効率と集中太陽光発電用ガラス (ADG) フレネル レンズの色消しの放射照度場所の屋内の実験的評価

1 レンズは光線追跡シミュレーションを用いたモデリング モデル準備 インポート ADG フレネル レンズ形状の光線追跡シミュレーション ソフトウェアに、透過率などの材料特性を設定し、。屈折します 。 注: ADG フレネル設計は太陽エネルギー研究所で開発され、フェルマーなど基本的な光学原理に基づくコンピューター コードで構成されています ' s 原理とスネル ' s の法律。レンズを構成する材料の分散曲線は、デザイン手法の開発に使用されています。設計手法の詳細な説明は別の場所で 4 を提示します。 角絞りと分光分布など太陽の実際の特性をもつ光源を設定します。 公称焦点距離に等しく、レンズからの距離で受信機を配置します。 図 1。光線追跡シミュレーション モデルのスクリーン ショット。光源、(ガラス基板、エラストマー、プラスチックの bi フレネル レンズで構成される)、ADG フレネル レンズ、レンズの絞り (レンズ レシーバー) の放射照度と出口 (太陽放射照度を測定するために使用する受信機を観察することが可能です。携帯受信機)。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。 シミュレーションを実行し、最大達成可能な濃度とレンズ光学的効率など必要な結果を計算します。達成可能な濃度は、レンズの光学絞りとスポット、キャスト受信機の地区間の比率として定義されます。光効率が受信機の電源とレンズ光学絞り 10 電力の比率として定義されています 。 注: 受信機のエリアは受信機がレンズによって送信されるすべての線を収集することを確認するためにレンズによってキャスト スポット ライトよりもはるかに大きい。この方法で計算された光学的効率を考慮アカウント損失材料吸収、反射、および制約 (ドラフト角度と先端角と谷に丸め) を製造します。 手順 1.1 と 1.2。 ベンチマークとして使用するための ADG フレネル レンズの代わりにフレネル (SoG) 従来シリコーン ガラスをシミュレートします。。 2。太陽電池特性評価 図 2。コンセントレーター太陽電池用太陽光シミュレータ。集中放射照度下で太陽電池セルの特性評価に使用される太陽光シミュレータの写真します。図では、上に位置が濃度レベルを決定するランプを観察することが可能です。底部には、参照コンポーネント太陽電池と DUT 測定平面が表示されます。写真の左側の電子機器 (電源と DAQ) と特性を実行に使用するコンピューターに感謝することが可能です。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。 太陽電池評価用ソーラシミュレータの校正 配置太陽光シミュレータ内の参照の下で校正されたのアイソタイプとも呼ばれる参照コンポーネント セル (上、中央、および下部)テスト (DUT) 測定する太陽電池は、対象のデバイスとスペクトル 。 注: 参照セルと DUT として近くに配置できるだけ測定の面で不均一照明によるエラーの可能性を減らすために. は、濃度の所望のレベルに達するために (高さ) を配置フラッシュ ランプを調整します。測定から、さらにランプは平面、達成が低いほどの濃度。 分光分布は、ランプやフラッシュの強さの位置に依存します。分光分布を調整する必要なフィルターを追加します。参照スペクトルと同様の分布を取得する手順については、手順 2.2.1。 アイソタイプと DUT を太陽光シミュレータのデータ集録 (DAQ) 基板に接続します。 細胞の電流-電圧 (IV) 曲線測定で使用する分極値を含むテキスト ファイルを作成するテキスト エディターを使用します。テキスト ファイルには、電圧ポイントごとに 1 行が含まれています。多くの電圧ポイントの高い曲線の定義を結果します。分極値は 0 V と 3.1 v. 間の値から成る関与のすべての太陽電池は MJ 太陽電池なので 測定 フラッシュ崩壊全体照度初期ピークを持っています、( 図 3) を減少し始めます。光の分光分布は、フラッシュ パルス中でも変更されます。従来 MJ 太陽電池は直列に接続されている別のバンド ギャップを有する 3 つのサブ セルで構成されます。サブの各セルは、太陽光スペクトルの異なる部分で電気を変換できます。したがって、MJ 太陽電池によって発生する電流は、少なくとも現在の生産サブ携帯によって常に制限されます。正確な測定を実行するには、上部と中間のサブのセルに対応する、両方のアイソタイプが全く同じ照度のレベルを示す照度レベルを選択します。これは、セルがターゲットの濃度とスペクトルの下で測定されることを確認します。下のサブ セルで示される照度レベルが一致するという事実を無視できます。これは商業の MJ の Ge をベースの太陽電池はこのサブ携帯で現在限定ではないのでです。 図 3 は、この手順のグラフィカルな説明を示しています。 