Verimlilik ve fotovoltaik konsantre için cam (ADG) Fresnel Lens üzerinde akromatik eş fincan olma kapalı deneysel değerlendirilmesi

Bu yöntemin genel amacı, fotovoltaik sistemleri yoğunlaştırmak için yeni optikler olarak bir cam Fresnel lens üzerindeki akromatik çiftin performansını değerlendirmektir. Yöntem, mercek tarafından atılan noktanın boyutunu ölçerek hem optiğin iletim verimliliğini hem de konsantrasyon kabiliyetini belirlemeye izin verir. Optiklerin değerlendirilmesi, ışığı çok eklemli güneş pillerine ne kadar iyi yoğunlaştırdığı ölçülerek gerçekleştirilir.

Bu cihazlar, geniş bir spektral bant genişliği üzerinden elektrik ışınımına dönüşür. Konsantre fotovoltaiklerde, renk sapması, kırıcı birincil eleman kullanılırken elde edilebilecek maksimum konsantrasyonu azaltır. Tasarladığımız cam Fresnel lens üzerine akromatik çift kullanılarak bu sınırlamanın önüne geçilmiştir.

Tasarım, farklı dispersiyona sahip bir plastik ve bir elastomer olmak üzere iki farklı malzeme içerir. Yani, kırılma indisi değişimi dalga boyunun bir fonksiyonudur. Ucuz üretim süreci, bir lens parkesi elde etmek için her iki malzemenin de bir cam alt tabaka üzerine laminasyonunu içerir.

Her ölçüm için, referans olarak cam üzerine silikon Fresnel lens kullanılır. Ölçümleri gerçekleştirmek için yoğunlaştırıcı güneş pilleri için güneş simülatörü, Solar Added Value'dan Helios 3030 kullanılmıştır. Bu ekipman, kontrollü spektrum ile 1.000 güneşin konsantre ışığı altında MJ güneş pilini ölçebilir.

Üst, orta ve alt referans izotiplerini, ölçülecek güneş pili ile birlikte güneş simülatörünün içine yerleştirin. Ölçüm düzleminde eşit olmayan aydınlatmadan kaynaklanan hataları azaltmak için bunları mümkün olduğunca birbirine yakın yerleştirin. Ardından, istenen konsantrasyon seviyesine ulaşmak için flaş lambası yüksekliğini ayarlayın.

Spektral dağılımı ayarlamak için gerekli filtreleri ekleyin. Ardından, izotipleri ve ölçülecek hücreyi güneş simülatörünün veri toplama kartına bağlayın. Kontrol yazılımını açın ve hem üst hem de orta izotiplerin tam olarak aynı ışınım seviyesini gösterdiği bir ışınım seviyesi seçin.

Bu, hücrenin hedef konsantrasyon seviyesi ve spektrumu altında ölçüldüğünü doğrulamak içindir. Ardından, IV testini başlatmak için simülatörü çalıştırın. Metin dosyasında tanımlanan her nokta için ekipman, hücreyi istenen voltajda polarize eder, flaşı tetikler ve güneş pili tarafından üretilen akımı ölçer.

Hücre tarafından üretilen fotoakımın konsantrasyonla doğrusal olarak değiştiğini kontrol etmek için bu işlemi farklı konsantrasyon seviyelerinde tekrarlayın ve kalibre edilmiş güneş pilinin lens karakterizasyonu için ışık sensörü olarak güvenilirliğini onaylayın. Üç eksenli otomatik konumlandırma platformunu, yoğunlaştırıcı fotovoltaik sistemler için güneş simülatörünün karanlık odasına monte edin. Ardından, güneş pilini platformun hareketli tutucusuna, X, Y ve Z eksenleri boyunca konumunu kontrol edebilecek şekilde monte edin ve veri toplama kartına bağlayın.

Ardından, ölçülecek lensi temizleyin ve otomatik konumlandırma platformuna monte edilmiş sabit desteğe yerleştirin. Güneş pilini lense göre ortalamak ve en uygun odak mesafesine yerleştirmek için hareketli platformu kullanın. Ardından, ölçüm sırasında spektral koşulları değerlendirmek için kolimasyon tüplerinin içinde üç izotip hücresi içeren spektroheliometreyi kullanın.

Tüm harici ışık kaynaklarını engellemek için simülatör perdesini kapatın. Güneş simülatörünü kontrol eden yazılımı açın ve xenon flaş lambasını tetiklemek için Işık darbesi düğmesine basın. Daha sonra, üst ve orta izotipler tam olarak aynı ışınım seviyesini gösterdiğinde ölçülen değer olarak güneş pili tarafından üretilen akımı belirleyin.

