הערכת ניסיוני מקורה של יעילות, Irradiance שתאכלו כפיל אכרומטי על זכוכית (ADG) עדשת פרנל ריכוז Photovoltaics

המטרה הכוללת של שיטה זו היא להעריך את הביצועים של הכפיל האכרומטי על עדשת פרנל מזכוכית כאופטיקה חדשה לריכוז מערכות פוטו-וולטאיות. השיטה מאפשרת לקבוע הן את יעילות השידור של האופטיקה והן את יכולת הריכוז שלה על ידי מדידת גודל הנקודה שהעדשה מטילה. הערכת האופטיקה מתבצעת על ידי מדידת מידת ריכוז האור בתאים סולאריים מרובי צומתים.

מכשירים אלה ממירים לקרינת חשמל על פני רוחב פס ספקטרלי רחב. בפוטו-וולטאים מרוכזים, הסטייה הכרומטית מפחיתה את הריכוז המקסימלי שניתן להשיג בעת שימוש באלמנט הראשוני השבירה. מגבלה זו נמנעת על ידי שימוש בכפיל האכרומטי על עדשת פרנל זכוכית שתכננו.

העיצוב כולל שני חומרים שונים, פלסטיק ואלסטומר, בעלי פיזור שונה. כלומר, וריאציה של מקדם השבירה היא פונקציה של אורך הגל. תהליך הייצור הזול כולל למינציה של שני החומרים על מצע זכוכית על מנת להשיג פרקט עדשות.

עבור כל מדידה, עדשת פרנל סיליקון על זכוכית משמשת כאמת מידה. הסימולטור הסולארי לתאים סולאריים מרוכזים, Helios 3030 מבית Solar Added Value, שימש לביצוע המדידות. ציוד זה מסוגל למדוד תא סולארי MJ באור מרוכז של 1,000 שמשות עם ספקטרום מבוקר.

הנח את איזוטיפי הייחוס העליונים, האמצעיים והתחתונים בתוך הסימולטור הסולארי יחד עם התא הסולארי למדידה. מקם אותם קרוב ככל האפשר זה לזה על מנת להפחית שגיאות עקב תאורה לא אחידה במישור המדידה. לאחר מכן, כוונן את גובה מנורת הפלאש על מנת להגיע לרמת הריכוז הרצויה.

הוסף את המסננים הדרושים כדי להתאים את ההתפלגות הספקטרלית. לאחר מכן, חבר את האיזוטיפים ואת התא שיש למדוד ללוח איסוף הנתונים של הסימולטור הסולארי. פתח את תוכנת הבקרה ובחר רמת קרינה, כאשר גם האיזוטיפים העליונים וגם האמצעיים מציינים בדיוק את אותה רמת קרינה.

זאת כדי לאשר שהתא נמדד תחת רמת ריכוז היעד והספקטרום. לאחר מכן, הפעל את הסימולטור כדי להתחיל את בדיקת הווריד. עבור כל נקודה המוגדרת בקובץ הטקסט, הציוד מקטב את התא במתח הרצוי, מפעיל את ההבזק ומודד את הזרם שנוצר על ידי התא הסולארי.

חזור על תהליך זה ברמות ריכוז שונות כדי לבדוק שהפוטו-זרם שנוצר על ידי התא משתנה באופן ליניארי עם הריכוז, ומאשר את אמינות התא הסולארי המכויל כחיישן אור לאפיון העדשה. התקן את פלטפורמת המיקום האוטומטית בעלת שלושת הצירים בתוך החדר החשוך של הסימולטור הסולארי למערכות פוטו-וולטאיות מרוכזות. לאחר מכן, התקן את התא הסולארי על המחזיק הנע של הפלטפורמה בצורה כזו שניתן יהיה לשלוט במיקומו לאורך צירי X, Y ו-Z, ולחבר אותו ללוח רכישת הנתונים.

לאחר מכן, נקה והנח את העדשה למדידה על התמיכה הקבועה המותקנת על פלטפורמת המיקום האוטומטית. השתמש בפלטפורמה הנעה כדי למרכז את התא הסולארי ביחס לעדשה ולמקם אותו במרחק המוקד האופטימלי. לאחר מכן, השתמש בספקטרוהליומטר המכיל שלושה תאי איזוטיפ בתוך צינורות קולימציה כדי להעריך את התנאים הספקטרליים במהלך המדידה.

סגור את וילון הסימולטור כדי לחסום את כל מקורות האור החיצוניים. פתח את התוכנה השולטת בסימולטור הסולארי, ולחץ על הכפתור דופק אור כדי להפעיל את קסנון פלאש lamp. לאחר מכן, קבע את הזרם שנוצר על ידי התא הסולארי כערך הנמדד כאשר איזוטיפים עליונים ואמצעיים מציינים בדיוק את אותה רמת קרינה.

