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

1-עדשה דגמי באמצעות סימולציה ריי-עקיבה הכנת מודל ייבוא ADG פרנל עדשה הגיאומטריה לתוך תוכנת סימולציה ריי-עקיבה ולהגדיר תכונות חומר כגון להדמיה ו מקדם שבירה. הערה: העיצוב ADG פרנל פותחה במכון אנרגיה סולארית, זה מורכב קוד מחשב מבוססת על עקרונות בסיסיים אופטיקה כגון פרמה ' עקרון s ו סנל ' s החוק. פיזור עקומות של החומרים להלחין את העדשה שימשו כדי לפתח את שיטת עיצוב. תיאור מפורט של השיטה העיצוב מוצג במקום אחר 4. להגדיר את מקור אור עם מאפיינים האמיתי של השמש כגון צמצם זוויתי, התפלגות ספקטרלית. מקום מקלט במרחק מן העדשה שווה למרחק המוקד הנומינלית. איור 1. מסך של מודל סימולציה ריי-עקיבה. ניתן להתבונן מקור האור, עדשת פרנל ADG (הכוללת המצע זכוכית אלסטומר, עדשת פרנל-bi פלסטיק), מקלט המשמש למדידת את irradiance ב הצמצם עדשה (עדשה מקלט) ואת irradiance ביציאה (סולר תא מקלט). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. להריץ הסימולציה ולחשב את התוצאות הרצויות, כגון השגה ריכוז ו עדשה אופטית היעילות המרבית. ריכוז השגה מוגדר כיחס בין הצמצם אופטי עדשה ואזור של המקלט איפה המקום הוא יצוק. יעילות אופטי מוגדר כיחס בין הכוח-המקלט והכוח האופטי צמצם העדשה 10. הערה: האזור של המקלט הוא הרבה יותר גדול מאשר נקודת האור שהטילה את העדשה על מנת להבטיח כי המקלט אוספת בכל קרן המועברת על ידי העדשה. בדרך זו, היעילות אופטי מחושב לוקח בחשבון הפסדים עקב ספיגת חומרים, השתקפות, וייצור של אילוצים (זוויות טיוטה, עצה עיגול-פינה והעמקים). חזור על שלבים 1.1. ו 1.2. הדמיה של קונבנציונאלי סיליקון בזכוכית (SoG) פרנל במקום עדשת פרנל ADG כדי לשמש benchmark. 2. תא פוטו-וולטאי אפיון באיור 2. סימולטור שמש עבור concentrator השמש תאים. צילום של סימולטור שמש שימוש כדי לאפיין תאים סולאריים תחת מרוכז בקרינה. על ראש הדמות, זה ניתן לצפות את המנורה עמדה אשר קובע את רמת הריכוז. בתחתית, מוצג המטוס מדידה עם הפניה לתאי שמש רכיב, את קוואן דוט. בצד השמאל של התמונה, זה אפשרי להעריך את ציוד אלקטרוני (אספקת חשמל ו- DAQ) ואת המחשב המשמש לביצוע האפיון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. כיול של סימולטור שמש על איפיון תאים סולאריים למקם בתוך הסימולטור סולארית הפניה רכיב התאים (העליון, האמצעי והתחתון), הידוע גם בשם isotypes, אשר היו מכוילים תחת הפניה ספקטרום וההתקן תחת בדיקה (קוואן דוט), כלומר, תא השמש כדי למדוד. הערה: הנח את הפניית התאים ואת קוואן דוט קרובים ככל האפשר על מנת להפחית שגיאות אפשריות בשל תאורה לא אחידה על המטוס מדידה. להתאים את המנורה פלאש מיצוב (גובה) על מנת להגיע לרמה הרצויה של ריכוז. המנורה רחוק היא של מדידת מטוס, נמוך יותר ריכוז מושגת. התפלגות ספקטראלית תלוי במיקום של המנורה לבין עוצמת פלאש. הוסף את המסננים הדרושים כדי להתאים את התפלגות ספקטרלית. התהליך כדי לקבל בהתפלגות דומה הספקטרום הפניה מתואר בשלב 2.2.1. לחבר את isotypes ואת קוואן דוט ללוח נתוני הרכישה (DAQ) של סימולטור שמש- באמצעות עורך טקסט, צור קובץ טקסט המכיל את הערכים קיטוב כדי לשמש המדידה עקומת זרם-מתח התא (IV). קובץ הטקסט מכיל שורה אחת לכל נקודת מתח. נקודות מתח יותר לגרום בהגדרת העקומה גבוהה יותר. מאז כל התאים הסולאריים מעורב תאים סולריים MJ, הערכים קיטוב מורכבות של ערכים בין 0 V 3.1 נ’ מדידות עוצמת האור לאורך כל הריקבון פלאש יש לשיא של הראשוני ולאחר מכן מפעיל להקטין ( איור 3). התפלגות ספקטראלית אור גם משתנה לאורך כל דופק פלאש. תא סולארי קונבנציונאלי MJ מורכב של שלושה תאים משנה עם bandgaps שונים המחוברים בסדרה. כל תא משנה ניתן להמיר חשמל בחלק אחר של הספקטרום סולארית. לכן, הנוכחי שנוצרו על-ידי תא השמש MJ תמיד מוגבל על ידי התא משנה בהפקת הנוכחית לפחות. כדי לבצע מדידה מדויקת של, בחר ברמה irradiance שבו שני isotypes, המקביל החלק העליון והחלק האמצעי תאים משנה, לציין בדיוק את אותה רמת אחידות irradiance. זה מאשר כי התא נמדד תחת רמת הריכוז היעד וספקטרום… העובדה כי רמת אחידות irradiance שצוין על-ידי התא תת קרקעית אינה וצירוף יכול להיות מוזנחים. זה בגלל מסחרי תאים סולריים MJ מבוסס על ג ‘ נרל אלקטריק לעולם אינם מוגבלים הנוכחי, על ידי תא משנה זה. איור 3 מציג הסבר גרפי של הליך זה. פעם הרמה הרצויה irradiance למדידה מזוהה, להתחיל את המבחן הרביעי. הסימולטור קורא קיטוב נקודות מקובץ הטקסט שהוגדרו בשלב 2.1.4.; עבור כל נקודה, הציוד תא בנקודת המתח הרצוי קוטביות (ניגודים), מפעילה את הפלאש, מודד הנוכחי שנוצרו על-ידי תא השמש. זוג הערכים זרם ומתח, זה עקומת IV, המוצג על מסך המחשב. הערה: עקומת IV, זה ניתן לקבל זרם קצר (אני sc), לפתוח מעגל מתח (V oc) במקדם המילוי (FF), יעילות קוואן דוט (למרות בסעיפים הבאה, נעשה שימוש רק קצר חשמלי הנוכחית). חזור על צעד 2.2.2. ברמות ריכוז שונים כדי לבדוק כי photocurrent תא פוטו-וולטאי תלויה לינארית הריכוז ברמה (ראה איור 4) ו, לכן, התא מכוילת יכול לשמש בחיישן אור כדי לקבוע את irradiance-במישור המוקד העדשה. עבור כל רמת הריכוז, להתאים את התפלגות ספקטרלית של הפלאש באמצעות המסננים המתאימים על מנת לבצע מדידות מתי isotypes, והן תאים משנה האמצעי, לציין את רמת אחידות irradiance באותו, כמוסבר בשלב 2.2.1. איור 3. זמן התפתחות מגניטודות נמדד לאורך כל הריקבון פלאש. בגרף, זה סומן הרגע כאשר תאי isotype, המקביל החלק העליון והחלק האמצעי תאים משנה, למדוד irradiance באותה הרמה. בעקבות קו מקווקו שחור אשר מתחיל מהצומת של עקומות התואם העליון, האמצעי subcells, זה ניתן לזהות את הערך הנוכחי קוואן דוט (עיגול שחור) כמו הזרם נמדד באותו רגע מדויק ההפנייה העליונה והאמצעית תאים תת ראה irradiance באותה הרמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. באיור 4. (א) בסכמה לכיוונון המשמש לביצוע בדיקות ניסויית. (B) תצלום של הגדרת ניסיוני ומרכיביה (מקור האור עם שילוב של הספרה, עדשה מדגם, מצלמת CCD, תאים סולאריים משמשים חיישני אור). במראה פרבוליות, מסננים אינם גלויים בתמונה הזאת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. 