تقييم تجريبي داخلي للكفاءة والإشعاع بقعة ليبنوا متعامي على الزجاج (مساعد المدير العام) فريسنل العدسة لتركيز وحدات الطاقة الشمسية

Engineering
 

Summary

يبنوا متعامي على الزجاج (مساعد المدير العام) فريسنل العدسة يجعل استخدام المواد اثنين مع التشتت المختلفة للحد من انحراف لوني وزيادة تركيز يمكن بلوغه. ويرد في هذه الورقة، وبروتوكول لتوصيف كامل لعدسة "فريسنل مساعد المدير العام".

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Vallerotto, G., Victoria, M., Askins, S., Antón, I., Sala, G., Herrero, R., Domínguez, C. Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics. J. Vis. Exp. (128), e56269, doi:10.3791/56269 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

نحن نقدم طريقة لتميز متعامي فريسنل العدسات للتطبيقات الكهربائية الضوئية. يبنوا متعامي عن عدسة فريسنل الزجاج (مساعد المدير العام) تتكون من مواد اثنين وبلاستيك والاستومر، تختلف خصائصها التشتت (التباين الانكسار مع الطول الموجي). تصميم هندسة العدسة لأول مرة، وثم يستخدم المحاكاة تتبع أشعة، استناداً إلى أسلوب مونت كارلو، لتحليل أدائه من وجهة نظر الكفاءة البصرية وتركيز يمكن بلوغه الحد الأقصى. بعد ذلك، كانت تصنع النماذج عدسة "فريسنل مساعد المدير العام" باستخدام طريقة بسيطة وموثوق بها. وهو يتألف من حقنه السابقة من قطع البلاستيك وتصفيح متتالية، جنبا إلى جنب مع الاستومر وركيزة زجاج اختﻻق النيابة العامة من "المدير العام المساعد فريسنل" العدسات. يتم فحص دقة التشكيل الجانبي للعدسة المصنوعة باستخدام مجهر ضوئي حين يتم تقييم أدائها البصرية باستخدام جهاز محاكاة شمسية للنظم الكهربائية الضوئية المركزة. جهاز محاكاة تتكون من مصباح فلاش زينون ينعكس الذين الضوء المنبعثة من مرآة مكافئ. وقد الضوء وتحديدالمنطقه توزيع طيفي وفتحه زاوي مشابه للحقيقي الشمس. كنا قادرين على تقييم الأداء البصري للعدسات "فريسنل مساعد المدير العام" بأخذ صور فوتوغرافية للإشعاع الموضعية التي يدلي بها العدسة باستخدام كاميرا جهاز اقتران (CCD) وقياس فوتوكورينت المتولدة عن عدة أنواع من الوصلات المتعددة (MJ) الطاقة الشمسية الخلايا، التي اتسمت سابقا في جهاز محاكاة شمسية للخلايا الشمسية المركزة. وقد أثبتت هذه القياسات سلوك متعامي العدسات "فريسنل مساعد المدير العام"، ونتيجة، ومدى ملاءمة وضع نماذج وأساليب الإنتاج.

Introduction

جهاز تركيز الطاقة الشمسية (الحزب الشيوعي الفيتنامي) تكنولوجيا واعدة خفض تكلفة الكهرباء المعتمدة على الطاقة الشمسية نظراً لأن هذه التكنولوجيا يمكن الاستفادة من تحسن تدريجي سريع في كفاءة متقدمة متعددة الخلايا الشمسية مفرق (MJ). هذه الأجهزة تتكون من عدة خلايا الفرعية (عادة ثلاثة واسمه الأعلى والأوسط والأسفل) كل منها مصنوعة من أشباه الموصلات المختلفة المجمع. وقد كل خلية فرعية bandgap مختلفة أسفرت عن استجابة طيفية مختلفة، مما يتيح لكل تحويل الكهرباء جزءا متميزاً من الطيف الشمسي. وبهذه الطريقة، الخلايا الشمسية MJ قادرة على استغلال مجموعة واسعة من الطيف الشمسي (عادة 300-1800 نانومتر) تحقيق الكفاءة قيم أعلى من نسبة 46 في المائة تحت الضوء المركزة1. بغية التعويض عن التكلفة العالية لمثل هذه الأجهزة الضوئية، تستخدم النظم البصرية لتركيز الإشعاع عليها، مما يقلل من تكلفة النظام النهائي. حاليا، تستند معظم أنظمة (هكبف) الضوئية المتاحة تجارياً عالية التركيز سيليكون على الزجاج (مجموعة العمليات الخاصة) الهجين فريسنل العدسات2. في جميع النظم الضوئية الانكسارية، زيغ هو العامل الأكثر شدة انخفاض أداء العدسة من حيث تركيز يمكن بلوغه بحد أقصى3 (أي، الحد الأدنى الخفيفة بقعة المنطقة). الاستفادة من عدسة أتشروماتيك، هي عدسة مع لوني مخفضة للغاية، فمن الممكن لزيادة تركيز يمكن بلوغه الحد الأقصى دون حاجة لأي العناصر الضوئية الإضافية (المشار إليها كعناصر الضوئية الثانوية 4 , 5).

تصميم العدسات أتشروماتيك (عادة تسمى doublets متعامي نظراً لأنها ملفقة اقتران اثنين من المواد ذات الخصائص المختلفة التشتت) كانت معروفة منذ القرن الثامن عشر. يبنوا متعامي التقليدية تتألف من نظارات مختلفة اثنين: الأول يسمى التاج وقد تشتت منخفضة، بينما تسمى ثانية واحدة فلينت وقد تشتت عالية. بيد أن التكاليف الإجمالية لهذه الأنواع من النظارات وتجهيزها يجعلها يمكن تحملها بالنسبة لأنظمة هكبف. لانجوي والمؤلف المشارك المقترح يبنوا متعامي للحزب الشيوعي الفيتنامي وتتألف من اثنين من البلاستيك: poly(methyl methacrylate) (البولي ميثيل ميثا اكريلات) والبولي (PC)6. في هذه المادة، إجراء تحليل مقارن في التكوينات المختلفة ومزاياها قدم ولكن دون معالجة manufacturability وقابلية التوسع في إنتاج عالية.

