Name: Intérieur évaluation expérimentale de l’efficacité et l’Irradiance Spot du Doublet achromatique sur verre (ADG) lentille de Fresnel pour concentrer l’énergie photovoltaïque (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Découvrez la caractérisation de la lentille de Fresnel ADG pour photovoltaïque concentré. Cette méthode évalue l'efficacité de transmission et la capacité de concentration sur cellules solaires multi-jonctions.

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Ce travail a été partiellement soutenu par le ministère espagnol de l’économie et la compétitivité dans le projet Acromalens (ENE2013-45229-P) et il reçoit une subvention de l’Union européenne Horizon 2020 programme de recherche et l’innovation au sein du projet CPV Correspondre au titre de la subvention contrat N° 640873.

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</ol>

Nous n’avons rien à divulguer.

La méthode proposée pour la caractérisation des lentilles de Fresnel ADG comprend deux procédures différentes : la première utilise des cellules solaires comme capteurs de lumière, tandis que le second est basé sur une caméra CCD.
Appliquant la cellule solaire selon la procédure, le photocourant généré par une cellule solaire MJ a été mesuré à l’aide de différentes lentilles de Fresnel comme concentrateurs. Comme décrit dans le protocole, le simulateur solaire CPV fait utiliser une ampoule de flash au xénon émettant de la lumière qui se réfléchit sur un miroir parabolique. Tel un miroir génère un faisceau lumineux collimaté sur le plan de mesure (qui coïncide avec l’ouverture de l’objectif). En raison des tolérances de fabrication de miroir et la rugosité de la surface, la lumière collimatée n’est pas uniforme sur le plan de mesure. La non-uniformité de l’éclairement énergétique créé par le simulateur solaire est la principale source d’erreur dans nos mesures expérimentales10. Étant donné que les lentilles grands intègrent l’éclairement énergétique sur le plan de mesure sur une grande surface, l’erreur due à la non-uniformité dépend de la taille de la lentille. Le simulateur solaire pour les systèmes CPV utilisé à l’Institut de l’énergie solaire atteint une uniformité superieur de ± 5 % pour optique de 3 x 3 cm9. Pour la lentille de Fresnel ADG testée ici, dont ouverture optique est de 40 x 40 mm, l’effet de non-uniformité au cours de la mesure peut être critique. Afin de réduire cette incertitude, une lentille de référence est re-mesurée avant la tenue de toute expérience. En outre, lorsqu’on effectue ces mesures, il est primordial d’être particulièrement prudent lors de l’alignement de la cellule et la lentille. En effet, la cellule solaire doit être placé exactement centré avec la tache lumineuse fondues par la lentille afin d’éviter un mauvais alignement, car si un mauvais positionnement initial est utilisé, la réduction de photocourant en raison de la défocalisation est altérée. Une autre erreur qui peut survenir est celle causée par des facteurs d’ombrage différente de la grille de métallisation avant (la cellule solaire MJ utilisée comme un capteur est étalonné à l’aide d’éclairement uniforme, mais les lentilles il monter un profil gaussien forme lors de la mesure). Pour vous assurer que la métallisation est sans incidence sur les résultats expérimentaux, il est utile de réaliser plusieurs mesures de déplacement de la lentille et, en conséquence, la tache lumineuse sur le plan du récepteur. Si le photocourant mesuré varie significativement quand bougeant légèrement la tache lumineuse, cela signifie que la grille de métallisation affecte les mesures.
Il existe d’autres méthodes appropriés pour mesurer l’efficacité optique d’une lentille primaire, par exemple, à l’aide de capteurs de rayonnement thermique comme thermopiles10. Le principal inconvénient de cette approche est que la réponse d’un capteur thermique est trop lente pour n’importe quelle source de lumière flash. Par conséquent, il ne peut s’appliquer aux mesures extérieures (qui sont très sensibles à la distribution spectrale de l’éclairement énergétique et autres conditions météorologiques). Avec la méthode proposée, cette limitation est évitée.
En outre, à l’aide de la cellule solaire selon la procédure, il serait également possible d’obtenir la taille de la tache éclairer par une lentille. Pour ce faire, les photocourants générés par plusieurs MJ de cellules solaires du même type et différentes mais similaires tailles doivent être mesurés. Pour les cellules dont la taille est plus petite que le spot éclairer par la lentille, le photocourant mesuré diminue de diminution de la surface cellulaire due à la lumière de déversement hors de la cellule. En revanche, le photocourant reste constant pour les cellules solaires MJ dont la taille est plus grande que le spot lumineux, car quelle que soit la surface de la cellule, toute la lumière transmise par l’objectif atteint la cellule solaire. Par conséquent, la taille de la tache lumineuse est égale à la taille de la plus petite cellule qui atteint le maximum d’efficacité. Pour cette méthode, plus le nombre de cellules solaires utilisés, plus la résolution.
Étant donné un ensemble de cellules solaires apte à effectuer les mesures décrites n’est pas toujours disponible, la procédure de caméra CCD a été proposée pour mesurer la taille de tache lumineuse. Grâce à la large gamme dynamique du capteur CCD, à l’aide de photographies de la tache lumineuse prise avec l’appareil photo, une comparaison précise entre les valeurs de crête et de la vallée est possible. Pour calculer la valeur absolue de l’irradiance, un étalonnage de l’installation entière, y compris les filtres et la caméra CCD, serait nécessaire. Néanmoins, les photographies, il est possible de séparer la zone éclairée de la zone sombre au-dessus d’une image et, ainsi, estimer la taille de tache lumineuse. Les principaux inconvénients de cette technique sont le décalage spectral entre le capteur CCD et une cellule solaire MJ et le bruit produit par les sources de lumière différent de la faisceau collimaté généré par le simulateur solaire. Concernant le premier problème, en ajoutant un miroir chaud ou froid à la caméra, il est possible d’obtenir une réponse spectrale est très semblable à celui du dessus et du milieu cellules secondaires (voir Figure 6). En outre, afin de limiter le bruit de fond, il faut complètement assombrir la chambre du simulateur CPV. Comme il est presque impossible d’éviter complètement les sources lumineuses externes, le traitement de l’image est très important et doit être bien programmé. L’étape la plus critique est l’élimination du bruit de fond. Filtrage de bruit peut être partiellement automatisé, mais, en raison de la forte dépendance à des facteurs externes qui sont difficilement prévisibles, chaque image traitée subit un examen visuel.
La procédure de CCD permet d’obtenir l’évolution de la taille de tache lumineuse en fonction de la température de la lentille en ajoutant au système une chambre thermique où sont placés les lentilles. Dans ce cas, outre les sources d’erreur décrite précédemment, incertitude découle des mesures de température de lentille. Le thermocouple de contrôle (celui directement connecté à l’ordinateur) n’atteint pas la température de l’objectif réel parce que le capteur est placé dans un point de la chambre thermique proche mais pas directement lié aux lentilles à mesurer. Par conséquent, la température mesurée à l’aide d’un thermocouple de tel est une température moyenne de l’environnement qui entoure les lentilles, et il ne correspond pas nécessairement à la température de l’objectif réel. C’est pourquoi la connexion chaque lentille à un thermocouple indépendant est recommandé. Néanmoins, il y a probablement un gradient de température entre les différents points de la lentille. Afin de quantifier cette incertitude, une fois que la chambre thermique atteint la température désirée, et avant d’effectuer toute mesure, il est préférable d’attendre 15-20 minutes pour laisser la température du système deviennent aussi uniforme que possible.