一度測定のため必要な照度を識別、IV テストを開始します。シミュレータは、2.1.4 のステップで定義されているテキスト ファイルから偏波ポイントを読み取ります;。各ポイントについて、装置は、所望の電圧でセルを分極する、フラッシュをトリガーし、太陽電池によって発生する電流を測定します。IV カーブは、電流と電圧の値のペアがコンピューターの画面に表示されます 。 注: IV カーブからだを取得することが可能、短絡電流 (私 sc)、オープン回路電圧 (V oc)、フィルファクター (FF)、DUT の効率 (にもかかわらず、次のセクションでは、短絡電流のみが使用されます). 繰り返しステップ 2.2.2 異なる濃度濃度に直線的に太陽電池の光電流が依存することを確認するレベル ( 図 4 参照) と、したがって、校正のセルは光センサーとして使用できます。レンズ焦点面で照度を決定します。各濃度の測定を実行するために適切なフィルターを使用してフラッシュの光の分光分布を調整するとき両方のアイソタイプ、上部と中間の副細胞レベルを示す同じ照度、2.2.1 のステップで説明したようします。 図 3。フラッシュ崩壊を通して測定された大きさの時間変化。グラフで、マークされているインスタント アイソタイプ細胞、上部と中間の副細胞に対応する同じ放射照度を測定するとき。次の上部と中間の subcells に対応する曲線の交点からはじまる黒破線、それは経営者および参照の正確な瞬間に電流として DUT の現在の値 (黒丸) を識別することはサブのセルでは、同じ照度レベルを参照してください。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。 図 4。(A) 実験テストの実行に使用するセットアップの方式です。(B) 実験のセットアップとそのコンポーネント (球、サンプル レンズ、CCD カメラ、光センサーとして使用される太陽電池を統合することで光源) の写真。放物面鏡とフィルターはこの写真では表示されません。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。 3. レンズの特性。 図 5。濃度の関数として MJ 太陽電池によって発生した光電流の進化を表すグラフ。期待どおりに線形依存があります。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。 セットアップの準備。 マウント 3 軸自動位置決めプラットフォーム: コンピューター支援移動プラットフォーム校正太陽電池/CCD カメラと測定するレンズの間の相対的な位置を正確に制御することができます。 3 軸自動位置決めプラットフォームがバブルのレベルを使用して完全に水平であることを確認します。 プラットフォームで太陽電池/CCD カメラ サポートをマウント ' s の x、y、および z 軸上の位置を制御することが可能であるようにホルダーを移動します。 3.1.2 のステップで説明されている可動ホルダーの前にプラットフォームでレンズのサポートを にマウントします。X と y の移動のホルダーを使用して完全に太陽電池/CCD カメラの目的に関してレンズの中央にある軸。Z 軸ホルダーを移動するには、レンズ (最小スポット サイズ) の最適なフォーカル ポイントに太陽電池/CCD カメラの目的を配置してその光軸に沿って移動することが可能です。 全体の実験的テストの実行に使用するコンピューターに (自動位置決めプラットフォーム、キセノン ランプ、CCD カメラ、セルの光電流を測定する DAQ ボード) のすべてのデバイスを接続 は、接続と接続された全デバイスの操作をテストします。 CPV を太陽光シミュレータの制御ソフトウェアを開き、ボタンを押して " パルスの光 " フラッシュを撮影するために。フラッシュ減衰グラフは 図 3 のようになります、それは DAQ ボード、キセノン ランプ、アイソタイプ subcells、DUT が正しく動作していることを意味します。 カメラが正しく動作しているを確認する CCD カメラを制御するソフトウェアを開きます。 は、コンピューター支援移動プラットフォームを制御するソフトウェアを開き、3 軸可動ホルダーに移動する使用します。間に、[1 つの軸を行う軸上に記載されているソフトウェア ウィンドウの左の位置を挿入 " 移動絶対 " とパルス " を実行 "。移動プラットフォームが正常に機能していることを意味する可動ホルダーは、期待どおりに移動する場合。 固定サポートで計測すべきレンズ マウント自動位置決めプラットフォーム上クリーンと場所。 前に、センサーのいずれか熱いミラーを置き (ショートパス フィルター波長が 700 を超えるブロック ライト nm) またはコールド ミラー (ロングパス フィルター ブロック ライトの波長は 700 より短い nm). 注: ステップ 3.1.7。CCD カメラを用いた測定に対してのみ必要です。 