قد تم تصميم عدسة "فريسنل المدير العام المساعد" المقترح هنا في مثل هذه طريقة أن يكون الضوء على موجه قصيرة معينة (الضوء "الأزرق") وموجه طويلة معينة (الضوء "الأحمر") بالضبط نفس البعد البؤري. طريقة تصميم doublets متعامي القياسية يمكن الاطلاع على تفاصيل في أي مكان آخر7. نفذت عدة عمليات المحاكاة تتبع أشعة لبيان التحسينات التي تم الحصول عليها باستخدام عدسة "فريسنل مساعد المدير العام" بدلاً من عدسة فريسنل مجموعة العمليات الخاصة تقليدية. وقدم تقريرا مفصلاً عن النتائج التي تم الحصول عليها في4. النتيجة الأكثر أهمية أنه عند استبدال عدسة فريسنل مجموعة العمليات الخاصة تقليدية مع عدسة "فريسنل مساعد المدير العام"، يزيد تركيز يمكن بلوغه حوالي ثلاث مرات مع الاحتفاظ بنفس الكفاءة البصرية. وعلاوة على ذلك، ومنذ عملية التصنيع8 المتوخاة للحصول على المدير العام المساعد جداً مشابهة لتلك المستخدمة لاختلاق العدسات مجموعة العمليات الخاصة، وسيتم الحصول على الزيادة في تركيز دون زيادة كبيرة في التكاليف.

نقدم هنا بروتوكولا للقيام بوصف شامل لمركزات تتألف عدسة الابتدائي انكسارية ونطبق هذا البروتوكول إلى عدسة فريسنل مجموعة العمليات الخاصة تقليدية (يستخدم كمعيار) ونماذج عدة من عدسة "فريسنل مساعد المدير العام". للقيام بذلك، استخدم جهاز محاكاة شمسية للحزب الشيوعي الفيتنامي. قدم وصفاً تفصيليا للمحاكاة وجميع مكوناته، فضلا عن مبادئها التشغيل وفي أماكن أخرى9.

Protocol

1-"نمذجة العدسة" باستخدام "محاكاة" تتبع أشعة

  1. إعداد نموذج
    1. "استيراد مساعد المدير العام فريسنل" العدسة الهندسة في برامج المحاكاة تتبع أشعة وإعداد خصائص المواد مثل منافذه و الانكسار.
      ملاحظة: تم وضع تصميم "فريسنل المدير العام المساعد" في معهد الطاقة الشمسية وتتكون من شفرة الحاسوب استناداً إلى المبادئ الأساسية البصريات مثل فيرما ' مبدأ s وسنيل ' ق القانون. وقد استخدمت منحنيات تشتت المواد تتكون العدسة لتطوير طريقة التصميم. ويرد وصف مفصل لطريقة التصميم في أماكن أخرى 4-
    2. إعداد مصدر ضوء مع الخصائص الحقيقية للشمس مثل الفتحة الزاوي والتوزيع الطيفي.
    3. وضع جهاز استقبال على مسافة من العدسة تساوي البعد البؤري الاسمية.

Figure 1
الرقم 1. لقطة شاشة لتتبع أشعة محاكاة النموذج. فمن الممكن لمراقبة مصدر الضوء وعدسة "فريسنل المدير العام المساعد" (تتألف الركيزة الزجاج والاستومر ثنائية فريسنل العدسة البلاستيكية)، وأجهزة الاستقبال المستخدمة لقياس الإشعاع في فتحه العدسة (عدسة جهاز الاستقبال) والإشعاع في الخروج (الطاقة الشمسية خلية جهاز الاستقبال). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. تشغيل المحاكاة، وحساب النتائج المرجوة مثل يمكن بلوغه أقصى تركيز وعدسة كفاءة الضوئية. تركيز ممكن يعرف بأنه النسبة بين فتحه العدسة الضوئية ومنطقة للاستقبال حيث يلقي الفور. الكفاءة الضوئية يعرف بأنه النسبة بين قوة الاستقبال والقوة في الفتحة الضوئية عدسة 10-
    ملاحظة: فيما يتعلق بالمتلقي أكبر بكثير من بقعة الضوء التي يدلي بها العدسة من أجل التأكد من أن جهاز الاستقبال يجمع كل رأي المرسلة بواسطة العدسة. وبهذه الطريقة، يأخذ الكفاءة البصرية محسوب في حساب الخسائر الناجمة عن امتصاص المواد والتأمل، وتصنيع القيود (مشروع الزوايا ونصيحة التقريب في الزاوية والوديان).
  2. كرر الخطوات 1.1. و 1.2. محاكاة تقليدية فريسنل سيليكون على زجاج في مجال (مجموعة العمليات الخاصة) بدلاً من عدسة "فريسنل المدير العام المساعد" لاستخدامها كمرجعية.

