실내 실험 평가의 효율성과 집중 태양광 발전에 대 한 유리 (ADG) 프레넬 렌즈에 무색 남자 용 상의의 Irradiance 자리

이 방법의 전반적인 목표는 집광 광발전 시스템을 위한 새로운 광학 장치로서 유리 프레넬 렌즈의 achromatic doublet의 성능을 평가하는 것입니다. 이 방법을 사용하면 렌즈에 의해 투사되는 스폿의 크기를 측정하여 광학 장치의 투과 효율과 농도 능력을 모두 결정할 수 있습니다. 광학 장치의 평가는 다중 접합 태양 전지에 빛을 얼마나 잘 집중시키는지 측정하여 수행됩니다.

이 장치는 넓은 스펙트럼 대역폭에서 전기 방사 조도로 변환됩니다. 집중 광전지에서 색수차는 굴절 1차 요소를 사용할 때 달성 가능한 최대 농도를 감소시킵니다. 이 제한은 우리가 설계한 achromatic doublet on glass Fresnel lens를 사용하여 피할 수 있습니다.

이 디자인에는 분산이 다른 플라스틱과 엘라스토머의 두 가지 재료가 포함됩니다. 즉, 굴절률 변화는 파장의 함수입니다. 저렴한 제조 공정에는 렌즈의 쪽모이 세공을 얻기 위해 유리 기판에 두 재료를 모두 적층하는 것이 포함됩니다.

모든 측정에 대해 유리 프레넬 렌즈의 실리콘이 벤치마크로 사용됩니다. 측정을 수행하기 위해 집광기 태양 전지용 태양열 시뮬레이터인 Solar Added Value의 Helios 3030이 사용되었습니다. 이 장비는 1의 집중된 빛의 밑에 MJ 태양 전지를 측정할 수 있다, 통제되는 스펙트럼을 가진 000의 태양.

상단, 중간 및 하단 참조 isotype을 측정할 태양 전지와 함께 태양열 시뮬레이터 내부에 배치합니다. 측정 평면에서 불균일한 조명으로 인한 오류를 줄이기 위해 가능한 한 가깝게 배치하십시오. 다음으로, 원하는 농도 수준에 도달하기 위해 플래시 램프 높이를 조정합니다.

스펙트럼 분포를 조정하는 데 필요한 필터를 추가합니다. 그런 다음 isotype과 측정할 셀을 solar simulator의 데이터 수집 보드에 연결합니다. 제어 소프트웨어를 열고 복사 조도 수준을 선택하면 상단 및 중간 이소타입이 정확히 동일한 방사 조도 수준을 나타냅니다.

이는 cell이 목표 농도 수준과 스펙트럼 하에서 측정되고 있는지 확인하기 위함입니다. 그런 다음 시뮬레이터를 실행하여 IV 테스트를 시작합니다. 텍스트 파일에 정의된 모든 지점에 대해 장비는 원하는 전압에서 셀을 분극화하고 플래시를 트리거하며 태양 전지에서 생성된 전류를 측정합니다.

다른 농도 수준에서이 과정을 반복하여 셀에서 생성 된 광전류가 농도에 따라 선형적으로 변하는지 확인하여 렌즈 특성화를위한 광 센서로서 보정 된 태양 전지의 신뢰성을 확인합니다. 집광기 태양광 시스템용 태양열 시뮬레이터의 어두운 챔버 내부에 3축 자동 포지셔닝 플랫폼을 장착하십시오. 그런 다음 X, Y 및 Z축을 따라 위치를 제어할 수 있는 방식으로 플랫폼의 이동 홀더에 태양 전지를 장착하고 데이터 수집 보드에 연결합니다.

다음으로, 측정할 렌즈를 청소하고 자동 포지셔닝 플랫폼에 장착된 고정 지지대에 놓습니다. 움직이는 플랫폼을 사용하여 렌즈를 기준으로 태양 전지를 중앙에 놓고 최적의 초점 거리에 배치합니다. 그런 다음 시준 튜브 내부에 3개의 isotype cell이 포함된 분광헬리오미터를 사용하여 측정 중 스펙트럼 조건을 평가합니다.