Photovoltaïque concentrateur (CPV) est une technologie prometteuse pour réduire le coût de l’électricité solaire car cette technologie peut bénéficier de l’amélioration rapide, l’efficacité des avancées multi piles solaires de jonction (MJ). Ces dispositifs sont composés de plusieurs cellules secondaire (habituellement trois désigné comme haut, moyen et bas) dont chacun est constitué d’un semi-conducteur de différent composé. Chaque cellule secondaire a un bandgap différent, ce qui entraîne une réponse spectrale différente, qui permet à chacun de convertir une partie distincte du spectre solaire en électricité. De cette façon, les cellules solaires MJ sont capables d’exploiter un large éventail du spectre solaire (généralement de 300 à 1800 nm) pour atteindre des valeurs de rendement supérieurs à 46 % sous lumière concentrée1. Afin de compenser le coût élevé de tels dispositifs photovoltaïques, systèmes optiques sont utilisés pour concentrer l’irradiance sur eux, ce qui réduit le coût du système final. Actuellement, la plupart des systèmes disponibles dans le commerce à haute concentration (HCPV) photovoltaïques reposent sur hybride (SoG) de silicone sur verre de lentilles de Fresnel2. Dans tous les systèmes d’optiques réfractives, l’aberration chromatique est le facteur diminuant plus sévèrement les performances de la lentille en fonction de la concentration maximum réalisable3 (c.-à-d., zone spot lumière minimale). L’utilisation d’une lentille achromatique, autrement dit, une lentille avec fortement réduit l’aberration chromatique, il est possible d’augmenter significativement la concentration maximum réalisable sans une nécessité pour tous les éléments optiques supplémentaires (appelés éléments optiques secondaires 4 , ( 5).
La conception de lentilles achromatiques (communément appelées doublets achromatiques parce qu’ils sont fabriqués de couplage de deux matériaux avec différents dispersibilité) a été bien connue depuis le XVIIIe siècle. Le doublet achromatique conventionnel est composé de deux verres différents : le premier est appelé la Couronne et a faible dispersion, tandis que l’autre s’appelle le silex et a haute dispersion. Toutefois, le coût global de ces sortes de verres et de leur traitement qui les rend inabordables pour les systèmes HCPV. Languy et co-auteurs ont proposé un doublet achromatique des CPV composées de deux matières plastiques : poly(methyl methacrylate) (PMMA) et en polycarbonate (PC)6. Dans leur article, une analyse comparative sur les différentes configurations et de leurs avantages est présenté, mais sans aborder leur fabricabilité et évolutivité à production élevée.
La lentille de Fresnel ADG proposée ici a été conçue de telle sorte que la lumière à une certaine longueur d’onde courte (lumière « bleue ») et un certain longueur d’onde (« rouge ») ont exactement la même distance focale. Détails de la méthode de conception pour les doublets achromatiques standards peuvent être trouvés ailleurs7. Plusieurs simulations de ray-tracing ont été effectuées afin de démontrer les améliorations obtenues à l’aide d’une lentille de Fresnel ADG au lieu d’une lentille de SoG Fresnel classique. Un rapport détaillé sur les résultats obtenus a été présenté en4. Le résultat le plus important est que lors de la substitution d’une lentille de Fresnel de SoG classique avec une lentille de Fresnel ADG, la concentration réalisable augmente environ trois fois tout en conservant la même efficacité optique. En outre, depuis le processus de fabrication8 envisagées pour obtenir l’ADG est très similaire à celle employée pour fabriquer des lentilles de SoG, l’augmentation de concentration sera obtenue sans augmenter significativement le coût.
Nous présentons ici un protocole pour effectuer une caractérisation complète des concentrateurs comprenant une lentille réfractive primaire et nous appliquons ce protocole à la fois une lentille de Fresnel de SoG classique (utilisé comme point de repère) et plusieurs prototypes de lentille de Fresnel ADG. Pour ce faire, un simulateur solaire pour CPV a été utilisé. Une description détaillée du simulateur et tous ses composants, ainsi que ses principes de fonctionnement, a été présentée ailleurs9.