2. توصيف الخلايا الشمسية

Figure 2
الرقم 2. الطاقة الشمسية من محاكاة للخلايا الشمسية المركزة. صورة فوتوغرافية لمحاكاة الشمسية المستخدمة لتوصيف الخلايا الشمسية تحت الإشعاع مركزة. على رأس هذا الرقم، فمن الممكن لمراقبة مصباح الموقف الذي يحدد مستوى التركيز. ويرد في الجزء السفلي، الطائرة قياس مع مرجع مكونات الخلايا الشمسية ودوت. في الجزء الأيمن الصورة، من الممكن أن نقدر المعدات الإلكترونية (إمدادات الطاقة ودق) والكمبيوتر المستخدم لإجراء التوصيف. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. المعايرة لمحاكاة الشمسية لتوصيف الخلايا الشمسية
    1. مكان داخل جهاز محاكاة الشمسية مرجع الخلايا المكونة (الأعلى والأوسط والأسفل)، يعرف أيضا باسم إيسوتيبيس، التي كانت محسوبة ضمن مرجع الطيف والجهاز تحت الاختبار (DUT)، هي الخلية الشمسية قياس-
      ملاحظة: وضع مرجع الخلايا ودوت متقاربة قدر الإمكان بغية الحد من الأخطاء المحتملة بسبب الإضاءة غير موحدة في الطائرة قياس.
    2. ضبط مصباح فلاش (الارتفاع) لتحديد المواقع من أجل الوصول إلى المستوى المطلوب من تركيز. المصباح المزيد من قياس الطائرة، انخفاض تركيز تحقيقه.
      1. التوزيع الطيفي يعتمد على موقف المصباح وكثافة الفلاش. إضافة عوامل التصفية اللازمة ضبط توزيع الطيفية. ويرد الإجراء للحصول على توزيع مماثلة إلى طيف الإشارة في خطوة 2.2.1.
    3. الاتصال إيسوتيبيس ودوت المجلس الحصول على البيانات (دق) لمحاكاة الشمسية-
    4. باستخدام محرر نص، إنشاء ملف نصي يحتوي على قيم الاستقطاب التي ستستخدم في قياس منحنى خلية الجهد الحالي (الرابع). ملف نصي يحتوي على خط واحد لكل نقطة الجهد. يؤدي المزيد من النقاط الجهد في أعلى المنحنى التعريف. منذ كافة الخلايا الشمسية المعنية هي الخلايا الشمسية MJ، قيم الاستقطاب تتألف من القيم بين 0 V و 3.1 ف.
  2. القياسات
    1. شدة الضوء في جميع أنحاء الانحلال فلاش قد ذروة أولى وثم يبدأ في الانخفاض ( الشكل 3). أيضا يتم تعديل التوزيع الطيفي الخفيفة طوال نبض فلاش. خلية شمسية MJ تقليدية تتكون من ثلاث خلايا فرعية مع باندجابس المختلفة التي ترتبط بسلسلة. ويمكن تحويل كل خلية فرعية الكهرباء في جزء مختلف من الطيف الشمسي. لذلك، يقتصر الحالية الناتجة عن الخلايا الشمسية MJ دائماً الخلية الفرعية المنتجة الحالية الأقل. للقيام قياس دقيق، حدد مستوى الإشعاع فيها كلا إيسوتيبيس، المقابلة للأعلى والأوسط الخلايا الفرعية، تبين بالضبط نفس مستوى الإشعاع. وهذا يؤكد أن الخلية تقاس تحت مستوى تركيز الهدف والطيف. يمكن تجاهل حقيقة أن مستوى الإشعاع المؤشرة الفرعية أسفل الخلية لا تتزامن. وهذا نظراً لعدم الخلايا الشمسية MJ المستندة إلى شركة جنرال الكتريك التجارية المحدودة الحالية بهذه الخلية الفرعية. يصور الشكل 3 رسومية تفسيراً لهذا الإجراء.
    2. يتم التعرف على
    3. مرة مستوى الإشعاع المطلوب للقياس، بدء الاختبار الرابع. جهاز محاكاة يقرأ النقاط الاستقطاب من الملف النصي المحدد في الخطوة 2.1.4.؛ لكل نقطة، المعدات نمطين الخلية في الجهد المطلوب ومشغلات الفلاش والتدابير الحالية التي تم إنشاؤها بواسطة الخلايا الشمسية. زوج القيم الحالية والجهد، وهذا هو المنحنى الرابع، يتم عرضها على شاشة الكمبيوتر.
      ملاحظة: من المنحنى الرابع، من الممكن الحصول على اختزال الحالية (أنا اتفاقية استكهولم)، فتح الدارة الجهد (V oc) وعامل التعبئة (FF) وكفاءة دوت (على الرغم من أن في المقاطع التالية، يتم استخدام الحالي دائرة كهربائية قصيرة فقط).
    4. كرر الخطوة 2.2.2. مستويات تركيز مختلفة للتحقق من أن يعتمد فوتوكورينت الخلايا الشمسية خطيا على التركيز المستوى (انظر الشكل 4)، ومن هنا، يمكن أن تستخدم جهاز استشعار ضوء للخلية معايرة تحديد الإشعاع في المستوى البؤري العدسة. لكل مستوى من مستويات التركز، ضبط توزيع ضوء الفلاش باستخدام عوامل التصفية المناسبة بغية إجراء قياسات طيفية عند كل من إيسوتيبيس، الأعلى والأوسط الخلايا الفرعية، تشير إلى نفس مستوى الإشعاع، كما هو موضح في الخطوة 2.2.1.

Figure 3
الرقم 3. وقت تطور مقادير المقاسة في جميع أنحاء الانحلال فلاش. في الرسم البياني، فإنه تم وضع علامة الفورية عند الخلايا ايستب، المقابلة للأعلى والأوسط الخلايا الفرعية، وقياس مستوى الإشعاع نفسه. أسود متقطع السطر التالي الذي يبدأ من تقاطع المنحنيات المطابقة للأعلى والأوسط سوبسيلس، فمن الممكن لتحديد القيمة الحالية دوت (دائرة سوداء) كالحالية تقاس في لحظة دقيقة في أي من المرجع الأعلى والأوسط انظر الخلايا الفرعية نفس مستوى الإشعاع. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4. (أ) مخطط الإعداد المستخدمة للقيام بالاختبار التجريبي. (ب) صورة فوتوغرافية للإعداد التجريبية ومكوناته (مصدر الضوء مع دمج الخلايا الشمسية المستخدمة كأجهزة استشعار الضوء وكاميرا CCD، المجال وعدسة عينة). مرآة مكافئ وعوامل التصفية غير مرئية في هذه الصورة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

3-عدسة توصيف.

