Name: הערכת ניסיוני מקורה של יעילות, Irradiance שתאכלו כפיל אכרומטי על זכוכית (ADG) עדשת פרנל ריכוז Photovoltaics (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: למד להעריך את ביצועי עדשת פרנל אכרומטית כפולה על זכוכית (ADG) עבור מערכות פוטו-וולטאיות מרוכזות. השיטה מודדת יעילות העברה ויכולת ריכוז אור על תאים סולריים רב-מגע.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו חלקית בתמיכתם של ספרדית משרד הכלכלה ואת התחרותיות תחת הפרויקט Acromalens (ENE2013-45229-P), קיבלה מימון המחקר של האיחוד האירופי אופק 2020 ותוכנית חדשנות בתוך פרוייקט CPV להתאים תחת גרנט הסכם לא 640873.

<ol><li>Green, M. A., Emery, K., Hishikawa, Y., Warta, W., Dunlop, E. D. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.2855/abstract">Solar cell efficiency tables (version 49).</a> Prog. Photovolt. Res. Appl. 25, 3-13 (2016).</li>
<li>Lorenzo, E., Sala, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLorenzo%2C+E+%22Sun+II%22">Sun II</a>. , 536-539 (1979).</li>
<li>Victoria, M. <a target="_blank" href="http://oa.upm.es/30443/">New Concepts and Techniques for the Development of High-Efficiency Concentrating Photovoltaic Modules</a>. , E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). (2014).</li>
<li>Vallerotto, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+modeling+of+a+cost-effective+achromatic+Fresnel+lens+for+concentrating+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Design and modeling of a cost-effective achromatic Fresnel lens for concentrating photovoltaics.</a> Opt. Express. 24, A1245(2016).</li>
<li>Victoria, M., Domínguez, C., Antón, I., Sala, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+analysis+of+different+secondary+optical+elements+for+aspheric+primary+lenses%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Comparative analysis of different secondary optical elements for aspheric primary lenses.</a> Optics Express. 17, 6487-6492 (2009).</li>
<li>Languy, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flat+Fresnel+doublets+made+of+PMMA+and+PC%3A+combining+low+cost+production+and+very+high+concentration+ratio+for+CPV%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Flat Fresnel doublets made of PMMA and PC: combining low cost production and very high concentration ratio for CPV.</a> Opt. Express. 19, Suppl 3. A280(2011).</li>
<li>Hecht, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHecht%2C+E+%22Optics%2C+Third+Edition%22">Optics, Third Edition</a>. , Addison Wesley Longman, Inc. (1998).</li>
<li>Vallerotto, G., Askins, S., Victoria, M., Antón, I., Sala, G. A novel achromatic Fresnel lens for high concentrating photovoltaic systems. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aVallerotto%2C+G+%22AIP+Conf.+Proc%22">AIP Conf. Proc</a>. , AIP Publishing. 050007(2016).</li>
<li>Domínguez, C., Antón, I., Sala, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solar+simulator+for+concentrator+photovoltaic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Solar simulator for concentrator photovoltaic systems.</a> Opt. Express. 16, 14894(2008).</li>
<li>Victoria, M., Askins, S., Herrero, R., Antón, I., Sala, G. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X16301104">Assessment of the optical efficiency of a primary lens to be used in a CPV system.</a> Solar Energy. 134, 406-415 (2016).</li>
<li>Domínguez, C., Antón, I., Sala, G., Askins, S. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.2227/abstract">Current-matching estimation for multijunction cells within a CPV module by means of component cells: Current-matching estimation for MJ cells within a concentrator.</a> Prog. Photovolt. Res. Appl. 21, 1478(2013).</li>
<li>Askins, S., Victoria, M., Herrero, R., Domínguez, C., Antón, I., Sala, G. Effects of Temperature on Hybrid Lens Performance. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAskins%2C+S+%22AIP+Conf.+Proc%22">AIP Conf. Proc</a>. , AIP Publishing. 57-60 (2011).</li>
<li>Vallerotto, G., Askins, S., Victoria, M., Antón, I., Sala, G. Experimental Characterization of Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lenses. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aVallerotto%2C+G+%22AIP+Conf.+Proc%22">AIP Conf. Proc</a>. , AIP Publishing. (2017).</li>
</ol>

אין לנו לחשוף.

השיטה המוצעת עבור אפיון עדשות פרנל ADG מכיל שני תהליכים שונים: הראשון משתמש תאים סולריים כמו חיישני אור, בעוד השנייה מבוססת על מצלמת CCD.
החלת את תא פוטו-וולטאי מבוסס הליך, photocurrent שנוצר על ידי תא סולארי MJ יש כבר נמדד באמצעות עדשות פרנל שונות כמו ריכוז. כמפורט בפרוטוקול, סימולטור שמש CPV עושה שימוש מנורה פלאש קסנון פליטת אור המשתקף על מראה פרבולית. מראה כזה מפיק אלומת אור מקבילות על המטוס מדידה (חופפת הצמצם של העדשה). עקב המראה ייצור טולרנסים חספוס פני השטח, אור מקבילות אינה אחידה על המטוס מדידה. שאינו-אחידות irradiance שנוצרו על-ידי סימולטור שמש הוא המקור העיקרי של שגיאה שלנו מדידות ניסיוני10. מאז עדשות גדולות לשלב את irradiance על המטוס מדידה על פני שטח גדול, השגיאה בשל אחידות שאינה תלויה בגודל של העדשה. סימולטור שמש למערכות CPV בשימוש במכון אנרגיה סולארית משיגה על אחידות יותר ± 5% 3 x 3 ס"מ אופטיקה9. עדשת פרנל ADG נבדק כאן, אשר הצמצם אופטי הוא 40 x 40 מ מ, ההשפעה של אי-אחידות מעל המידה יכול להיות קריטי. על מנת לצמצם אי ודאות זו, עדשה הפניה הוא נמדד מחדש לפני ביצוע ניסוי כלשהו. יתר על כן, כאשר ביצוע מדידות אלה, הוא בעל חשיבות עליונה כדי להיות זהירים במיוחד במהלך היישור של התא לבין העדשה. למעשה, תא השמש יש למקם בדיוק ממורכז עם נקודת האור שהטילה את העדשה כדי למנוע אי-התאמות, כי אם רע הראשונית מיצוב, ההפחתה photocurrent בגלל defocusing היא שונה. שגיאה נוספת שעלולה להתרחש היא נגרמת על ידי גורמים הצללה שונות של הרשת metallization הקדמי (תא השמש MJ להשתמש בחיישן מכויל שימוש בקרינה אחיד אבל העדשות יצוק פרופיל בצורה גאוסיאנית עליו במהלך המדידות). כדי להבטיח כי metallization אינו משפיע תוצאות ניסויית, זה שימושי לשאת את מספר מדידות ועקרו מבתיהם העדשה, מכך, נקודת האור על המטוס מקלט. אם photocurrent נמדד משתנה באופן משמעותי כאשר מעט הזזת נקודת האור, פירוש כי הרשת metallization זה משפיע על המידות.
ישנן שיטות אחרות מתאימים למדוד את היעילות האופטי של העדשה הראשית, למשל, באמצעות חיישנים תרמיים irradiance כגון טרמופילים10. החיסרון העיקרי של גישה זו היא התגובה של חיישן תרמי הוא איטי מדי עבור כל מקור אור פלאש. לכן, זה ניתן להחיל רק למידות חיצונית (אשר רגישים מאוד להתפלגות ספקטרלי irradiance ותנאי מזג אוויר אחרים). עם השיטה המוצעת, מגבלה זו הוא נמנע.
בנוסף, באמצעות תא השמש מבוסס הליך, זה גם יהיה ניתן לקבל את הגודל של השחקנים ספוט אור על ידי העדשה. כדי לעשות זאת, photocurrents שנוצר על ידי מספר תאים סולריים MJ מאותו סוג, שונים אך דומים בגדלים צריך למדוד. עבור התאים שגודלם הוא קטן יותר מאשר הגבס ספוט אור על ידי העדשה, photocurrent נמדד פוחתת ככל ירידות תא השטח בשל האור נשפך מתוך התא. לעומת זאת, photocurrent נשארת קבועה עבור תאים סולריים MJ שגודלם הוא גדול יותר מאשר נקודת האור, שכן משנה פני השטח של התא, כל האור מועברת על ידי העדשה מגיעה תא השמש. לפיכך, גודל נקודת האור שווה לגודל של התא הקטן משיגה היעילות המרבית. שיטה זו, ככל שהמספר גבוה יותר של תאים סולריים להשתמש, גבוה יותר את הרזולוציה.
מאז ערכה של תאים סולריים מתאימים לבצע את המדידות המתוארת אינה זמינה תמיד, ההליך מצלמת CCD הוצע כדי למדוד את גודל נקודה אור. בזכות חיישן CCD, באמצעות צילומים של נקודת האור שצולמו באמצעות המצלמה, טווח דינמי רחב אפשרי השוואה בין ערכי שיא והעמק. על מנת לחשב את הערך המוחלט של אחידות irradiance, כיול של וכל המערך, כולל את המסננים ואת מצלמת CCD, היה הכרחי. עם זאת, מן התצלומים, זה אפשרי להפריד את שטח מהאזור החשוך מעל תמונה, לפיכך, לאמוד את גודל נקודה אור. החסרונות העיקריים של שיטה זו הן ההתאמה ספקטרלי בין חיישן CCD של תא סולארי MJ והרעש המיוצר על ידי מקורות אור שונים מן הקורה מקבילות שנוצר על ידי סימולטור שמש. לגבי הבעיה הראשונה, על-ידי הוספת מראה חם או קר עם המצלמה CCD, זה ניתן לקבל מענה ספקטראלית דומה מאוד לזה של החלק העליון והחלק האמצעי תאים משנה (ראו איור 6). בנוסף, על מנת להגביל את רעשי הרקע, יש צורך לחלוטין להכהות את התא של סימולטור CPV. מאז זה כמעט בלתי אפשרי להימנע לחלוטין מקורות אור חיצוני, עיבוד תמונה מאוד חשוב, צריך להיות מתוכנת טוב. השלב הקריטי ביותר הוא חיסול של רעש רקע. סינון רעש יכול להיות חלקית אוטומטי, אבל, בשל התלות חזק עם גורמים חיצוניים, כי הם בקושי צפוי, כל תמונה מעובד עובר בדיקה ויזואלית.
ההליך CCD ניתן להשיג את האבולוציה של גודל נקודה אור כפונקציה של הטמפרטורה העדשה על-ידי הוספת המערכת תא תרמי היכן ממוקמים עדשות. במקרה זה, מלבד מקורות השגיאה שתואר קודם לכן, נובע חוסר ודאות המדידות טמפרטורה העדשה. צמד תרמי שליטה (אחד מחובר ישירות למחשב) אינו מייצג את הטמפרטורה עדשה אמיתי כי החיישן ממוקם בנקודה של תא תרמי קרוב אבל לא מחובר ישירות העדשות כדי למדוד. לכן, הטמפרטורה נמדדת באמצעות כזה צמד תרמי היא הטמפרטורה הממוצעת היא הסביבה שמקיפה את העדשות, ואינו מתאים בהכרח לטמפרטורה עדשה אמיתי. זו הסיבה להתחברות לכל עדשה צמד תרמי עצמאי מומלץ. ובכל זאת, יש כנראה הדרגתי בטמפרטורה בין נקודות שונות של העדשה. על מנת לכמת אי ודאות זו, ברגע תא תרמי משיגה לטמפרטורה הרצויה, לפני ביצוע לכל מידה, עדיף לחכות 15-20 דקות לשחרר את טמפרטורת המערכת להפוך כמו אחיד ככל האפשר.