<table><tbody><tr><td>SIMULATEUR SOLAIRE HELIOS 3030</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HELIOS 3030 LOGICIEL</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HELIOS 3198 SIMULATEUR SOLAIRE CPV</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HELIOS 3198 LOGICIEL</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3 AXES PLATE-FORME DE POSITIONNEMENT AUTOMATISÉ</td><td>Zaber tech.</td>Le numéro de catalogue <td>T-LSR75A</td><td>correspond à l’appareil contrôlant les mouvements de l’objectif avec une grande précision dans un axe de la commande xyz.</td></tr><tr><td>PLATE-FORME DE POSITIONNEMENT AUTOMATISÉE 3 AXES</td><td>Zaber tech.</td><td>Le numéro de catalogue T-LSM200A</td><td>correspond à l’appareil contrôlant les mouvements de l’objectif avec une grande précision dans un axe de la commande xyz.</td></tr><tr><td>PLATE-FORME DE POSITIONNEMENT AUTOMATISÉE 3 AXES</td><td>Zaber tech.</td><td>Le numéro de catalogue T-LSM200A</td><td>correspond à l’appareil contrôlant les mouvements de l’objectif avec une grande précision dans un axe de la commande xyz.</td></tr><tr><td>Console Zaber 1.4.7.</td><td>La technologie Zaber.</td><td></td><td>Logiciel fourni par Zaber tech. capable de contrôler la plate-forme de positionnement automatique à partir de l’ordinateur</td></tr><tr><td>Filtres dichroïques</td><td>Optiques Edmund Miroirs</td><td></td><td>chauds et froids</td></tr><tr><td>Filtres neutres</td><td>Optique Edmund Silicone</td><td></td><td></td></tr><tr><td>sur verre Lentille</td><td></td><td></td> de Fresnel <td>Fabriqué par Fraunhofer ISE.</td></tr><tr><td>Doublet achromatique sur lentille</td><td></td><td></td> de Fresnel <td>en verre Fabriqué à l’Institut de l’énergie solaire</td></tr><tr><td>Cellules</td><td></td><td></td><td></td>solaires multi-jonctions</tr><tr><td>Caméra à dispositif à couplage chargé</td><td>Qimaging</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Qcapture, logiciel de contrôle de caméra CCD</td><td>Qimaging</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chambre</td><td></td><td></td> thermique <td>Conçu et fabriqué à l’IES</td></tr><tr><td>TC-720, logiciel</td><td></td><td></td><td></td> de contrôle de chambre thermique</tr></tbody></table>