Figure 5
الرقم 5. الرسم البياني الذي يمثل تطور فوتوكورينت المتولدة عن خلية شمسية MJ كدالة للتركيز. كما هو متوقع، هناك تبعية خطي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. الإعداد إعداد- الآلي
    1. جبل 3-المحاور منهاج تحديد المواقع: كمبيوتر ساعد يتحرك منصة قادرة على التحكم بدقة الموضع النسبي بين الكاميرا معايرة الخلايا الشمسية/اتفاقية مكافحة التصحر، والعدسة التي يمكن قياسها.
      1. تأكد من أن منصة المواقع الآلي 3-محاور أفقية تماما باستخدام مستوى فقاعة.
    2. جبل دعم الكاميرا الخلايا الشمسية/اتفاقية مكافحة التصحر على المنصة ' s تتحرك حامل في مثل هذه طريقة أنه من الممكن التحكم في موقفه على طول x، y، و z المحاور.
    3. جبل دعم العدسة في المنصة أمام صاحب تتحرك الموضحة في الخطوة 3.1.2. استخدام حامل متحرك في x و y محاور، فمن الممكن تماما مركز العدسة فيما يتعلق بهدف الكاميرا الخلايا الشمسية/اتفاقية مكافحة التصحر. يتحرك حامل على طول المحور z، فمن الممكن لوضع هدف الكاميرا الخلايا الشمسية/اتفاقية مكافحة التصحر في مركز التنسيق الأمثل للعدسة (الحد الأدنى لحجم بقعة) وتحريكه على طول محورها الضوئي.
    4. الاتصال كل جهاز (منصة المواقع الآلي، دق المجلس قياس فوتوكورينت الخلية وكاميرا CCD، ومصباح الزينون) إلى الكمبيوتر المستخدم لتنفيذ test. تجريبي كامل
    5. اختبار الاتصال وتشغيل كافة الأجهزة المتصلة.
      1. فتح برنامج مراقبة جهاز محاكاة الشمسية للحزب الشيوعي الفيتنامي واضغط على زر " الضوء على نبض " من أجل إطلاق النار على فلاش. إذا كان الرسم البياني فلاش تسوس مشابهاً الشكل 3، فهذا يعني أن المجلس دق ومصباح الزينون، سوبسيلس ايستب، ودوت تعمل بشكل صحيح.
      2. فتح برنامج التحكم بالكاميرا CCD للتحقق من أن الكاميرا تعمل بشكل صحيح.
      3. فتح برنامج السيطرة على منصة متحركة مساعدة الكمبيوتر واستخدامه لنقل صاحب تتحرك على طول المحاور الثلاثة. للقيام بذلك، حدد محور واحد من بين المحاور المدرجة في الجزء العلوي الأيسر من إطار البرنامج، ثم أدخل موقعا في " التحرك المطلقة " ونبض " تشغيل ". إذا تحرك حاملها يتحرك كما هو متوقع، فهذا يعني أن منصة متحركة تعمل بشكل صحيح.
    6. نظيفة ومكان العدسة التي تقاس على الدعم الثابت التي شنت على منصة المواقع الآلي.
    7. في الجبهة من أجهزة الاستشعار، ضع مرآة ساخنة (قصيرة-تمرير تصفية حجب ضوء الطول الموجي الذي أطول من 700 nm) أو مرآة باردة (طويلة تمرير تصفية حجب الضوء الطول الموجي الذي أقصر من 700 nm).
      ملاحظة: الخطوة 3.1.7. ضروري فقط للقياسات باستخدام الكاميرا CCD.
    8. استخدام حامل متحرك للمركز فيما يتعلق بالعدسة الكاميرا الخلايا الشمسية/اتفاقية مكافحة التصحر، ووضعه في مركز التنسيق الأمثل.
    9. باستخدام أي محرر نصوص، إنشاء ملف نصي يحتوي على إحداثيات المقابلة لنقطة قياس (العدسة إلى المتلقي مسافة معينة) بدءاً من موقف الكاميرا خلية/اتفاقية مكافحة التصحر أقرب 5 مم للعدسة من البعد البؤري الأمثل في كل سطر وحتى موقف كذلك 5 مم-
  2. مرحلة القياس
    1. الخلايا الشمسية القياسات
      ملاحظة: بنفس الطريقة كمحاكاة الشمسية للخلايا الشمسية الموصوفة في المقطع السابق، وشدة الضوء والتوزيع الطيفي لمحاكاة الشمسية ل الحزب الشيوعي الفيتنامي التغييرات في جميع أنحاء الانحلال فلاش. التمثيل الرسومي للانحلال فلاش مشابهة لتلك التي تم الحصول عليها مع محاكاة الشمسية للخلايا المكثف هو موضح في الخطوة 2.2.1. ويصور في الشكل 3. هناك ذروة أولى وثم أنه يتناقص. التغييرات التوزيع الطيفي الخفيفة في جميع أنحاء الانحلال فلاش. يتم إجراء القياس في الوقت الراهن حيث كلا إيسوتيبيس، المقابلة للأعلى والأوسط الخلايا الفرعية، تشير إلى نفس مستوى الإشعاع.
      ملاحظة: عكس حالة جهاز محاكاة الشمسية للخلايا الشمسية في هذه الحالة عنصر التحكم فقط لدينا على مستوى الإشعاع هو كثافة الضوء فلاش والمرشحات محايدة
      1. مرة واحدة وقد تم تحديد مستوى الإشعاع الأمثل، فمن الممكن أن تبدأ اختبار. لكل موقف بتعريفه في الخطوة 3.1.9.، بتشغيل ضوء الفلاش. جهاز محاكاة ثم ينشئ ملف نصي يحتوي على إشارات البيانات في جميع أنحاء الانحلال فلاش من التي من الممكن أن نستنتج الخلايا الشمسية الجيل الحالي تحت ضوء تركيز العدسة.
      2. كرر الخطوات من 3.1.7. إلى 3.2.1.3. لكل عدسة قياس.
    2. قياسات الكاميرا CCD
      1. لكل موقف المعرفة في 3.1.9.، باستخدام الكاميرا، واتفاقية مكافحة التصحر تأخذ صورة فوتوغرافية للضوء الذي تم إنشاؤه الموضعية.
        ملاحظة: اتفاقية مكافحة التصحر الاستشعار الكاميرا إلى جانب مرآة الساخنة أو الباردة قد استجابة طيفية مماثلة إلى الأعلى والأوسط خلية الفرعية، على التوالي (انظر الشكل 6). وعلاوة على ذلك، من أجل الحصول على صور مع معلومات مفيدة، من الضروري اتخاذ بعض الاحتياطات. أولاً، يجب أن تعدل كثافة الضوء من الفلاش بغية الحصول على نسبة الإشارة إلى الضوضاء جيدة، وفي الوقت نفسه، لا تشبع الاستشعار CCD. للقيام بذلك، من الممكن لتعديل كثافة الفلاش مباشرة أو استخدام مرشحات محايد للحصول على المستوى المطلوب من الإشعاع. ثانيا، من المهم أن قاعة محاكي مظلمة تماما لتجنب تأثير مصادر الضوء الخارجي على قياسات.
      2. قياسات درجات الحرارة
        1. وضع العدسة ليكون قياس الوظائفide الدائرة الحرارية المستخدمة للتحكم في درجة حرارة العدسة أثناء test.
        2. استخدام قاعة الحرارية، تختلف درجة حرارة العدسة من 10 درجة مئوية إلى 50 درجة مئوية، مع الخطوات يساوي 10 درجات مئوية. للقيام بذلك، ضع العدسات داخل دائرة حرارية مع تغطية جبهة شفافة-
        3. القيام بقياس درجات حرارة مختلفة باستخدام كاميرا CCD بنفس الطريقة الموصوفة في 3.2.2.1-
          ملاحظة: يقاس درجة حرارة العدسة يجري اختبارها مباشرة من خلال المزدوجات الحرارية المرفقة بها. الفرق في درجة الحرارة عبر سطح العدسات أقل من 2 درجة مئوية.