רכז פוטו (CPV) היא טכנולוגיה מבטיח כדי להפחית את העלות של חשמל סולארית מבוסס כי טכנולוגיה זו ניתן לנצל מצטבר השיפור המהיר ב היעילות של ריבוי מתקדם תאים סולריים צומת (MJ). התקנים אלה מורכבים של מספר תאים המשנה (בדרך כלל שלושה בשם העליון, האמצעי והתחתון) שכל אחד מהם מורכב של מוליך למחצה שונים במתחם. כל תא משנה יש של bandgap שונים וכתוצאה מכך לתגובה ספקטרלי שונים, דבר המאפשר אחד להמיר חלק ברורים ספקטרום השמש לחשמל. בדרך זו, תאים סולריים MJ מסוגלים לנצל מגוון רחב של הספקטרום סולארית (בדרך כלל 300-1800 ננומטר) להשגת יעילות ערכים גבוהים מ 46% תחת אור מרוכז1. כדי לפצות על העלות הגבוהה של מכשירים כאלה פוטו, משמשות מערכות אופטיות להתרכז irradiance עליהם, אשר מפחית את עלות המערכת הסופית. כיום, רוב המערכות (HCPV) זמינים מסחרית ריכוז גבוה פוטו מבוססים על סיליקון בזכוכית (SoG) היברידית עדשות פרנל2. בכל המערכות אופטי השבירה, אברציה כרומטית הוא הגורם הכי קשות להקטין את ביצועי עדשה מבחינת מרבית הריכוז השגה3 (קרי, אור ספוט האזור המזערי). עשיית שימוש עדשה אכרומטית, כלומר, עדשה עם אברציה כרומטית מאוד מופחתת, שזה אפשרי להגדיל משמעותית את ריכוז השגה מקסימלית ללא צורך רכיבים אופטיים נוספים (המכונה משני רכיבים אופטיים 4 , 5).
העיצוב של עדשות אכרומטית (הקרויה גם doublets אכרומטי כי הם מיוצרים צימוד שני החומרים עם מאפיינים שונים פיזור) ידוע מאז המאה ה-18. כפיל אכרומטי קונבנציונאלי מורכב שתי כוסות שונות: הראשון נקרא הכתר, יש פיזור נמוך, בעוד השני נקרא את אבן החלמיש ויש פיזור גבוה. עם זאת, העלות הכוללת של סוגים אלה של משקפיים ועיבוד שלהם גורם להם שאיננו עבור מערכות HCPV. Languy, המחברים הציע של כפיל אכרומטי עבור CPV המורכב פלסטיק שני: poly(methyl methacrylate) (PMMA) ופוליקרבונט (PC)6. במאמר שלהם, ניתוח השוואתי של תצורות שונות, יתרונם הוא הציג אבל בלי לקחת בחשבון את יכולת הייצור שלהם ואת המדרגיות-ייצור גבוה.
עדשת פרנל ADG המוצע כאן עוצב בצורה כזאת, כי אור קצר גל מסוים ("כחול" אור), ארוך גל מסוים ("אדום" אור) יש בדיוק את אותו מרחק מיקוד. הפרטים של שיטת עיצוב עבור doublets אכרומטי סטנדרטי ניתן למצוא במקום7. מספר סימולציות ריי-עקיבה בוצעו להדגים את השיפורים שהושג באמצעות עדשת פרנל ADG במקום עדשת פרנל SoG קונבנציונלי. דו ח מפורט על תוצאות שהושג הוצג ב4. התוצאה החשובה ביותר היא כי בעת החלפת עדשה SoG פרנל קונבנציונאלי עם עדשת פרנל ADG, ריכוז השגה מגביר כשלוש פעמים תוך שמירה על היעילות באותו האופטי. יתר על כן, מאז תהליך הייצור8 ראה כדי להשיג את ADG דומה מאוד לזו מועסק כדי לפברק SoG עדשות, הגדלת ריכוז ניתן להשיג מבלי להגדיל באופן משמעותי את העלות.
כאן אנו מציגים פרוטוקול לבצע אפיון מקיף של ריכוז הכוללת עדשה העיקרי השבירה, אנו מיישמים פרוטוקול זה עדשת פרנל SoG קונבנציונאלי (משמש תקן ביצוע) והן מספר ADG פרנל עדשה אבות-טיפוס. כדי לעשות זאת, סימולטור סולארית עבור CPV כבר בשימוש. תיאור מפורט של הסימולטור, כל הרכיבים, כמו גם עקרונות התפעול שלה, הוצגו במקומות אחרים9.