intérieur évaluation expérimentale de l’efficacité et l’irradiance spot du doublet achromatique sur verre (adg) lentille de fresnel pour concentrer l’énergie photovoltaïque

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

Nous présentons une méthode pour caractériser des lentilles de Fresnel achromatiques pour applications photovoltaïques. Le doublet achromatique sur verre (ADG) lentille de Fresnel est composé de deux matières, une matière plastique et l’élastomère, dont caractéristiques de dispersion (variation de l’indice de réfraction avec la longueur d’onde) sont différents. Nous avons tout d’abord conçu la géométrie de la lentille et ensuite utilisée simulation de ray-tracing, basée sur la méthode de Monte Carlo, d’analyser ses performances du point de vue de rendement optique et la concentration maximum réalisable. Par la suite, prototypes de lentille de Fresnel ADG fabriqués au moyen d’une méthode simple et fiable. Il se compose d’une injection préalable de pièces en plastique et une stratification consécutif, ainsi que l’élastomère et un substrat de verre pour fabriquer le parquet des lentilles de Fresnel ADG. La précision du profil lentille manufacturés est examinée à l’aide d’un microscope optique tandis que ses performances optiques est évaluée à l’aide d’un simulateur solaire pour les systèmes photovoltaïques de concentrateur. Le simulateur est composé d’une ampoule de flash au xénon dont la lumière émise est réfléchie par un miroir parabolique. La lumière collimatée a une distribution spectrale et une ouverture angulaire semblable au réel soleil. Nous avons été en mesure d’évaluer les performances optiques des lentilles Fresnel ADG en prenant des photographies de l’irradiance spot projetée par l’objectif à l’aide d’une caméra à dispositif à couplage de charge (CCD) et en mesurant le photocourant généré par plusieurs types de jonction multi (MJ) solaire cellules, qui ont été caractérisés auparavant à un simulateur solaire concentrateur des cellules solaires. Ces mesures ont démontré le comportement achromatique de lentilles de Fresnel ADG et, comme conséquence, l’aptitude de la modélisation et les méthodes de fabrication.