Figure 6
الشكل 6. الاستجابة الطيفية (SR) استشعار السيليكون كاميرا CCD تتم تصفيتها بواسطة مرآة باردة أو زجاج حرارة (النقاط فارغة) لمحاكاة ريال الخلايا الفرعية المتوسطة والعليا من 3 ي شعرية مطابقة خلية شمسية (النقاط الصلبة). وقد تم تعديل هذا الرقم من 10-

  1. معالجة النتائج التي تم الحصول عليها بقياس الخلايا الشمسية- تحديد
    1. استخدام معايرة ايستب مكونات الخلية كمرجع، فوتوكورينت التي تم إنشاؤها بواسطة الخلايا الفرعية الأعلى والأوسط للخلية الشمسية تستخدم كجهاز استشعار ضوء لكل موقف (لمناقشة مفصلة بشأن كيفية تقدير الأعلى والأوسط فوتوكورينتس من الإشارات التي سجلت أثناء الانحلال فلاش تشير إلى 11)-
    2. رسم الرسم بياني الذي يمثل فوتوكورينت التقريبي كدالة للمسافة العدسة إلى المتلقي للأعلى والأوسط الخلايا الفرعية.
    3. مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام عدسة فريسنل متعامي مساعد المدير العام مع أن عدسة فريسنل مجموعة العمليات الخاصة-
  2. معالجة النتائج التي تم الحصول عليها مع اتفاقية مكافحة التصحر الكاميرا القياس.
    1. تحديد centroid الضوء في الصور التي اتخذت مع الكاميرا CCD.
      ملاحظة: " centroid الضوء " خريطة الإشعاع هو توزيع مركز منطقة مستوى الإشعاع الذي أعلى من 90% الإشعاع الحد الأقصى من الخريطة.
    2. حالما يتم تحديد centroid بقعة، تحديد عدد من راديوسيس ممكن، وكل واحد، حساب النسبة المئوية للضوء الوارد داخل الدائرة فيما يتعلق بالإشعاع الإجمالي الوارد في الصورة-
    3. حساب نصف قطر البقعة. ومن يعرف قيمة radius التي تحتوي على 95% الإشعاع الإجمالي-
      ملاحظة: تم اختيار قيمة من 95% تفاديا لبقعة كبيرة مصطنع بسبب الضجيج الناجم عن الضوء انطلاقا من مصادر خارجية، والضوء من مصباح الزينون أو الضوء من البيئة المحيطة مباشرة أي.
    4. كرر خطوات المعالجة من 3.4.1-إلى 3.4.3. للقياسات مع مرآة الساخنة والباردة.
    5. ارسم رسم بياني يمثل قطر بقعة الضوء كدالة للمسافة العدسة إلى المتلقي فيما يتعلق بموقف الأمثل (حجم بقعة الحد الأدنى) للضوء الأزرق والأحمر على حد سواء (الساخنة مرآة وقياسات مرآة باردة، على التوالي).

Representative Results

وفيما يلي أهم النتائج التي تم الحصول عليها من الاختبارات التجريبية تم وصفه مسبقاً:
-قد تجلى السلوك متعامي عدسة "فريسنل المدير العام المساعد" باستخدام قياسات الكاميرا CCD (الشكل 7).
-الكفاءة الضوئية (النسبي الحالية تقاس بالخلية MJ المستخدمة كأداة استشعار ضوء) من "فريسنل المدير العام المساعد" العدسة يظهر تسامح كبيرة عند نقل الخلية من البعد البؤري الأمثل وعلى طول محور البعد البؤري (الشكل 8).
--حجم بقعة المدلى بها بعدسة مساعد المدير العام يظهر تسامح كبير لدرجات حرارة مختلفة (الشكل 9).