Optimum değer civarında birkaç lens-hücre mesafesi olan bir metin dosyası yazın ve ölçümü her konum için tekrarlayın. Tüm ölçümleri, cam Fresnel lens üzerindeki akromatik çifti, referans olarak kullanılacak olan cam Fresnel lens üzerindeki silikon ile değiştirerek tekrarlayın. CCD kamerayı daha önce kullanılan aynı üç eksenli otomatik konumlandırma platformuna monte edin.

Optimum odak mesafesini seçin. Tutucuyu, ışık noktasını yaklaşık olarak CCD sensörü üzerinde ortalanacak şekilde yerleştirecek şekilde ayarlayın. Ardından, dalga boyu 650 nanometreden uzun olan ışığı engellemek için kısa geçiren bir filtre ekleyin.

Bu şekilde, yalnızca çok eklemli bir güneş pili içindeki üst alt hücre tarafından elektriğe dönüştürülen ışık kaydedilecektir. Xenon flaş lambasını tetikleyin ve lens tarafından yansıtılan ışık noktasının fotoğrafını çekmek için CCD kamerayı senkronize edin. Noktayı içeren bir alan seçmek için fotoğrafı işleyin ve ışınım noktasının merkezini hesaplayın.

Lens tarafından yansıtılan ışık noktasının çapını hesaplayın. CCD kamera sensörüne ulaşan ışığın %95'ini içeren dairenin çapı olarak tanımlanır. Ardından, daha önce tanımlanmış optimum odak mesafesi etrafındaki her konum için bir fotoğraf çekin.

Dalga boyu 650 nanometreden kısa olan ışığı engellemek için kısa geçiren filtre ile ölçümleri tekrarlayın. Bu durumda, yalnızca çok eklemli bir güneş pili içindeki orta alt hücre tarafından elektriğe dönüştürülen ışık kaydedilecektir. Önceki ölçümler, test edilen lensin sıcaklığını kontrol edebilen bir termal oda içine yerleştirilmesiyle tekrarlanabilir.

Oda duvarının, ilgilenilen tüm dalga boyları için şeffaf olması gerekir. Güneş pili tarafından üretilen fotoakımın normalleştirilmiş değerleri, cam üzerindeki akromatik çift veya cam Fresnel mercek üzerindeki silikon tarafından aydınlatıldığında, göreceli mercek-hücre mesafesinin bir fonksiyonu olarak çizilir. Cam üzerindeki akromatik çift, tasarımı sayesinde lensin optik eksen boyunca optimum konumundan yer değiştirmesine karşı daha yüksek tolerans gösterir.

Çok eklemli bir güneş hücresi içindeki üst ve orta alt hücrelere karşılık gelen nokta çapının evrimi, her iki mercek için mercek-alıcı mesafesinin bir fonksiyonu olarak çizilir. Cam numunesi üzerindeki silikondaki yer değiştirmiş eğriler, renk sapmasından kaynaklanmaktadır. Kısa dalga boyları için kırılma indisi daha yüksek olduğundan, mavi ışık için odak noktası merceğe daha yakındır.

Tersine, akromatik lens için, mavi ışık için minimum noktanın konumu, kırmızı ışık için minimum noktaya tam olarak karşılık gelir ve lensin akromatik davranışını kanıtlar. Cam mercek üzerindeki silikon için sıcaklık değişiminden kaynaklanan ışık noktası büyümesi, akromatik mercekten daha büyüktür. Güçlü termal gezinin olduğu dış mekan çalışma koşullarında, akromatik lensin kullanılması sistem performansını daha kararlı hale getirecektir.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik, birincil lensler veya birincil aynalar gibi konsantre fotovoltaik uygulama için optiklerin tam iç mekan karakterizasyonuna izin verir. Güneş Enerjisi Enstitüsü'nde geliştirilen cam Fresnel lens üzerindeki akromatik çift, önerilen protokol kullanılarak tamamen karakterize edilmiştir. Hem optik verimlilik hem de spot boyutu ölçülmüştür.

Bu yöntemi kullanarak, ADG merceğinin akromatik davranışını, optimum odak mesafesine göre yer değiştirmeye karşı daha yüksek toleransını ve sıcaklık değişimine karşı daha düşük duyarlılığını deneysel olarak gösterebildik.