玻璃 (ADG) 菲涅耳透镜对聚光光伏的效率和辐照点的室内实验评价

该方法的总体目标是评估玻璃菲涅尔透镜上的消色差双合透镜作为聚光光伏系统的新光学元件的性能。该方法允许通过测量透镜投射的光斑的大小来确定光学元件的透射效率及其聚光能力。光学元件的评估是通过测量它在多结太阳能电池上的集中程度来进行的。

这些器件在宽光谱带宽上转换为电辐照度。在聚光光伏中，当使用折射原晶时，色差会降低可达到的最大浓度。通过使用我们设计的玻璃菲涅尔透镜上的消色差双合透镜，可以避免这种限制。

该设计包括两种不同的材料，一种塑料和一种弹性体，具有不同的分散性。也就是说，折射率变化是波长的函数。这种廉价的制造工艺包括将两种材料层压在玻璃基板上，以获得镶木地板的镜片。

对于每次测量，玻璃菲涅尔透镜上的硅胶都用作基准。用于聚光太阳能电池的太阳光模拟器 Solar Added Value 的 Helios 3030 已被用于执行测量。该设备能够在 1， 000 个太阳的集中光下以受控光谱测量 MJ 太阳能电池。

将顶部、中间和底部参考同种型与要测量的太阳能电池一起放入太阳光模拟器内。将它们尽可能靠得近，以减少由于测量平面上照明不均匀而导致的误差。接下来，调整闪光灯的高度以达到所需的浓度水平。

添加必要的过滤器以调整光谱分布。然后，将同种型和要测量的细胞连接到太阳模拟器的数据采集板。打开控制软件，然后选择一个辐照度水平，其中顶部和中间同种型表示完全相同的辐照度水平。

这是为了确认在目标浓度水平和光谱下测量细胞。然后，运行模拟器以启动 IV 测试。对于文本文件中定义的每个点，设备都会在所需电压下对电池进行极化，触发闪光，并测量太阳能电池产生的电流。

以不同的浓度水平重复此过程，以检查电池产生的光电流是否随浓度线性变化，从而确认校准后的太阳能电池作为镜头表征的光传感器的可靠性。将三轴自动定位平台安装在聚光器光伏系统的太阳光模拟器的暗室内。然后，将太阳能电池安装在平台的移动支架上，以便可以控制其沿 X、Y 和 Z 轴的位置，并将其连接到数据采集板。

接下来，清洁待测镜头并将其放置在安装在自动定位平台上的固定支架上。使用移动平台使太阳能电池相对于镜头居中，并将其放置在最佳焦距处。然后，使用准直管内包含三个同种型细胞的光谱日光仪来评估测量过程中的光谱条件。

关闭模拟器帘幕以阻挡所有外部光源。打开控制太阳光模拟器的软件，按下按钮 光脉冲 触发氙气闪光灯。接下来，当顶部和中间同种型表示完全相同的辐照度水平时，确定太阳能电池产生的电流作为测量值。

编写一个文本文件，其中包含围绕最佳值的几个镜头到电池的距离，并为每个位置重复测量。重复所有测量，用玻璃菲涅尔透镜上的消色差双合透镜代替玻璃菲涅尔透镜上的硅树脂，这将用作参考。在以前使用的同一三轴自动定位平台上，安装 CCD 相机。

选择最佳焦距。调整支架以放置光斑，使其大致位于 CCD 传感器的中心。然后，添加短通滤光片以阻挡波长超过 650 纳米的光。

以这种方式，只会记录由多结太阳能电池中的顶部子电池转化为电能的光。触发氙气闪光灯，并同步 CCD 相机拍摄镜头投射的光点的照片。处理照片以选择包含该光斑的区域，并计算辐照度光斑的质心。

计算镜头投射的光点的直径。它被定义为包含到达 CCD 相机传感器的 95% 的光的圆的直径。接下来，为先前定义的最佳焦距周围的每个位置拍摄一张照片。

使用短通滤光片重复测量，以阻挡波长短于 650 纳米的光。在这种情况下，只会记录由多结太阳能电池内的中间子电池转化为电能的光。通过将待测镜头置于能够控制其温度的热室中，可以重复之前的测量。

腔室壁需要对所有感兴趣的波长保持透明。当被玻璃上的消色差双合透镜或玻璃菲涅尔透镜上的硅光照射时，太阳能电池产生的光电流的归一化值绘制为透镜到电池相对距离的函数。由于其设计，玻璃镜片上的消色差双合透镜对透镜从沿光轴的最佳位置位移表现出更高的容忍度。

多结太阳能电池中的顶部和中间子电池相对应的光斑直径的演变绘制为两个透镜到接收器距离的函数。玻璃样品上硅胶的位移曲线是由于色差造成的。由于短波长的折射率较高，因此蓝光的焦点更靠近镜头。

相反，对于消色差透镜，蓝光的最小光斑位置与红光的最小光斑位置完全对应，证明了透镜的消色差行为。由于玻璃镜片上的硅胶的温度变化，光斑放大大于消色差镜片。在热偏移较强的户外工作条件下，使用消色差透镜将使系统性能更加稳定。

一旦掌握，该技术就可以对聚光光伏应用（例如主透镜或主镜）的光学元件进行完整的室内表征。太阳能研究所开发的玻璃菲涅尔透镜上的消色差双合透镜已经使用拟议的协议进行了完整的表征。光学效率和光斑尺寸都经过了测量。

使用这种方法，我们已经能够通过实验证明 ADG 镜头的消色差行为，相对于最佳焦距，它对位移的容忍度更高，对温度变化的敏感度较低。