<table><tbody><tr><td>HELIOS 3030 סימולטור סולארי</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HELIOS 3030 תוכנה</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HELIOS 3198 CPV סימולטור סולארי</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HELIOS 3198 תוכנה</td><td>SAV</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3 צירים פלטפורמת מיקום אוטומטית</td><td>Zaber TECH.</td>המספר הקטלוגי <td>של T-LSR75A</td><td>תואם למכשיר השולט בתנועות העדשה בדיוק גבוה בציר אחד של בקרת ה-xyz.</td></tr><tr><td>פלטפורמת מיקום אוטומטית בעלת 3 צירים</td><td>Zaber TECH.</td>המספר הקטלוגי <td>של T-LSM200A</td><td>מתאים למכשיר השולט בתנועות העדשה בדיוק גבוה בציר אחד של בקרת ה-xyz.</td></tr><tr><td>פלטפורמת מיקום אוטומטית בעלת 3 צירים</td><td>Zaber TECH.</td>המספר הקטלוגי <td>של T-LSM200A</td><td>מתאים למכשיר השולט בתנועות העדשה בדיוק גבוה בציר אחד של בקרת ה-xyz.</td></tr><tr><td>קונסולת Zaber 1.4.7.</td><td>זאבר טק.</td><td></td><td>תוכנה המסופקת על ידי Zaber tech. מסוגלת לשלוט בפלטפורמת היציבה האוטומטית מהמחשב</td></tr><tr><td>מסננים דיכרואיים</td> אופטיקה <td></td><td>של אדמונד</td><td>מראות חמות וקרות</td></tr><tr><td>מסננים ניטרליים</td> אופטיקה <td></td><td></td><td>של אדמונד</td></tr><tr><td>סיליקון על זכוכית עדשת</td><td></td><td></td> פרנל <td>מיוצרת על ידי Fraunhofer ISE.</td></tr><tr><td>כפיל אכרומטי על עדשת</td><td></td><td></td> פרנל זכוכית <td>מיוצר במכון לאנרגיה סולארית</td></tr><tr>תאים <td></td><td></td><td></td><td>סולאריים רב-צומתים</td></tr> מצלמת <tr><td>מכשיר מצמד טעון</td><td>Qimaging Qcapture</td><td></td><td></td></tr><tr><td>, תוכנת בקרת מצלמת CCD</td><td></td> תא תרמי Qimaging <td></td><td></td></tr><tr><td>תוכנן ומיוצר ב- IES</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>TC-720, תוכנה</td><td></td><td></td><td></td> לבקרת תא תרמי</tr></tbody></table>

הערכת ניסיוני מקורה של יעילות, irradiance שתאכלו כפיל אכרומטי על זכוכית (adg) עדשת פרנל ריכוז photovoltaics

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

אנו מציגים שיטה לאפיון אכרומטי עדשות פרנל ליישומים פוטו. כפיל אכרומטי על זכוכית (ADG) פרנל עדשה מורכבת של שני החומרים, פלסטיק אלסטומר, שמאפייניה פיזור (וריאציות שבירה עם אורך גל) הם שונים. תחילה תוכנן הגיאומטריה העדשה ואנו ואז נהגו ריי-עקיבה סימולציה, בהתבסס על שיטת מונטה קרלו, לנתח את הביצועים שלו מנקודת המבט של יעילות אופטי וגם את הריכוז המרבי השגה. לאחר מכן, טיפוס עדשת פרנל ADG יוצרו באמצעות שיטה פשוטה ואמינה. זה מורכב של זריקה מוקדמת של חלקי פלסטיק, למינציה רצופים, יחד עם elastomer את מצע זכוכית כדי לפברק את פרקט של עדשות פרנל ADG. הדיוק של הפרופיל עדשה שיוצרה נבדק באמצעות מיקרוסקופ אופטי בעוד ביצועיו אופטי מוערך באמצעות סימולטור סולארית עבור מערכות פוטו-וולטאיות רכז. הסימולטור מורכב מנורת מבזק קסנון האור הנפלט אשר משתקף על ידי מראה פרבולית. אור מקבילות יש התפלגות ספקטראלית, הצמצם זוויתי הדומה האמיתי השמש. אנו מסוגלים להעריך את ביצועי האופטי של עדשות פרנל ADG על ידי לקיחת תמונות של אחידות irradiance ספוט שהטילה את העדשה בעזרת מצלמה תשלום מצמידים מכשיר (CCD) ומדידת את photocurrent שנוצר על ידי מספר סוגים של ריבוי צומת (MJ) שמש תאים, אשר היה בעבר אפיינו-סימולטור סולארית עבור concentrator השמש תאים. מדידות אלה הראו התנהגות אכרומטי של עדשות פרנל ADG וכן, תוצאה, והתאמתו של דגמי וייצור שיטות.