כתוב קובץ טקסט עם מספר מרחקים מעדשה לתא סביב הערך האופטימלי, וחזור על המדידה עבור כל מיקום. חזור על כל המדידות, והחלף את הכפיל האכרומטי בעדשת פרנל מזכוכית בסיליקון על עדשת פרנל זכוכית שתשמש כהפניה. על אותה פלטפורמת מיקום אוטומטית בעלת שלושה צירים ששימשה בעבר, התקן את מצלמת ה-CCD.

בחר את מרחק המוקד האופטימלי. כוונן את המחזיק כדי למקם את נקודת האור כך שהיא תהיה מרוכזת בערך על חיישן ה-CCD. לאחר מכן, הוסף מסנן מעבר קצר כדי לחסום אור שאורך הגל שלו ארוך מ-650 ננומטר.

באופן זה, יירשם רק האור המומר לחשמל על ידי תת-התא העליון בתוך תא סולארי רב-צומת. הפעל את מנורת פלאש הקסנון וסנכרן את מצלמת ה-CCD כדי לצלם את נקודת האור המוקרנת על ידי העדשה. עבדו את התצלום כדי לבחור אזור הכולל את הנקודה, וחשבו את המרכז של נקודת הקרינה.

חשב את קוטר נקודת האור המוקרנת על ידי העדשה. הוא מוגדר כקוטר המעגל המכיל 95% מהאור שמגיע לחיישן מצלמת ה-CCD. לאחר מכן, צלם תמונה אחת לכל מיקום סביב מרחק המוקד האופטימלי שהוגדר קודם לכן.

חזור על המדידות עם מסנן המעבר הקצר כדי לחסום אור שאורך הגל שלו קצר מ-650 ננומטר. במקרה זה, רק האור המומר לחשמל על ידי תת-התא האמצעי בתוך תא סולארי רב-צומתי יירשם. ניתן לחזור על המדידות הקודמות על ידי הצבת העדשה בבדיקה בתוך תא תרמי המסוגל לשלוט בטמפרטורה שלה.

קיר החדר צריך להיות שקוף עבור כל אורכי הגל המעניינים. הערכים המנורמלים של הפוטו-זרם שנוצר על ידי התא הסולארי, כאשר הם מוארים על ידי הכפיל האכרומטי על הזכוכית או הסיליקון על עדשת פרנל מזכוכית, משורטטים כפונקציה של המרחק היחסי בין עדשה לתא. הכפיל האכרומטי על עדשת הזכוכית מראה סובלנות גבוהה יותר לתזוזה של העדשה ממיקומה האופטימלי לאורך הציר האופטי, הודות לעיצוב שלה.

האבולוציה של קוטר הנקודה המתאים לתת-התאים העליונים והאמצעיים בתוך תא סולארי רב-צומתי משורטטת כפונקציה של מרחק העדשה למקלט עבור שתי העדשות. הקימורים העקורים בסיליקון על דגימת זכוכית נובעים מסטייה כרומטית. מכיוון שמקדם השבירה לאורכי גל קצרים גבוה יותר, נקודת המוקד של האור הכחול קרובה יותר לעדשה.

לעומת זאת, עבור העדשה האכרומטית, מיקום הנקודה המינימלית לאור כחול תואם בדיוק את הנקודה המינימלית לאור אדום, מה שמוכיח את ההתנהגות האכרומטית של העדשה. הגדלת נקודת האור, עקב שינויי טמפרטורה עבור הסיליקון על עדשת הזכוכית, גדולה יותר מאשר עבור העדשה האכרומטית. בתנאי הפעלה חיצוניים עם חריגה תרמית חזקה, שימוש בעדשה האכרומטית יהפוך את ביצועי המערכת ליציבים יותר.

לאחר השליטה, טכניקה זו מאפשרת אפיון פנימי מלא של אופטיקה ליישום פוטו-וולטאי מרוכז, כגון עדשות ראשוניות או מראות ראשוניות. הכפיל האכרומטי על עדשת פרנל מזכוכית שפותח במכון לאנרגיה סולארית אופיינו לחלוטין באמצעות הפרוטוקול המוצע. גם היעילות האופטית וגם גודל הנקודה נמדדו.

באמצעות שיטה זו, הצלחנו להדגים באופן ניסיוני את ההתנהגות האכרומטית של עדשת ה-ADG, את הסובלנות הגבוהה יותר שלה לתזוזה ביחס למרחק המוקד האופטימלי, ואת הרגישות הנמוכה יותר לשינוי טמפרטורה.