3. עדשה אפיון. איור 5. גרף מייצג את התפתחות photocurrent שנוצרו על-ידי תא סולארי MJ כפונקציה של הריכוז. כצפוי צפויה יש תלות ליניארית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. ההתקנה הכנה- הר 3-צירי אוטומטית מיקום פלטפורמה: המחשב בסיוע נע פלטפורמה מסוגל לשלוט במדויק את המיקום היחסי בין תא פוטו-וולטאי מכוילת/מצלמות המצלמה לבין העדשה כדי למדוד. בדוק הפלטפורמה אוטומטית מיקום 3-צירים בצורה מושלמת אופקי באמצעות רמה בועה. לטעון את התמיכה מצלמת CCD/תא פוטו-וולטאי על הפלטפורמה ' זה זז מחזיק כך שאפשר לשלוט בזכות מיקום לאורך x, y ו- z צירים. הר התמיכה עדשה ברציף מול שהמחזיק זז שמתואר בשלב 3.1.2. באמצעות בעל נע על x ו- y צירים, זה אפשרי בהחלט מרכז העדשה לגבי המטרה מצלמה CCD/תא פוטו-וולטאי. העברת המחזיק לאורך ציר z, זה אפשרי כדי למקם את המטרה מצלמה CCD/תא פוטו-וולטאי מוקד אופטימלית של העדשה (מינימום גודל ספוט), להניע לאורך ציר אופטי. להתחבר למחשב המשמש לביצוע בדיקה ניסויית כולו את כל מכשיר (פלטפורמה מיקום אוטומטית, DAQ הלוח כדי למדוד את התא photocurrent, מצלמת CCD, ואת מנורת קסנון) לבדוק את חיבור ותפעול של כל ההתקנים המחוברים. לפתוח את תוכנת שליטה על סימולטור שמש עבור CPV ולחץ על הלחצן " אור הדופק " בשביל לצלם מבזק. אם הגרף דעיכה פלאש דומה איור 3, פירוש הדבר כי DAQ לוח מנורת קסנון, isotype subcells, קוואן דוט פועלים כראוי. פתח את תוכנת שליטה על מצלמת CCD כדי לבדוק המצלמה פועלת כהלכה. פתח את תוכנת שליטה פלטפורמת נע בסיוע מחשב ולהשתמש בו כדי להעביר שהמחזיק זז לאורך הצירים שלוש. לעשות ציר אחד, בחר בין הצירים רשומים על גבי שמאל של חלון התוכנה, ואז להוסיף עמדה בנושא " המהלך המוחלט " פולס " להפעיל את ". אם המחזיק נע מזיז כצפוי, פירוש הדבר כי פלטפורמת נע פועל כראוי. נקיים והמקום העדשה כדי למדוד על התמיכה קבוע רכוב על פלטפורמת מיקום אוטומטית. מקדימה של החיישן, להציב מראה גם חם (מעברים קצרים לסנן חסימת אור באורך גל של מי הוא יותר מ 700 nm) או מראה קר (זמן לעבור מסנן חוסם אור באורך גל של מי היא קצרה יותר 700 nm). הערה: שלב 3.1.7. יש צורך רק עבור מדידות באמצעות מצלמת ה-CCD. השתמש שהמחזיק זז מרכז את המצלמה CCD/תא פוטו-וולטאי ביחס העדשה ולמקם אותו בנקודת המוקד אופטימלית. באמצעות עורך טקסט כלשהו, צור קובץ טקסט המכיל בכל שורה ושורה הקואורדינטות המתאים נקודת מדידה (עדשה-כדי-מקלט מרחק מסויים) החל מעמדה של המצלמה תא/CCD 5 מ מ קרוב יותר על העדשה מאשר מרחק מיקוד אופטימלי ועד משרה נוספת 5 מ- שלב מדידה תא פוטו-וולטאי מדידות הערה: באותו אופן כמו סימולטור סולארית עבור השמש תאים שתוארו בסעיף הקודם, עוצמת האור, את התפלגות ספקטרלית של סימולטור סולארית עבור CPV שינויים לאורך כל הריקבון פלאש. ייצוג גרפי של הריקבון פלאש דומה לזו שהושג עם סימולטור סולארית עבור תאים רכז שמתואר בשלב 2.2.1. מתוארים באיור 3. לשיא הראשוני, ואז זה מקטין. השינויים הפצה spectral אור לאורך כל הריקבון פלאש. המדידה מתבצעת באותו הרגע שבו שני isotypes, המקביל העליון ותאים תת האמצעי, לציין באותה רמה irradiance. הערה: בניגוד במקרה של סימולטור סולארית עבור השמש תאים במקרה זה השליטה היחידה יש לנו מעל רמת אחידות irradiance עוצמת האור פלאש ומסננים נייטרלי ברגע ברמה irradiance אופטימלית זוהתה, זה ניתן להתחיל מבחן. עבור כל תנוחה שהוגדרו בשלב 3.1.9., להפעיל את הפלאש. הסימולטור