להלן התוצאות החשובות ביותר המתקבל שתואר קודם לכן בדיקות ניסיוניות: -אכרומטי התנהגות של עדשת פרנל ADG הוכח באמצעות מדידות מצלמת CCD (איור 7). -יעילות אופטי (פרופורציונלי הנוכחי נמדדת התא MJ להשתמש בחיישן אור) של פרנל ADG עדשת מראה עמידות גדולה כאשר התא יועבר מן המרחק האופטימלי מוקד ולאורך הציר מרחק מוקד (איור 8). -הגודל של השחקנים ספוט שהעדשה ADG מראה עמידות גדולות לטמפרטורות שונות (איור 9).
האבולוציה של הקוטר ספוט כפונקציה של המרחק העדשה-כדי-מקלט מוצג איור 7 הן עדשות, עדשות פרנל SoG קונבנציונלי והן את עדשת פרנל ADG. החלק העליון והחלק האמצעי תאים המשנה יש נותחו בנפרד על-ידי שני מסננים ודיקרואיק זוהר, אחד חם ראי אור סינון עם אורך גל גבוה יותר 700 nm, ומראה אחד קר סינון אור באורך גל של מי היא קצרה יותר 700 nm. איור 7 א, אותו ניתן לראות קיצון של שתי עקומות הם נעקרו. זאת בשל סטייה כרומטית: מאז השבירה עבור אורכי גל קצרים הוא גבוה יותר, מוקד אור כחול קרובה על העדשה. לאחר מכן, המקום המינימלי עבור אור כחול הוא שנעקרו שמאלה (לכיוון העדשה), המקום המינימלי עבור אור אדום הוא שנעקרו ימינה (לעבר האינסוף). לעומת זאת, איור 7 ב, זה יכול להיות שנצפו, עבור עדשת פרנל ADG, המיקום של המקום המינימלי עבור אור כחול תואמת בדיוק המקום המינימלי עבור אור אדום, המוכיחה שהעדשה תערוכות אכרומטי התנהגות.
התפתחות photocurrent מנורמל שנוצר על ידי תא סולארי MJ מואר על ידי עדשה להתרכז כמוצג באיור8 פונקציה של המרחק היחסי תא-עדשה. ההיבט הרחב של העקומה עבור עדשת פרנל ADG משמעה, בזכות העיצוב אכרומטי, זה סבל גבוה כדי תזוזה של העדשה ממיקומו אופטימלית לאורך ציר אופטי מאשר עדשות פרנל SoG קונבנציונלי. כתוצאה מכך, עדשות ADG סובלניות יותר בהרכבת שגיאות או שום תופעה, שמשנה את מרחק מיקוד, למשל, וריאציה טמפרטורה.
לבסוף, וריאציה של האור יצוקה ספוט שהעדשה כפונקציה של הטמפרטורה עדשה מוצג באיור9. החלק העליון והחלק האמצעי תאים המשנה יש נותחו בנפרד על-ידי מסנני ודיקרואיק זוהר (חמים וקרים מראות). עדשות הושמו בתוך תא תרמי עם זכוכית מכסה שקוף כדי לשלוט הטמפרטורה שלהם12. הגרפים באיור 9 להראות איך וריאציית טמפרטורה יש השפעה נמוכה על העדשה ADG פרנל מאשר על ההפניה SoG פרנל עדשה. למעשה, עבור הלה, לתוספת בטמפרטורה של 20 º C, הרחבת גודל נקודה אור הוא משמעותי: הקוטר הוא כ-30% גדול יותר עבור תת התא העליון, עד 60% גדול יותר עבור התא משנה האמצעי. להפך, העדשה ADG, אפילו במקרה הגרוע ביותר העלייה היא מתחת ל 20%. כלומר even in לתנאי הפעלה חיצונית עם טיול תרמית חזקה, באמצעות העדשה ADG עושה את ביצועי המערכת יציבה יותר.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56269/56269fig7.jpg"> 
איור 7. נמדד קוטר הנקודה כפונקציה של המרחק העדשה-כדי-מקלט. קוטר הנקודה מוגדר הזה כולל 95% מהאנרגיה. קווים מקווקווים אדומים מייצגים קטרים ספוט עבור אורכי הגל (אלה בדרך כלל המרה על ידי בתא משנה האמצעי MJ תאים סולריים, כלומר., 650-900 ננומטר) קווים רציף כחולים מייצגים קטרים ספוט עבור באורכי גל קצרים יותר (אלה בדרך כלל מכסה את subcell העליון, קרי, 350-650 ננומטר). () SOG פרנל עדשה, (b) ADG פרנל עדשה. איור זה השתנה מ-8. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56269/56269fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56269/56269fig8v2.jpg"> 
איור 8. Photocurrent מנורמל שנוצר על ידי תא סולארי MJ בקוטר 3 מ מ הוא כפונקציה של המרחק היחסי תא-כדי-עדשה. כל עקומה כבר מחולק על-ידי הערך המרבי שלו. אפס ה-x עבור שלוש עדשות מייצג את מרחק מיקוד אופטימלי (איפה ממזער המקום). רקע עקומות מייצגים את photocurrents מנורמל שנוצר על ידי החלק העליון (סמני מעגלית) ו המזרח התיכון תאים המשנה (סמנים משולש). ADG_v2 הוא עיצוב עדשות פרנל ADG משופר. יש כבר העיר הנוכחי המנורמל מיוצר על ידי תא השמש MJ (הערך המינימלי בין החלק העליון והחלק האמצעי photocurrents) מובהר. איור זה השתנה מ 13. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56269/56269fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56269/56269fig9.jpg"> 
איור 9. בגודל נקודה היחסית כפונקציה של הטמפרטורה העדשה. (א) תוצאות הקשורות התא העליון משנה (מדידה מתבצעות בעזרת מסנן ודיקרואיק זוהר מראה חם). (B) תוצאות הקשורות התא משנה האמצעי (מדידה מתבצעות בעזרת מסנן מראה קר ודיקרואיק זוהר). הגודל היחסי ספוט, מתקבל חלוקת גודל נקודה על-ידי הערך המינימלי שנמדד עבור כל עדשה. איור זה השתנה מ13. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56269/56269fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