Les principaux résultats obtenus des essais expérimentaux décrites précédemment sont les suivantes : -Comportement achromatique de lentille de Fresnel ADG a été démontrée à l’aide de mesures de caméra CCD (Figure 7). -L’efficacité optique (proportionnelle au courant mesuré par la cellule MJ, utilisée comme un capteur de lumière) de l’ADG Fresnel lens montre une grande tolérance lorsque la cellule est déplacée de la distance focale optimale et le long de l’axe de la distance focale (Figure 8). -La taille du casting spot par la lentille de l’ADG montre une grande tolérance à des températures différentes (Figure 9).
L’évolution du diamètre du spot en fonction de la distance lentille-à-récepteur est illustrée à la Figure 7 pour les deux lentilles, une lentille de SoG Fresnel classique et la lentille de Fresnel ADG. Le haut et le milieu des cellules ont été analysées séparément au moyen de deux filtres dichroïques, un chaud miroir filtrant la lumière avec une longueur d’onde supérieure à 700 nm et un miroir froid filtrer la lumière dont longueur d’onde est inférieure à 700 nm. Figure 7 a, on voit que les minima des deux courbes sont déplacés. C’est en raison de l’aberration chromatique : l’indice de réfraction pour les courtes longueurs d’onde étant supérieur, le point focal pour la lumière bleue est plus proche de la lentille. Ensuite, place minimum pour la lumière bleue est décalée vers la gauche (vers la lentille) et place minimum pour la lumière rouge est décalée vers la droite (vers l’infini). À l’inverse, à la Figure 7 b, on peut constater que, pour la lentille de Fresnel ADG, la position de la tache minimum pour la lumière bleue correspond exactement à l’endroit minimale pour la lumière rouge, prouvant que la lentille présente un comportement achromatique.
L’évolution du photocourant normalisée généré par une cellule solaire MJ illuminée par un objectif de concentration comme fonction de la distance lentille-cellule relative est illustrée à la Figure 8. L’aspect le plus large de la courbe de la lentille de Fresnel ADG signifie que, grâce à la conception achromatique, il a une tolérance plus élevée à un déplacement de la lentille de sa position optimale, le long de l’axe optique qu’une lentille de SoG Fresnel classique. En conséquence, ADG lentilles sont plus tolérantes aux erreurs de montage ou à n’importe quel phénomène qui change la distance focale, par exemple, une variation de température.
Enfin, la variation de la lumière spot cast par la lentille en fonction de la température de la lentille est illustré Figure 9. Le haut et le milieu des cellules ont été analysées séparément au moyen de filtres dichroïques (miroirs chauds et froids). Lentilles ont été mis à l’intérieur d’une chambre thermique avec un couvercle en verre transparent pour contrôler leur température12. Les graphiques de la Figure 9 montrent comment la variation de température a un impact plus faible sur la lentille de Fresnel ADG que sur la référence de la lentille de Fresnel de SoG. En fait, pour ce dernier, pour une augmentation de la température de 20 ° C, l’expansion de la taille de tache lumineuse est significative : le diamètre est d’environ 30 % plus grande pour la cellule secondaire supérieure et jusqu'à 60 % plus grande pour la cellule moyenne subsidiaire. Au contraire, pour l’objectif de l’ADG, même dans le pire des cas l’augmentation est inférieure à 20 %. Cela signifie que même dans des conditions de fonctionnement en plein air avec l’excursion thermique forte, à l’aide de la lentille de l’ADG rendrait les performances du système plus stable.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56269/56269fig7.jpg"> 
La figure 7. Diamètre du spot mesurée en fonction de la distance lentille-à-récepteur. Diamètre du spot est défini comme celui dont 95 % de l’énergie. Les lignes en pointillés rouges représentent des diamètres spots pour les longueurs d’onde (ceux généralement convertis par la cellule sous moyenne de cellules solaires MJ, c’est à dire., 650-900 nm) et des lignes continues bleus représentent spots diamètres pour les courtes longueurs d’onde (ces généralement couvert par le haut de la page subcell, c.-à-d., 350-650 nm). (un) SOG Fresnel lentille, (b), ADG Fresnel lens. Ce chiffre a été modifié par8. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56269/56269fig7large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56269/56269fig8v2.jpg"> 
La figure 8. Normalisé photocourant généré par une cellule solaire MJ dont le diamètre est de 3 mm en fonction de la distance relative de la cellule-à-lens. Chaque courbe a été divisé par sa valeur maximale. Le zéro dans l’axe des abscisses pour trois lentilles représente la distance focale optimale (où le spot minimise). Courbes d’arrière-plan représentent les photocourants normalisées générées par le haut (marqueurs circulaires) et middle cellules sub (marqueurs triangulaires). ADG_v2 est une conception améliorée de lentille Fresnel ADG. Le courant normalisé produit par la cellule solaire MJ (la valeur minimale entre le haut et le milieu photocourants) a été remarqué par souci de clarté. Ce chiffre a été modifié par 13. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56269/56269fig8large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56269/56269fig9.jpg"> 
La figure 9. Taille relative du spot en fonction de la température de la lentille. (A) les résultats associés à la cellule secondaire supérieure (mesure effectuée à l’aide d’un filtre dichroïque miroir chaud). (B) les résultats connexes la cellule moyenne subsidiaire (mesure effectuée à l’aide d’un filtre dichroïque miroir froid). La taille relative de la tache est obtenue en divisant la taille du spot de la valeur minimale mesurée pour chaque objectif. Ce chiffre a été modifié par13. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56269/56269fig9large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>

Le doublet achromatique sur verre (ADG) Fresnel lentille fait utiliser des deux matériaux avec une dispersion différente pour réduire l’aberration chromatique et augmenter la concentration réalisable. Dans cet article, un protocole pour la caractérisation complète de la lentille de Fresnel ADG est présenté.