移動のホルダーを使用してレンズを基準太陽電池/CCD カメラの中心し、焦点の最適なポイントに配置します。 すべての行に最適な焦点距離よりもレンズに 5 mm 近いセル/CCD カメラの位置から測定点 (ある特定のレンズに受信機間隔) に対応する座標を含むテキスト ファイルを作成する任意のテキスト エディターを使用してさらに 5 mm の位置までです。 測定フェーズ 太陽電池測定 注: 用ソーラシミュレータの分光分布、光強度前のセクションに記載されている太陽電池用太陽光シミュレータと同じ方法でCPV は、すべてのフラッシュの減衰変更します。フラッシュの崩壊のグラフィック表現は、2.2.1 の手順に従ってコンセントレイターの細胞の太陽光シミュレータで得られたものに似ています。 図 3 で描かれています。初期ピークがあり、それが減少します。フラッシュの崩壊の中で光の分光分布の変更。上部と中間のサブのセルに対応する、両方のアイソタイプが同じ照度レベルを示す現時点で測定が実行されます 。 注: 太陽電池用太陽光シミュレータの場合とは逆にこの場合放射照度レベルにある唯一のコントロールはフラッシュ光強度および中性フィルター 最適な照度レベルを識別した後、それは開始することが可能、 テストします。3.1.9 のステップで定義されているすべての位置のため。、フラッシュの光をトリガーします。シミュレータは、レンズによって集中した光の下での現在の世代の太陽電池を推測することが可能だがフラッシュの崩壊中のデータ信号を含むテキスト ファイルを生成します。 3.1.7 から手順を繰り返します 3.2.1.3 に。 測定するすべてのレンズにします。。 CCD カメラによる計測 3.1.9 で定義されているすべての位置のため、スポット生成された光の写真を撮る CCD カメラを使用して。 。 注: それぞれは、上部と中央のサブ セルのようなスペクトル応答ホットまたはコールド ミラーと相まってカメラの CCD センサー ( 図 6 を参照)。さらに、有用な情報と写真を得るためには、いくつかの予防措置を取る必要です。まず、良い信号対雑音比を取得し、同時に CCD センサーを飽和させないために、フラッシュの光量を調整する必要があります。これを行うには、フラッシュの強さを直接変更または中立的なフィルターを使用して、必要な照度を得るには可能です。第二に、シミュレータ室が測定に及ぼす外部光源の影響を避けるために完全に暗いということが重要です。 温度測定 配置するレンズを測定ide 恒温テスト中にレンズの温度を制御するために使用 レンズ温度の 10 の ° C から 50 ° C まで 10 ° C に等しい手順を異なる熱チャンバーを用いたこれを行うには、透明なフロント カバー付き恒温槽内部レンズの場所します。 3.2.2.1 で説明した同じ方法で CCD カメラを使用して異なる温度の測定を行う です 。 注: テストされているレンズの温度は直接それに接続されている熱電対を計測します。レンズの表面に温度差が 2 より小さい ° C 図 6。コールド ミラーまたは 3 J 格子整合太陽電池 (固体ドット) の中、トップのサブ細胞の SR をシミュレートする熱ガラス (空ドット) によってフィルター CCD カメラ シリコン センサーの分光感度特性 (SR)。この図は、 10 から変更されている。 太陽電池測定により得られた結果を処理します。 による校正アイソタイプ電池部品の参考のため決定 (トップとミドルを推定する方法に関する詳細な議論のあらゆる位置のための光センサーとして使用する太陽電池のトップと中間のサブ細胞によって生成される光電流フラッシュの崩壊の間に記録された信号から当てるは、 11 を参照してください). の上部と中間のサブ セル レンズに受信機の距離の関数として近似の光電流を表すグラフを描画します。 SoG フレネル レンズの ADG 色消しフレネル レンズを使用して得られた結果を比較します。 CCD カメラ測定により得られた結果を処理します。 CCD カメラで撮影した写真で光の重心を識別します 。 注: " 光の重心 " 放射照度マップの配布、放射照度レベルがマップの最大照度の 90% 以上は領域の中心します。 スポット重心が識別されると、可能な半径の数を定義し、各 1 つは、写真に含まれる総放射照度に関してサークル内に含まれる光の割合を計算します。 は、スポットの半径を計算します。総日射量の 95% を含む半径として定義されています 。 注: 95% の値は、外部ソースからの光によるノイズのため意図的に大きなスポットを避けるために選択されている、すなわち、 キセノン ランプからのライトまたは周囲の環境からの光を直接します。 3.4.1 から処理手順を繰り返します 3.4.3 に。 ホットとコールド ミラーを測定。。 青と赤の光の光のスポット径を表す最適な位置 (最小スポット サイズ) を基準に受信機レンズ距離の関数としてグラフをプロット (ミラー、コールド ミラー測定をそれぞれホット).