تطور قطر بقعة كدالة للمسافة العدسة إلى المتلقي هو الموضح في الشكل 7 لكل من العدسات، عدسة فريسنل مجموعة العمليات الخاصة تقليدية وعدسة "فريسنل مساعد المدير العام". الأعلى والأوسط الخلايا الفرعية قد تم تحليلها بشكل منفصل عن طريق اثنين من المرشحات مزدوج اللون، واحدة ساخنة مرآة تصفية الضوء بطول موجي أعلى من 700 نانومتر، ومرآة باردة واحدة تصفية ضوء الطول الموجي الذي أقصر من 700 نانومتر. في الشكل 7 ألف، يتبين أن الحدود الدنيا منحنيات اثنان من المشردين. وهذا سبب زيغ: ما أعلى الانكسار لأطوال موجية قصيرة، نقطة محورية للضوء الأزرق أقرب إلى العدسة. ثم شرد بقعة الحد الأدنى للضوء الأزرق إلى اليمين (باتجاه العدسة) وشرد بقعة الحد الأدنى للضوء الأحمر إلى اليمين (نحو اللانهاية). على العكس من ذلك، في الشكل 7 باء، فإنه يمكن ملاحظة، لعدسة "فريسنل مساعد المدير العام"، موقف بقعة الحد الأدنى للضوء الأزرق يتوافق تماما مع بقعة الحد الأدنى للضوء الأحمر، تثبت العدسة يسلك سلوك متعامي.

تطور فوتوكورينت تطبيع المتولدة عن خلية شمسية MJ مضيئة بعدسة تركيز كما هو مبين دالة المسافة عدسة الخلية النسبي في الشكل 8. الجانب الأوسع من المنحنى لعدسة "فريسنل مساعد المدير العام" يعني أنه، بفضل تصميم متعامي، التسامح أعلى لإزاحة العدسة من موضعه الأمثل على طول المحور البصري من عدسة فريسنل مجموعة العمليات الخاصة تقليدية. نتيجة لذلك، المدير العام المساعد العدسات أكثر تسامحا لتجميع الأخطاء أو لأي ظاهرة تغيير البعد البؤري، مثلاً، وتباين درجة حرارة.

وأخيراً، يظهر التباين المدلى بها بقعة الضوء من العدسة كدالة لدرجة حرارة العدسة في الشكل 9. الأعلى والأوسط الخلايا الفرعية قد تم تحليلها بشكل منفصل عن طريق فلاتر مزدوج اللون (المرايا الساخنة والباردة). وقد وضعت العدسات داخل دائرة حرارية مع كوب غطاء شفاف للتحكم ب درجة الحرارة12. وتظهر الرسوم البيانية في الشكل 9 كيفية تباين درجة الحرارة له تأثير أقل على عدسة "فريسنل مساعد المدير العام" من الإشارة عدسة فريسنل مجموعة العمليات الخاصة. في الواقع، لهذه الأخيرة، زيادة درجة حرارة من 20 درجة مئوية، التوسع في حجم بقعة ضوء كبيرة: القطر هو حوالي 30% أكبر للخلية العليا الفرعية ويصل إلى 60% أكبر في منتصف الخلية الفرعية. على العكس من ذلك، لعدسة مساعد المدير العام، حتى في أسوأ الأحوال الزيادة أقل من 20 في المائة. وهذا يعني حتى في ظروف التشغيل في الهواء الطلق مع رحلة حرارية قوية، استخدام عدسة مساعد المدير العام أن أداء النظام أكثر استقرارا.

Figure 7
الشكل 7. قياس قطر بقعة كدالة للمسافة العدسة إلى المتلقي. يتم تعريف قطر بقعة كهذه بما في ذلك 95% من الطاقة. خطوط متقطعة حمراء تمثل أقطار بقعة لأطوال موجية أطول (عادة تحويل خلية الفرعية الأوسط في الخلايا الشمسية مللي جول، أي.، 650-900 نانومتر) وتمثل الخطوط الزرقاء متواصلة أقطار بقعة لأطوال موجية أقصر (هذه عادة تغطيها سوبسيل الأعلى، أي، 350-650 nm). () مجموعة العمليات الخاصة فريسنل العدسة، (ب) "المدير العام المساعد فريسنل" العدسة. وقد تم تعديل هذا الرقم من8. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 8
الرقم 8. فوتوكورينت تطبيع المتولدة عن خلية شمسية MJ التي قطرها 3 مم كدالة للمسافة النسبية خلية للعدسة. تم تقسيم كل منحنى من قيمة الحد الأقصى. تمثل الصفر في المحور السيني لثلاث عدسات البعد البؤري الأمثل (حيث يقلل الحال). تمثيل المنحنيات الخلفية فوتوكورينتس تطبيع المتولدة عن الجزء العلوي (علامات دائرية) والأوسط للخلايا الفرعية (علامات الثلاثي). ADG_v2 تحسين تصميم عدسة "فريسنل مساعد المدير العام". الحالية طبيعية تنتجها الخلايا الشمسية MJ (قيمة الحد الأدنى بين الأعلى والأوسط فوتوكورينتس) قيل توخياً للوضوح. وقد تم تعديل هذا الرقم من 13. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 9
الرقم 9. حجم بقعة النسبي كدالة لدرجة حرارة العدسة. (أ) النتائج المتصلة بالخلية العليا الفرعية (قياس نفذت باستخدام عامل تصفية مرآة ساخنة مزدوج اللون). (ب) النتائج المتصلة بالخلية الفرعية الأوسط (قياس نفذت باستخدام عامل تصفية مرآة باردة مزدوج اللون). حجم بقعة النسبي هو الحصول على تقسيم حجم البقعة بالحد الأدنى للقيمة المقاسة لكل عدسة. وقد تم تعديل هذا الرقم من13. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

الطريقة المقترحة لوصف العدسات "فريسنل مساعد المدير العام" يتضمن إجراءات مختلفة اثنين: الأول يستخدم الخلايا الشمسية كأجهزة استشعار الضوء، بينما يستند الثاني إلى كاميرا CCD.