시뮬레이터 커튼을 닫아 모든 외부 광원을 차단합니다. 태양열 시뮬레이터를 제어하는 소프트웨어를 열고 광 펄스 버튼을 눌러 크세논 플래시 램프를 트리거합니다. 다음으로, 태양 전지에 의해 생성 된 전류를 상단 및 중간 이소 타입이 정확히 동일한 방사 조도 수준을 나타낼 때 측정 된 값으로 결정하십시오.

최적 값 주위에 여러 개의 렌즈-셀 거리가 있는 텍스트 파일을 작성하고 모든 위치에 대해 측정을 반복합니다. 모든 측정을 반복하여 achromatic doublet on glass Fresnel lens를 참조로 사용할 silicone on glass Fresnel lens로 대체합니다. 이전에 사용했던 것과 동일한 3축 자동 포지셔닝 플랫폼에서 CCD 카메라를 장착합니다.

최적의 초점 거리를 선택합니다. CCD 센서의 대략 중앙에 오도록 홀더를 조정하여 빛의 점을 배치합니다. 그런 다음 단역 통과 필터를 추가하여 파장이 650나노미터보다 긴 빛을 차단합니다.

이러한 방식으로, 다중 접합 태양 전지 내의 상단 서브 셀에 의해 전기로 변환되는 빛만 기록됩니다. 크세논 플래시 램프를 트리거하고 CCD 카메라를 동기화하여 렌즈에 의해 투사되는 광점을 촬영합니다. 사진을 처리하여 스팟을 포함하는 영역을 선택하고 방사 스폿의 중심을 계산합니다.

렌즈가 투사하는 광점의 직경을 계산합니다. CCD 카메라 센서에 도달하는 빛의 95%를 포함하는 원의 지름으로 정의됩니다. 다음으로, 이전에 정의된 최적 초점 거리 주변의 모든 위치에 대해 하나의 사진을 촬영합니다.

단역 통과 필터로 측정을 반복하여 파장이 650나노미터보다 짧은 빛을 차단합니다. 이 경우 다중 접합 태양 전지 내의 중간 서브 셀에 의해 전기로 변환되는 빛만 기록됩니다. 이전 측정은 온도를 제어할 수 있는 열 챔버 내부에 테스트 대상 렌즈를 배치하여 반복할 수 있습니다.

챔버 벽은 관심 있는 모든 파장에 대해 투명해야 합니다. 태양 전지에 의해 생성 된 광전류의 정규화 된 값은 유리의 무채색 이중선 또는 유리 프레넬 렌즈 위의 실리콘에 의해 조명될 때 상대적인 렌즈 대 셀 거리의 함수로 표시됩니다. achromatic doublet on glass lens는 그 설계 덕분에 광축을 따라 최적의 위치에서 렌즈의 변위에 대한 더 높은 내성을 보여줍니다.

다중접합 태양전지 내의 상부 및 중간 서브셀에 해당하는 스폿 직경의 진화는 두 렌즈에 대한 렌즈-수신기 거리의 함수로 플롯됩니다. 유리 샘플의 실리콘에서 변위된 곡선은 색수차 때문입니다. 단파장의 굴절률이 더 높기 때문에 청색광의 초점이 렌즈에 더 가깝습니다.

반대로, achromatic lens의 경우 blue light에 대한 최소 spot의 위치가 red light에 대한 최소 spot과 정확히 일치하여 렌즈의 achromatic behavior를 증명합니다. glass lens의 실리콘에 대한 온도 변화로 인한 광점 확대는 achromatic lens보다 큽니다. 강한 thermal excursion이 있는 실외 작동 조건에서 achromatic lens를 사용하면 시스템 성능이 보다 안정될 수 있습니다.

일단 숙달되면, 이 기술은 primary lens 또는 primary mirrors와 같은 집중된 광전지 응용 분야를 위한 광학 장치의 완전한 실내 특성화를 가능하게 합니다. Solar Energy Institute에서 개발한 achromatic doublet on glass Fresnel lens는 제안된 프로토콜을 사용하여 완전히 특성화되었습니다. 광학 효율과 스폿 크기가 모두 측정되었습니다.

이 방법을 사용하여 ADG lens의 achromatic behavior, 최적 초점 거리에 대한 변위에 대한 높은 허용 오차 및 온도 변화에 대한 낮은 sensitivity를 실험적으로 입증할 수 있었습니다.