدام البروتوكول المقترح. تم قياس كل من الكفاءة البصرية وحجم البقعة.

باستخدام هذه الطريقة ، تمكنا من إثبات السلوك اللوني لعدسة ADG تجريبيا ، وتحملها العالي للإزاحة فيما يتعلق بالمسافة البؤرية المثلى ، والحساسية الأقل لتغير درجة الحرارة.