Intérieur évaluation expérimentale de l’efficacité et l’Irradiance Spot du Doublet achromatique sur verre (ADG) lentille de Fresnel pour concentrer l’énergie photovoltaïque

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is ...

L'objectif général de cette méthode est d'évaluer les performances d'un doublet achromatique sur une lentille de Fresnel en verre en tant que nouvelle optique pour les systèmes photovoltaïques à concentration. La méthode permet de déterminer à la fois l'efficacité de transmission de l'optique et sa capacité de concentration en mesurant la taille du spot projeté par la lentille. L'évaluation de l'optique est réalisée en mesurant dans quelle mesure elle concentre la lumière sur des cellules solaires multi-jonctions.Ces dispositifs transforment en électricité l'irradiance sur une large bande spectrale. Dans les systèmes photovoltaïques concentrés, l'aberration chromatique réduit la concentration maximale atteignable lorsqu'on utilise un élément primaire réfractif. Cette limitation est évitée en utilisant le doublet achromatique sur lentille de Fresnel en verre que nous avons conçu.La conception comprend deux matériaux différents, un plastique et un élastomère, ayant une dispersion distincte. Autrement dit, la variation de l’indice de réfraction dépend de la longueur d’onde. Le procédé de fabrication peu coûteux comprend la lamination des deux matériaux sur un substrat en verre afin d’obtenir un parquet de lentilles.Pour chaque mesure, une lentille de Fresnel en silicone sur verre est utilisée comme référence. Le simulateur solaire pour cellules solaires à concentration, Helios 3030 de Solar Added Value, a été utilisé pour effectuer les mesures. Cet équipement est capable de mesurer les cellules solaires MJ sous une lumière concentrée de 1 000 soleils avec un spectre contrôlé.Placer les isotopes de référence supérieurs, intermédiaires et inférieurs à l'intérieur du simulateur solaire, en même temps que la cellule solaire à mesurer. Les placer aussi proches que possible afin de réduire les erreurs dues à une illumination non uniforme sur le plan de mesure. Ensuite, régler la hauteur de la lampe à éclairs afin d'atteindre le niveau souhaité de concentration.Ajoutez les filtres nécessaires pour ajuster la distribution spectrale. Ensuite, connectez les cellules isotypes et la cellule à mesurer à la carte d'acquisition de données du simulateur solaire. Ouvrez le logiciel de contrôle et sélectionnez un niveau d'irradiance, où les cellules isotypes supérieure et intermédiaire indiquent exactement le même niveau d'irradiance.Cela permet de confirmer que la cellule est mesurée aux niveaux cibles de concentration et de spectre. Ensuite, exécutez le simulateur pour démarrer le test IV. Pour chaque point défini dans le fichier texte, l'appareil polarise la cellule à la tension souhaitée, déclenche l'impulsion lumineuse et mesure le courant généré par la cellule solaire.Répétez ce processus à différents niveaux de concentration afin de vérifier que le courant photoélectrique généré par la cellule varie linéairement avec la concentration, confirmant ainsi la fiabilité de la cellule solaire étalonnée en tant que capteur de lumière pour la caractérisation des lentilles. Montez la plateforme motorisée de positionnement tridimensionnelle à l’intérieur de la chambre noire du simulateur solaire destiné aux systèmes photovoltaïques à concentration. Ensuite, fixez la cellule solaire sur le support mobile de la plateforme de manière à pouvoir commander sa position selon les axes X, Y et Z, puis reliez-la à la carte d’acquisition de données.Ensuite, nettoyez et placez la lentille à mesurer sur le support fixe monté sur la plateforme de positionnement automatisée. Utilisez la plateforme mobile pour centrer la cellule solaire par rapport à la lentille et la positionner à la distance focale optimale. Puis, utilisez le spectrohéliomètre contenant trois cellules isotypes à l’intérieur de tubes collimateurs pour évaluer les conditions spectrales pendant la mesure.Fermez le rideau du simulateur pour bloquer toutes les sources lumineuses extérieures. Ouvrez le logiciel de contrôle du simulateur solaire, puis appuyez sur le bouton Impulsion lumineuse pour déclencher la lampe à éclairs au xénon. Ensuite, déterminez le courant généré