כפיל אכרומטי על זכוכית (ADG) פרנל עדשה עושה שימוש בחומרים שני עם פיזור שונות כדי להפחית אברציה כרומטית להגביר את ריכוז השגה. בנייר זה, מוצג עבור אפיון מלא עדשת פרנל ADG פרוטוקול.

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

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

המטרה הכללית של שיטה זו היא להעריך את ביצועיה של עדשת דובלט אכרומטית על עדשת פרנל מזכוכית כאופטיקה חדשה למערכות פוטו-וולטאיות מרוכזות. השיטה מאפשרת לקבוע הן את יעילות התמסורת של האופטיקה והן את יכולת הריכוז שלה על ידי מדידת גודל הכתם המוקרן על ידי העדשה. הערכת האופטיקה מתבצעת על ידי מדידת מידת ריכוז האור על תאים סולאריים רב-צומתים.מכשירים אלה ממירים קרינה חשמלית לחשמל על פני רוחב פס ספקטרלי רחב. בפוטו-וולטאיקה מרוכזת,Aberration כרומטית מפחיתה את הריכוז המקסימלי שניתן להשיג בעת שימוש באלמנט שבירה ראשוני. הגבלה זו נמנעת על ידי שימוש בעדשת פרנל מזכוכית בעלת דובלט אכרומטי שעיצבנו.התכנון כולל שני חומרים שונים, פלסטיק ואלסטומר, בעלי דספרסיה שונה. כלומר, השינוי במקדם השבירה הוא פונקציה של אורך הגל. תהליך הייצור הזול כולל למינציה של שני החומרים על מצע זכוכית כדי לקבל מערך (parquet) של עדשות.עבור כל מדידה, נעשה שימוש בעדשת פרנל של סיליקון על זכוכית כנקודת ייחוס. לצורך ביצוע המדידות נעשה שימוש בסימולטור השמש לתאי שמש מרוכזים, Helios 3030 מבית Solar Added Value. ציוד זה מסוגל למדוד תאי שמש MJ תחת אור מרוכז של 1,000 שמשות עם ספקטרום נשלט.הנח את האיזוטייפים של הייחוס העליון, האמצעי והתחתון בתוך סימולטור השמש יחד עם התא הסולארי שאתה מעוניין למדוד. מקם אותם קרוב ככל האפשר זה לזה כדי לצמצם שגיאות הנובעות מהארה לא אחידה במישור המדידה. לאחר מכן, כוון את גובה מנורת הפלאש כדי להגיע לרמת הריכוז הרצויה.הוסיפו את המסננים הדרושים כדי להתאים את ההתפלגות הספקטרלית. לאחר מכן, חברו את האיזוטייפים ואת התא למדידה ללוח רכישת הנתונים של סימולטור השמש. פתחו את תוכנת הבקרה ובחרו ברמת קרינה שבה הן האיזוטייפ העליון והן האיזוטייפ האמצעי מצביעים על אותה רמת קרינה בדיוק.שלב זה נועד לאשר כי התא נמדד תחת רמת הריכוז והספקטרום המיועדים. לאחר מכן, הפעל את הסימולטור כדי להתחיל את בדיקת ה-IV. עבור כל נקודה המוגדרת בקובץ הטקסט, הציוד מקטב את התא במתח הרצוי, מפעיל את הפלאש ומודד את הזרם הנוצר על ידי התא הסולארי.חזור על תהליך זה ברמות ריכוז שונות כדי לוודא שזרם הפוטו (photocurrent) הנוצר על ידי התא משתנה באופן ליניארי עם הריכוז, ובכך לאשש את מהימנותו של התא הסולארי המכויל כחיישן אור לאפיון עדשות. התקן את פלטפורמת המיקום האוטומטית בעלת שלושת הצירים בתוך תא החשיכה של סימולטור השמש למערכות פוטו-וולטאיות מרכזות. לאחר מכן, התקן את התא הסולארי על מחזיק התנועה של הפלטפורמה באופן שיאפשר לשלוט במיקומו לאורך צירי X, Y ו-Z, וחברו לכרטיס רכישת הנתונים.בשלב הבא, נקה והנח את העדשה למדידה על התמיכה הקבועה המותקנת על פלטפורמת המיקום האוטומטית. השתמש בפלטפורמה הניידת כדי למרכז את התא הסולארי ביחס לעדשה ולהניח אותו במרחק המוקד האופטימלי. לאחר מכן, השתמש בספקטרוהליומטר המכיל שלושה תאים איזוטייפיים בתוך צינורות קולמציה כדי להעריך את התנאים הספקטרליים במהלך המדידה.סגרו את וילון הסימולטור כדי לחסום את כל מקורות האור החיצוניים. פתחו את התוכנה השולטת בסימולטור השמש, ולחצו על הכפתור Light pulse כדי להפעיל את נורת הפלאש של הזנון. לאחר מכן, קבעו את הזרם הנוצר על ידי התא הסולארי כערך המדידה כאשר האיזוטייפים העליון והאמצעי מצביעים על אותה רמת קרינה בדיוק.