تطبيق الخلية الشمسية على أساس الإجراء، وقد تم قياس فوتوكورينت التي تم إنشاؤها بواسطة خلية شمسية MJ استخدام عدسات فريسنل مختلفة كمركزات. كما ورد في البروتوكول، محاكاة الشمسية الحزب الشيوعي الفيتنامي يجعل استخدام مصباح الزينون فلاش التي ينبعث منها الضوء الذي ينعكس في مرآة مكافئ. هذه مرآة يولد شعاع ضوء وتحديدالمنطقه على متن الطائرة قياس (المصادف فتحه العدسة). بسبب مرآة الصناعة التحويلية التحمل وخشونة السطح، على ضوء وتحديدالمنطقه ليست موحدة على متن الطائرة قياس. عدم تماثل الإشعاع تم إنشاؤها بواسطة جهاز محاكاة الطاقة الشمسية هي المصدر الرئيسي للخطأ في القياسات التجريبية لدينا10. منذ دمج عدسات كبيرة الإشعاع في الطائرة قياس على مساحة كبيرة، الخطأ بسبب عدم التجانس يعتمد على حجم العدسة. جهاز محاكاة الشمسية للحزب الشيوعي الفيتنامي النظم المستخدمة في معهد الطاقة الشمسية يبلغ تماثل أفضل من ± 5% ل البصريات 3 × 3 سم9. لاختبار هنا عدسة "فريسنل مساعد المدير العام"، الذين الفتحة الضوئية 40 × 40 مم، أثر عدم الاتساق عبر القياس يمكن أن تكون حاسمة. من أجل الحد من عدم اليقين هذا، عدسة مرجع إعادة قياس قبل إجراء أي تجربة. وعلاوة على ذلك، عند الاضطلاع بهذه القياسات، أنه أمر بالغ الأهمية لتوخي الحذر خاصة أثناء محاذاة الخلية والعدسة. وفي الواقع، قد الخلية الشمسية لتوضع بالضبط على محورها مع بقعة الضوء التي يدلي بها العدسة لتفادي اختلالها، لأنه إذا تم استخدام المواقع الأولية سيئة، هو تغيير الحد فوتوكورينت بسبب عدم. خطأ آخر قد تحدث التي تسببها عوامل التظليل المختلفة للشبكة التلميع الجبهة (MJ الشمسية الخلية المستخدمة في معايرة جهاز استشعار استخدام الإشعاع موحدة ولكن العدسات يلقي ملف تعريف شكل ضبابي على ذلك خلال القياسات). للتأكد من أن التلميع لا يؤثر على النتائج التجريبية، أنها مفيدة القيام بقياسات عدة مما أدى إلى تشريد العدسة، ونتيجة لذلك، بقعة الضوء على متن الطائرة جهاز استقبال. إذا فوتوكورينت قياس يختلف كثيرا عندما تتحرك قليلاً بقعة الضوء، فهذا يعني أن الشبكة التلميع تؤثر على القياسات.

وهناك أساليب أخرى مناسبة لقياس كفاءة البصري لعدسة الأساسية، مثلاً، باستخدام أجهزة استشعار الإشعاع الحراري مثل ثيرموبيليس10. ويعتبر العيب الرئيسي لهذا النهج أن استجابة جهاز استشعار حراري بطيء جداً لأي مصدر ضوء الفلاش. ولذلك، يمكن أن تطبق فقط على القياسات في الهواء الطلق (وحساسة للغاية للتوزيع الطيفي للإشعاع وغيرها من الأحوال الجوية). باستخدام الأسلوب المقترح، يتم تجنب هذا القيد.

بالإضافة إلى ذلك، باستخدام الخلايا الشمسية على أساس الإجراء، وأنه سيكون من الممكن الحصول على حجم المدلى بها بقعة الضوء بعدسة. للقيام بذلك، تحتاج فوتوكورينتس الذي تم إنشاؤه بالخلايا الشمسية MJ عدة من نفس النوع ومختلفة ولكن أحجام مماثلة يمكن قياسها. للخلايا التي حجمها أصغر من المدلى بها بقعة الضوء من العدسة، يقلل فوتوكورينت المقاسة كخلية الانخفاضات السطحية بسبب الضوء تمتد خارج الخلية. على العكس من ذلك، فوتوكورينت يظل ثابتاً للخلايا الشمسية MJ حجمها أكبر من بقعة الضوء، حيث يصل جميع الضوء المرسلة بواسطة العدسة بغض النظر عن سطح الخلية، الخلية الشمسية. ولذلك، يساوي حجم بقعة ضوء حجم الخلية الأصغر التي يبلغ أقصى قدر من الكفاءة. لاستخدام هذا الأسلوب، تستخدم كلما زاد عدد من الخلايا الشمسية، في أعلى القرار.

نظراً لمجموعة من الخلايا الشمسية مناسبة القيام بالقياسات الموصوفة ليست متاحة دائماً، اقترح إجراء كاميرا CCD لقياس حجم بقعة الضوء. وبفضل دينامية واسعة النطاق لاتفاقية مكافحة التصحر الاستشعار، باستخدام الصور فوتوغرافية بقعة الضوء التي اتخذت مع الكاميرا، ومن الممكن إجراء مقارنة دقيقة بين القيم القصوى ووادي. ولحساب القيمة المطلقة للإشعاع، معايرة لإنشاء أسرة، بما في ذلك عوامل التصفية وكاميرا CCD، سيكون من الضروري. ومع ذلك، من الصور، ومن الممكن لفصل المنطقة المضاءة من منطقة مظلمة أكثر من صورة، وهكذا، تقدير حجم بقعة الضوء. العوائق الرئيسية لهذا الأسلوب هي الطيفية عدم التطابق بين اتفاقية مكافحة التصحر الاستشعار وخلية شمسية MJ والضوضاء التي تنتجها مصادر الضوء المختلفة من شعاع وتحديدالمنطقه المتولدة عن محاكاة الطاقة الشمسية. فيما يتعلق بالمشكلة الأولى، عن طريق إضافة مرآة الساخنة أو الباردة للكاميرا اتفاقية مكافحة التصحر، ومن الممكن للحصول على استجابة طيفية مماثلة جداً للأعلى والأوسط الخلايا الفرعية (انظر الشكل 6). بالإضافة إلى ذلك، من أجل الحد من الضوضاء الخلفية، من الضروري تماما تغميق الدائرة بمحاكاة الحزب الشيوعي الفيتنامي. نظراً لأنه من المستحيل تقريبا تماما تجنب مصادر الضوء الخارجي، تجهيز الصورة مهم جداً ويجب أن تكون مبرمجة جيدا. أن الخطوة الأكثر أهمية هو القضاء على الضوضاء الخلفية. تصفية الضوضاء يمكن أن يكون آليا جزئيا، ولكن بسبب الاعتماد الشديد مع العوامل الخارجية التي لا يمكن التنبؤ بها، يخضع كل صورة المجهزة فحص البصري.