לאחר מכן יוצר קובץ טקסט המכיל נתונים אותות לאורך כל הריקבון פלאש שממנו זה אפשרי להסיק תא פוטו-וולטאי הדור הנוכחי תחת אור מרוכז על ידי העדשה. חזור על צעדים 3.1.7. כדי 3.2.1.3. עבור כל עדשה למדוד. CCD מצלמה מדידות עבור כל תנוחה חנומ 3.1.9., באמצעות מצלמת ה-CCD, קח תצלום של האור שנוצר ספוט. הערה: חיישן CCD של המצלמה בשילוב עם מראה חם או קר יש תשובה ספקטראלית דומה החלק העליון והחלק האמצעי תא משנה, בהתאמה (ראה איור 6). יתר על כן, על מנת לקבל תמונות עם מידע שימושי, יש צורך לנקוט אמצעי זהירות. ראשית, עוצמת האור של הפלאש חייב להיות מותאם כדי לקבל יחס אות לרעש טוב, באותו זמן, לא עיתוני חיישן CCD. כדי לעשות זאת, זה אפשרי כדי ישירות לשנות את עצמת ההבזקה או להשתמש במסננים ניטרלי כדי להשיג את רמת אחידות irradiance הרצוי. שנית, חשוב כי תא סימולטור חשוך לחלוטין כדי למנוע את ההשפעה של מקורות אור חיצוני על מדידות. מדידות טמפרטורה למקם את העדשה כדי להיות נמדד תוספותide תא תרמי משמש לשליטה הטמפרטורה עדשה במהלך בדיקה באמצעות תא תרמי, להשתנות הטמפרטורה העדשה מ 10 ° C עד 50 מעלות צלזיוס עם מדרגות שווה ל 10 ° C. כדי לעשות זאת, למקם את העדשות בתוך תא תרמי עם מכסה קדמי שקוף. לבצע את המדידה טמפרטורות שונות באמצעות מצלמת ה-CCD באותו אופן המתואר 3.2.2.1. הערה: הטמפרטורה של העדשה נבדק נמדד ישירות דרך צמדים תרמיים מצורף. הפרש הטמפרטורה פני עדשות הוא נמוך מ-2 מעלות צלזיוס איור 6. תגובת ספקטרלי (SR) של חיישן סיליקון מצלמת CCD המסוננות לפי מראה קר או זכוכית חום (נקודות ריקים) כדי לדמות את SR של תאים תת האמצעי והעליון של 3 J מתאימים השבכה תא סולארי (נקודות מוצק). דמות זו שונתה מ 10- עיבוד התוצאות המתקבלות עם מדידת תא פוטו-וולטאי. שימוש מכויל isotype רכיבים תא להתייחסות, לקבוע את photocurrent שנוצר על ידי התאים העליונה והאמצעית המשנה של תא סולארי משמש בחיישן אור עבור כל תנוחה (דיון מפורט כיצד מעריכים טופ התיכון photocurrents מן האותות שנרשם במהלך הריקבון פלאש עיין 11). לצייר גרף שמייצג את photocurrent משוערת כפונקציה של המרחק העדשה-כדי-מקלט עבור והן האמצעי תאים תת- להשוות את התוצאות המתקבלות באמצעות עדשת פרנל אכרומטי ADG בזה של עדשת פרנל SoG. עיבוד התוצאות המתקבלות עם מדידת מצלמת CCD. לזהות centroid של האור בתמונות שצולמו עם מצלמת CCD. הערה: " centroid של אור " של מפת irradiance של התפלגות היא המרכז של אזור רמת אחידות irradiance הוא מעל 90% irradiance המרבי של המפה- פעם centroid ספוט מזוהה, להגדיר מספר אפשרי רדיוסים ולחשב, לגבי כל אחת מהן האחוז של אור בתוך המעגל ביחס irradiance הכולל הכלול הצילום. לחשב את רדיוס ספוט. מוגדר כבית רדיוס המכיל irradiance סה כ- 95%. הערה: ערך של 95% נבחר על מנת להימנע נקודת וגבוהים בשל הרעש הנגרם על ידי אור מתקדם ממקורות חיצוניים, קרי, ישיר אור מנורת קסנון או אור מהסביבה המקיפה. חזור על צעדים עיבוד 3.4.1. כדי 3.4.3. למדידות עם מראה חמים וקרים. גרף הקוטר ספוט אור כפונקציה של המרחק העדשה-כדי-מקלט לגבי המיקום האופטימלי (מינימום גודל נקודה) על מגרש של אור כחול ואדום (חם מראה, מראה קר מדידות, בהתאמה).