כתבו קובץ טקסט הכולל מספר מרחקים בין העדשה לתא סביב ערך האופטימום, וחזרו על המדידה עבור כל מיקום. חזרו על כל המדידות, כאשר תחליפו את העדשת פרנל מסוג achromatic doublet על זכוכית בעדשת פרנל מסוג silicone על זכוכית, שתשמש כרפרנס. הרכיבו את מצלמת ה-CCD על אותה פלטפורמת מיקום אוטומטית בעלת שלושה צירים ששימשה בעבר.בחרו את מרחק המוקד האופטימלי. כוונו את התומך כך שנקודת האור תמוקם בקירוב במרכז חיישן ה-CCD. לאחר מכן, הוסיפו מסנן מעביר-קצר (short-pass filter) כדי לחסום אור שאורכו של הגל ארוך מ-650 nanometers.בדרך זו, רק האור המומר לחשמל על ידי התת-תא העליון בתוך תא סולארי רב-צומת יירשם. הפעילו את נורת הפלאש מסוג xenon, וסנכרנו את מצלמת ה-CCD כדי לצלם תמונה של נקודת האור המוקרנת על ידי העדשה. עבדו את התמונה כדי לבחור אזור הכולל את הנקודה, וחשבו את המרכז (centroid) של נקודת הקרינה.חשבו את קוטר נקודת האור המוקרנת על ידי העדשה. קוטר זה מוגדר כקוטר המעגל המכיל 95% מהאור המגיע לחיישן מצלמת ה-CCD. לאחר מכן, צלמו תמונה אחת עבור כל מיקום מסביב למרחק המוקד האופטימלי שהוגדר קודם לכן.חזרו על המדידות עם מסנן מעביר-קצר (short-pass filter) כדי לחסום אור שאורכו של גל קצר מ-650 nanometers. במקרה זה, רק האור המומר לחשמל על ידי תת-התא המרכזי בתוך תא סולארי רב-צומת (multi-junction solar cell) יירשם. ניתן לחזור על המדידות הקודמות על ידי הנחת העדשה הנבדקת בתוך תא תרמי המסוגל לשלוט בטמפרטורתה.דופן התא צריכה להיות שקופה עבור כל אורכי הגל הרלוונטיים. הערכים הנורמליים של זרם הפוטו שנוצר על ידי התא הסולארי, כאשר הוא מואר על ידי עדשת doublet אכרומטית על זכוכית או עדשת פרנל (Fresnel) של סיליקון על זכוכית, מוצגים כפונקציה של המרחק היחסי בין העדשה לתא. עדשת ה-doublet האכרומטית על זכוכית מראה סבילות גבוהה יותר להסטה של העדשה ממיקומה האופטימלי לאורך הציר האופטי, הודות לתכנונה.ההתפתחות של קוטר הכתם המתאימה לתת-תאים העליון והאמצעי בתוך תא סולארי רב-צומת מוצגת כפונקציה של המרחק בין העדשה למקלט עבור שתי העדשות. ההסטה של העקומות בדגימה של סיליקון על זכוכית נובעת מסטייה כרומטית. מכיוון שמקדם השבירה עבור אורכי גל קצרים הוא גבוה יותר, מוקד המיקוד עבור אור כחול קרוב יותר לעדשה.לעומת זאת, עבור העדשה האכרומטית, מיקום הנקודה המינימלית עבור אור כחול תואם בדיוק לנקודה המינימלית עבור אור אדום, מה שמוכיח את ההתנהגות האכרומטית של העדשה. הגדלת נקודת האור, עקב שינוי טמפרטורה עבור עדשת הסיליקון על זכוכית, גדולה יותר מאשר עבור העדשה האכרומטית. בתנאי הפעלה חיצוניים עם תנודות תרמיות חריפות, שימוש בעדשה אכרומטית יהפוך את ביצועי המערכת ליציבים יותר.לאחר השליטה בטכניקה זו, היא מאפשרת אפיון מלא במעבדה של אופטיקה ליישומים של פוטו-וולטאיקה מרוכזת, כגון עדשות ראשוניות או מראות ראשוניות. הדובלט האכרומטי על עדשת פרנל מזכוכית שפותחה במכון לאנרגיה סולארית אופיין במלואו באמצעות הפרוטוקול המוצע. הן היעילות האופטית והן גודל הכתם נמדדו.באמצעות שיטה זו, הצלחנו להדגים ניסיונית את ההתנהגות האכרומטית של עדשת ה-ADG, את הסבילות הגבוהה יותר שלה להסטה ביחס למרחק המוקד האופטימלי, ואת הרגישות הנמוכה יותר לשינויי טמפרטורה.

indoor-experimental-assessment-efficiency-irradiance-spot-achromatic

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

מכשיר משולב, כוללים יחידות השמדת תא ושלישיית שלישייה סולרית צבען רגיש עד המרה הופק, ונותן קצירת אור משופר, מסעיף רחב יותר של ספקטרום השמש. תחת רמות קרינה צנועות תגובה משופרת באופן משמעותי לפוטוני אנרגיה נמוכים הודגמה, מניב שיא דמותו של הכשרון עבור תאים סולריים צבען רגיש.

שילוב מערכת Up-המרת שלישיית שלישיית השמדה כדי לשפר רגיש-Dye תגובת תאי שמש לאור תת bandgap

פח גופרתי (SnS) הוא חומר מועמד לתאים סולאריים שאינם רעילים בשפע בכדור הארץ. כאן, אנו מדגימים את הליך הייצור של התאים הסולאריים SnS המשתמשים בתצהיר שכבה אטומית, המניב יעילות המרת הספק מאושרת של 4.36%, ואידוי תרמי המניב 3.88%.

מה שהופך את התאים סולריים שיא יעילות SNS על ידי אידוי תרמי ואטומית שכבת הפקדת

מודגם ייצור סורגים בעלי ניגודיות גבוהה כאלמנט מפזר הספקטרום המקביל במערכת פוטו-וולטאית מרוכזת. מתוארים תהליכי ייצור הכוללים ליתוגרפיה של ננו-טביעה, התזת TiO2 ותחריט יונים תגובתי. תוצאות מדידת השתקפות משמשות לאפיון הביצועים האופטיים.

המצאה של Gratings ניגודיות הגבוה לפיצול הספקטרום Dispersive האלמנט במערכת פוטוולטאית מרוכזת

מתוארת מתודולוגיה מבוססת הדפסת העברה בת קיימא להכנסת ננו-מבני מתכת פלזמוניים בתאים סולאריים.  באמצעות חותמות פולי ננו-עמודים (דימתילסילוקסן), מערך ננו-דיסק מסודר מבוסס Ag שולב עם תאים סולאריים מיקרו-קריסטליים מוקשים סטנדרטיים, מה שהוביל לשיפור ביצועי המכשיר עקב לכידת אור פלזמונית.

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפברק תאים סולריים אורגני סרט דק באמצעות coater למות מיני חריץ ומאפייני מבנה אונליין הקשורים באמצעות טכניקות פיזור synchrotron.

ייצור הדפסת תאים סולריים heterojunction הגורף באתרו אפיון מורפולוגיה

פרוטוקול זה מתאר את בתצהיר סינתזת פתרון של שכבת nanocrystals אורגנית אחר שכבה לייצר אלקטרוניקת סרט דקה על משטחים שאינם מוליכים. דיו מרכך מיוצב יכול לייצר התקנים פוטו מלאים על מצעי זכוכית באמצעות ציפוי ספין ומרסס בעקבות הדיאלוג ליגנד sintering שלאחר בתצהיר.

המצאה של התקנים פוטו ננו אורגניים לגמרי פתרון מעובד

כיוונוני 'בדיקת המאמץ משולבים עם מדידת בחיי עיר' שני, אשר מאפשרים ניטור בזמן אמת של השפלה מואצת של תאים סולריים ומודולים, תוכנן, נבנה. כיוונונים אלה מאפשרים את השימוש בו זמנית לחות, טמפרטורה, הטיות חשמל, תאורה עצמאי נשלט גורמי הלחץ. את הכיוונונים וניסויים שונים להורג מוצגים.

בחיי עיר פיקוח על הפגיעה בביצועים מואצת של תאים סולריים מודולים: חקר מקרה של תאים סולריים2 Se Cu (ב, Ga)

עם אנרגיה סולארית ככוח המניע, מערכת קירור ספיחה הרומן פותחה, חקר השפעול. אדי מים ו זאוליט הקימו הזוג עבודה של מערכת ספיחה. כתב יד זה מתאר את הכיוונון של המתקן ניסיוני, ההליך מבצע את תוצאות חשובות.

מערכת ניסויית של ספיחה שמש קירור עם אספן מרוכז

נייר זה הוא הדגמה והנחיה לבצע ולנתח בתוך הבית (עם מכשיר רנטגן מעבדה) בניסויים GISAXS situ של ייבוש דיו על רול לגלגול חריץ למות מצופה, לא פולרן אורגני פוטו וולטאי.

באתרו שכיחות מרעה פיזור רנטגן זווית קטנה על ציפוי רול לגלגול של תאים סולריים אורגניים עם מכשור רנטגן מעבדה

בפרוטוקול זה, אנו מתארים את אלמנטי העיצוב המושגיים ואת ההתפתחות המבנית של מנגנון חדות בוהק. בנוסף, מתואר עיצוב של מכשיר למדידת דיספורטופזיה חיובית (הילה, חישורים) וסף אור של שתי נקודות.

מדידת ההשפעות ההתנהגותיות של פיזור תוך עיני

פרוטוקול זה מתאר בנייה של אטלון פברי-פרו בעלות נמוכה, בדיד, מצומד סיבים ומרווח אוויר, עם יישומים שונים, כגון בספקטרוסקופיית גז עקבות. הייצור אפשרי בכל מתקן עם ציוד מעבדה אופטי סטנדרטי זמין.

ייצור אטאלון פברי-פרוט בעלות נמוכה, מצומד סיבים ומרווח באוויר

למד להעריך את ביצועי עדשת פרנל אכרומטית כפולה על זכוכית (ADG) עבור מערכות פוטו-וולטאיות מרוכזות. השיטה מודדת יעילות העברה ויכולת ריכוז אור על תאים סולריים רב-מגע.

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

גלה סרטונים נוספים