par la cellule solaire comme valeur mesurée lorsque les isotypes supérieur et central indiquent exactement le même niveau d'irradiance.Rédigez un fichier texte contenant plusieurs distances lentille-à-cellule situées autour de la valeur optimale, et répétez la mesure pour chaque position. Répétez toutes les mesures en remplaçant la lentille de Fresnel achromatique sur verre par la lentille de Fresnel en silicone sur verre qui servira de référence. Sur la même plateforme motorisée à trois axes utilisée précédemment, fixez la caméra CCD.Sélectionnez la distance focale optimale. Réglez le support afin que le point lumineux soit approximativement centré sur le capteur CCD. Ensuite, ajoutez un filtre passe-bas pour bloquer la lumière dont la longueur d’onde est supérieure à 650 nanomètres.De cette manière, seule la lumière convertie en électricité par la sous-cellule supérieure d'une cellule solaire à jonction multiple sera enregistrée. Déclencher la lampe à éclairs au xénon et synchroniser la caméra CCD pour prendre une photographie du spot lumineux projeté par l'objectif. Traiter la photographie afin de sélectionner une zone incluant le spot, puis calculer le centroïde du spot d'irradiance.Calculez le diamètre de la tache lumineuse projetée par l'objectif. Ce diamètre est défini comme celui du cercle contenant 95 % de la lumière atteignant le capteur de la caméra CCD. Ensuite, prenez une photographie pour chaque position autour de la distance focale optimale précédemment définie.Répétez les mesures avec le filtre passe-bas afin de bloquer la lumière dont la longueur d’onde est inférieure à 650 nanomètres. Dans ce cas, seule la lumière convertie en électricité par la sous-cellule intermédiaire d’une cellule solaire multi-jonction sera enregistrée. Les mesures précédentes peuvent être répétées en plaçant la lentille en cours de test à l’intérieur d’une enceinte thermique capable de contrôler sa température.La paroi de la chambre doit être transparente pour toutes les longueurs d'onde d'intérêt. Les valeurs normalisées du courant photoélectrique généré par la cellule solaire, lorsqu'elle est éclairée par un doublet achromatique sur verre ou par une lentille de Fresnel en silicone sur verre, sont tracées en fonction de la distance relative entre la lentille et la cellule. La lentille en doublet achromatique sur verre présente une tolérance plus élevée aux déplacements de la lentille par rapport à sa position optimale le long de l'axe optique, grâce à son conception.L'évolution du diamètre de la tache correspondant aux sous-cellules supérieure et intermédiaire au sein d'une cellule solaire multi-jonction est tracée en fonction de la distance lentille-récepteur pour les deux lentilles. Les courbes décalées dans l'échantillon en silicone sur verre sont dues à l'aberration chromatique. Étant donné que l'indice de réfraction pour les courtes longueurs d'onde est plus élevé, le point focal pour la lumière bleue est plus proche de la lentille.À l’inverse, pour la lentille achromatique, la position du point minimum pour la lumière bleue correspond exactement à celle du point minimum pour la lumière rouge, ce qui démontre le comportement achromatique de la lentille. L’agrandissement du spot lumineux, dû à la variation de température pour la lentille en silicone sur verre, est plus important que pour la lentille achromatique. Dans des conditions de fonctionnement extérieures avec de fortes variations thermiques, l’utilisation de la lentille achromatique rendrait la performance du système plus stable.Une fois maîtrisée, cette technique permet la caractérisation complète en intérieur d'optiques destinées à des applications photovoltaïques concentrées, telles que des lentilles primaires ou des miroirs primaires. Le doublet achromatique sur lentille de Fresnel en verre développé à l'Institut de l'Énergie Solaire a été entièrement caractérisé à l'aide du protocole proposé. L'efficacité optique ainsi que la taille du spot ont été mesurées.Grâce à cette méthode, nous avons pu démontrer expérimentalement le comportement achromatique de la lentille ADG, sa plus grande tolérance à un déplacement par rapport à la distance focale optimale, ainsi que sa sensibilité réduite à une variation de température.

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