يمكن استخدام الإجراء اتفاقية مكافحة التصحر للحصول على تطور حجم بقعة الضوء كدالة لدرجة حرارة العدسة بإضافة إلى النظام دائرة حراري حيث يتم وضع العدسات. في هذه الحالة، بالإضافة إلى مصادر الخطأ الموصوفة سابقا، ينشأ عدم التيقن من قياسات درجات الحرارة العدسة. التحكم الحرارية (واحدة متصلة مباشرة بالكمبيوتر) لا تمثل درجة حرارة العدسة الحقيقية للاستشعار وضعت في نقطة الدائرة الحرارية قريبة لكن لا ترتبط مباشرة بالعدسات لقياس. ولذلك، أن درجة الحرارة تقاس باستخدام مثل هذه الحرارية متوسط درجة حرارة البيئة المحيطة بالعدسات وأنها لا تتطابق بالضرورة إلى درجة حرارة العدسة الحقيقية. هذا لماذا يوصي بربط كل عدسة الحرارية مستقلة. ومع ذلك، هناك على الأرجح تدرج درجة الحرارة بين نقاط مختلفة من العدسة. من أجل تحديد مقدار عدم اليقين هذا، مجرد قاعة الحرارية يحقق درجة الحرارة المطلوبة، وقبل القيام بأي قياس، فمن الأفضل الانتظار 15-20 دقيقة للسماح لدرجة حرارة النظام أصبحت موحدة قدر الإمكان.

Disclosures

ليس لدينا شيء الكشف عنها.

Acknowledgments

دعمت هذا العمل جزئيا بالإسبانية وزارة الاقتصاد والقدرة التنافسية في إطار مشروع أكرومالينس (ENE2013-45229-P) وأنها تلقت تمويلاً من أفق 2020 البحث الاتحاد الأوروبي في والابتكار البرنامج ضمن مشروع الحزب الشيوعي الفيتنامي المباراة في إطار المنحة 640873 أي اتفاق.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
HELIOS 3030 SOLAR SIMULATOR SAV
HELIOS 3030 SOFTWARE SAV
HELIOS 3198 CPV SOLAR SIMULATOR SAV
HELIOS 3198 SOFTWARE SAV
3-AXES AUTOMATED POSITIONING PLATFORM Zaber tech. T-LSR75A Catalog number corresponds to the device controlling lens movements with high precision in one axis of the xyz control.
3-AXES AUTOMATED POSITIONING PLATFORM Zaber tech. T-LSM200A Catalog number corresponds to the device controlling lens movements with high precision in one axis of the xyz control.
3-AXES AUTOMATED POSITIONING PLATFORM Zaber tech. T-LSM200A Catalog number corresponds to the device controlling lens movements with high precision in one axis of the xyz control.
Zaber Console 1.4.7. Zaber tech. Software provided by Zaber tech. able to control the automatic postionig platfomr from the computer
Dichroic filters Edmund optics hot and cold mirrors
Neutral filters Edmund optics
Silicone on Glass Fresnel lens Manufactured by Fraunhofer ISE.
Achromatic Doublet on Glass Fresnel lens Manufactured at the Solar Energy Institute
Multi Junction solar cells
Charged Coupled Device camera Qimaging
Qcapture, CCD camera controlling software Qimaging
Thermal Chamber Designed and manufactured at the IES
TC-720, thermal chamber controlling software

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Green, M. A., Emery, K., Hishikawa, Y., Warta, W., Dunlop, E. D. Solar cell efficiency tables (version 49). Prog. Photovolt. Res. Appl. 25, 3-13 (2016).
  2. Lorenzo, E., Sala, G. Sun II. 536-539 (1979).
  3. Victoria, M. New Concepts and Techniques for the Development of High-Efficiency Concentrating Photovoltaic Modules. E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). (2014).
  4. Vallerotto, G., et al. Design and modeling of a cost-effective achromatic Fresnel lens for concentrating photovoltaics. Opt. Express. 24, A1245 (2016).
  5. Victoria, M., Domínguez, C., Antón, I., Sala, G. Comparative analysis of different secondary optical elements for aspheric primary lenses. Optics Express. 17, 6487-6492 (2009).
  6. Languy, F., et al. Flat Fresnel doublets made of PMMA and PC: combining low cost production and very high concentration ratio for CPV. Opt. Express. 19, Suppl 3. A280 (2011).
  7. Hecht, E. Optics, Third Edition. Addison Wesley Longman, Inc. (1998).
  8. Vallerotto, G., Askins, S., Victoria, M., Antón, I., Sala, G. A novel achromatic Fresnel lens for high concentrating photovoltaic systems. AIP Conf. Proc. AIP Publishing. 050007 (2016).
  9. Domínguez, C., Antón, I., Sala, G. Solar simulator for concentrator photovoltaic systems. Opt. Express. 16, 14894 (2008).
  10. Victoria, M., Askins, S., Herrero, R., Antón, I., Sala, G. Assessment of the optical efficiency of a primary lens to be used in a CPV system. Solar Energy. 134, 406-415 (2016).
  11. Domínguez, C., Antón, I., Sala, G., Askins, S. Current-matching estimation for multijunction cells within a CPV module by means of component cells: Current-matching estimation for MJ cells within a concentrator. Prog. Photovolt. Res. Appl. 21, 1478 (2013).
  12. Askins, S., Victoria, M., Herrero, R., Domínguez, C., Antón, I., Sala, G. Effects of Temperature on Hybrid Lens Performance. AIP Conf. Proc. AIP Publishing. 57-60 (2011).
  13. Vallerotto, G., Askins, S., Victoria, M., Antón, I., Sala, G. Experimental Characterization of Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lenses. AIP Conf. Proc. AIP Publishing. (2017).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics