Valutazione interna sperimentale dell'efficienza e dell'irraggiamento Spot del doppietto acromatico su vetro (ADG) lente di Fresnel per fotovoltaico a concentrazione

1. lente modellazione mediante simulazione di Ray-Tracing preparazione del modello importazione ADG Fresnel geometria lente nel software di simulazione di ray-tracing e impostare proprietà quali trasmittanza e Indice di rifrazione. Nota: Il design di Fresnel ADG è stato sviluppato presso l’Istituto di energia solare e si compone di codice di computer basate su principi di base ottica quali Fermat ' s principio e Snell ' legge s. Curve di dispersione dei materiali che compongono la lente sono state usate per sviluppare il metodo di progettazione. Una descrizione dettagliata del metodo di progettazione è presentata altrove 4. Impostare una sorgente luminosa con proprietà reali di sole come apertura angolare e distribuzione spettrale. Inserire un ricevitore ad una distanza dalla lente pari alla distanza focale nominale. Figura 1. Screenshot del modello di simulazione di ray-tracing. È possibile osservare la fonte di luce, la lente di Fresnel ADG (comprendente il substrato di vetro, l’elastomero e la lente di Fresnel bi plastica) e i ricevitori utilizzati per misurare l’irradianza presso l’apertura dell’obiettivo (ricevitore lente) e irraggiamento all’uscita (solare ricevitore delle cellule). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. eseguire la simulazione e calcolare i risultati desiderati, come ad esempio la massima efficienza raggiungibile concentrazione e lente ottica. Concentrazione raggiungibile è definita come il rapporto tra l’apertura dell’obiettivo ottico e la zona del ricevitore dove viene eseguito il cast sul posto. Efficienza ottica è definita come il rapporto tra la potenza che il ricevitore e la potenza che la lente apertura ottica 10. Nota: La zona del ricevitore è molto più grande lo spot luminoso gettato dalla lente al fine di garantire che il ricevitore raccoglie tutti i raggi trasmessi dalla lente. In questo modo, l’efficienza ottica calcolata tenendo conto delle perdite a causa di assorbimento di materiali, riflessione e produzione di vincoli (gli angoli di sformo e punta di arrotondamento in angolo e valli). Ripetere i passaggi da 1.1. e 1.2. simulando un convenzionale del silicone su vetro (SoG) Fresnel invece di una lente di Fresnel ADG per essere utilizzato come punto di riferimento. 2. Caratterizzazione di celle solari Figura 2. Simulatore solare per celle solari concentratore. Fotografia del simulatore solare utilizzato per caratterizzare le cellule solari sotto irraggiamento concentrato. Nella parte superiore della figura, è possibile osservare la lampada cui posizione determina il livello di concentrazione. Sul fondo, viene mostrato il piano di misurazione con celle solari di riferimento componente e DUT. Sulla sinistra della fotografia, è possibile apprezzare le apparecchiature elettroniche (alimentazione e DAQ) e il computer utilizzato per eseguire la caratterizzazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Calibrazione del simulatore solare per la caratterizzazione di celle solari posto all’interno del simulatore solare le celle di componente di riferimento (alto, medio e basso), note anche come isotipi, che sono stati calibrati in un riferimento spettro e l’apparecchio in prova (DUT), vale a dire, la cella solare da misurare. Nota: Inserire le celle di riferimento e DUT vicini possibile al fine di ridurre possibili errori dovuti a illuminazione non uniforme sul piano della misurazione. Regolare la lampada flash (altezza) di posizionamento al fine di raggiungere il livello desiderato di concentrazione. Ulteriore la lampada è dalla misurazione aereo, più bassa la concentrazione raggiunta. La distribuzione spettrale dipende dalla posizione della lampada e l’intensità del flash. Aggiungere i filtri necessari per regolare la distribuzione spettrale. La procedura per ottenere una distribuzione simile allo spettro di riferimento è descritto al punto 2.2.1. Collegare l’isotipi e DUT alla scheda di acquisizione dati (DAQ) del simulatore solare. Utilizzando un editor di testo, creare un file di testo contenente i valori di polarizzazione da essere utilizzato nella misurazione del curva di cella corrente-tensione (IV). Il file di testo contiene una riga per ogni punto di tensione. Più punti di tensione comportare la definizione di curva superiore. Dal momento che tutte le celle solari coinvolte sono MJ celle solari, i valori di polarizzazione sono costituiti da valori compresi tra 0 V e 3.1 V. Misure l’intensità della luce in tutto il deperimento flash ha un picco iniziale e poi inizia a diminuire ( Figura 3). La distribuzione spettrale della luce viene anche modificata durante l’impulso di flash. Una convenzionale cella solare MJ è composto di tre sub-cellule con diversi bandgaps che sono collegati in serie. Ogni sub-cellulare può convertire energia elettrica in una parte diversa dello spettro solare. Di conseguenza, la corrente generata dalla cella solare MJ è sempre limitata dalla Sub-cellula producendo meno corrente. Per eseguire una misurazione accurata, selezionare un livello di irraggiamento dove entrambi isotipi, corrispondente alla parte superiore e centrale sotto-celle, indicano esattamente lo stesso livello di irraggiamento. Questo conferma che la cella è misurata sotto il livello di concentrazione di destinazione e lo spettro. Può essere trascurato il fatto che il livello di irraggiamento indicato dalla cella secondaria inferiore non è coincidente. Questo è perché commerciali basati su Ge MJ celle solari non sono mai corrente limitata di questo sub-cellulare. Figura 3 raffigura una spiegazione grafica di questa procedura. Una volta il livello di irraggiamento desiderata per la misura è identificato, avviare il test di IV. Il simulatore legge polarizzazione punti dal file di testo definito nel passaggio 2.1.4.; per ogni punto, le attrezzature polarizza la cellula alla tensione desiderata, fa scattare il flash e misura la corrente generata dalla cella solare. La coppia di valori di corrente e tensione, che è la curva IV, viene visualizzata sullo schermo del computer. Nota: Dalla curva IV, è possibile ottenere la corrente di cortocircuito (I sc), aprire la tensione a vuoto (V oc), fattore di riempimento (FF) e l’efficienza del DUT (anche se nelle prossime sezioni, viene utilizzata solo la corrente di corto circuito). Ripetere passo 2.2.2. a diversi livelli di concentrazione per verificare che la cella solare corrente fotoelettrica dipende linearmente dalla concentrazione livello (vedere la Figura 4) e, quindi, la cellula calibrata può essere utilizzata come un sensore di luce per determinare l’irradianza sul piano focale della lente. Per ogni livello di concentrazione, regolare la distribuzione spettrale della luce flash utilizzando filtri appropriati al fine di eseguire misurazioni quando sia isotipi, top e sub-cellule centrale, indicano lo stesso livello di irraggiamento, come spiegato al punto 2.2.1. Figura 3. Evoluzione nel tempo delle grandezze misurate durante il decadimento di flash. Nel grafico è stato contrassegnato l’istante quando le cellule di isotipo, corrispondente alla parte superiore e centrale sotto-celle, misurano il livello di irraggiamento stesso. Seguendo la linea tratteggiata nera che inizia dall’intersezione delle curve corrispondenti a top e middle subcells, è possibile identificare il valore corrente di DUT (cerchio nero) come la corrente misurata nel momento preciso in cui riferimento superiore e medio le sub-cellule vedere lo stesso livello di irraggiamento. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 4. (A) schema della configurazione utilizzata per eseguire prove sperimentali. (B) fotografia di apparato sperimentale e suoi componenti (sorgente luminosa con l’integrazione di sfera, lente campione, telecamera CCD e celle solari utilizzati come sensori di luce). Lo specchio parabolico e filtri non sono visibili in questa fotografia. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. 3. caratterizzazione della lente. Figura 5. Grafico che rappresenta l’evoluzione della fotocorrente generata da una cella solare MJ in funzione della concentrazione. Come previsto, c’è una dipendenza lineare. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Setup preparazione. Monte 3-assi automatizzati piattaforma di posizionamento: una piattaforma mobile assistita computer in grado di controllare con precisione la posizione relativa tra la cella solare calibrato/CCD fotocamera e la lente da misurare. Controllare che la piattaforma di posizionamento automatizzato 3-assi sia perfettamente orizzontale utilizzando una livella a bolla. Montare il cella solare/CCD fotocamera supporto sulla piattaforma ' s titolare in movimento in modo che è possibile controllare la sua posizione lungo assi x, y e z. Montare il supporto della piattaforma davanti al titolare del movimento descritto al punto 3.1.2. Utilizzando il movimento titolare su x e y assi, è possibile centrare perfettamente l’obiettivo per quanto riguarda l’obiettivo di macchina fotografica di cella solare/CCD. Spostando il titolare lungo l’asse z, è possibile porre l’obiettivo di macchina fotografica di cella solare/CCD nel punto focale ottimo della lente (dimensione minima macchia) e spostarlo lungo l’asse ottico. Collegare ogni dispositivo (piattaforma di posizionamento automatizzato, scheda di acquisizione dati per misurare la corrente fotoelettrica delle cellule, la telecamera CCD e la lampada allo xeno) per il computer utilizzato per eseguire l’intero test sperimentali. Verifica la connessione e il funzionamento di tutti i dispositivi connessi. Aprire il software che controlla il simulatore solare per CPV e premere il pulsante " impulso di luce " per poter sparare un flash. Se il grafico di decadimento flash appare simile alla Figura 3, significa che la scheda DAQ, lampada allo xeno, isotipo subcells e DUT funzionino correttamente. Aprire il software di controllo della telecamera CCD per verificare che la fotocamera funzioni correttamente. Aprire il software che controlla la piattaforma di mobile computer assistita e utilizzarlo per spostare il supporto movimento lungo i tre assi. Per fare l’operazione, seleziona un asse tra gli assi elencati nella parte superiore sinistra della finestra del software, quindi inserire una posizione in " spostamento assoluto " e impulso " eseguire ". Se il supporto di movimento si sposta come previsto, vuol dire che la piattaforma mobile sta funzionando correttamente. Pulite e posto l’obiettivo deve essere misurata sul supporto fisso montato sulla piattaforma di posizionamento automatizzata. Nella parte anteriore del sensore, posto sia uno specchio caldo (filtro passa-breve blocco luce cui lunghezza d’onda è più di 700 nm) o uno specchio freddo (lungo passare luce blocco filtro cui lunghezza d’onda è inferiore a 700 nm). Nota: Il passaggio 3.1.7. è necessario solo per le misurazioni con la telecamera CCD. Usare il supporto mobile per centrare la telecamera/celle solari per quanto riguarda l’obiettivo e posizionarlo nel punto focale ottimo. Utilizzando qualsiasi editor di testo, creare un file di testo contenente tutte le linee le coordinate corrispondenti a un punto di misura (una certa distanza lente–ricevente) a partire da una posizione della cella/CCD telecamera 5 mm più vicino all’obiettivo rispetto alla distanza focale ottima e fino ad una posizione ulteriormente 5 mm. Fase di misurazione misure di celle solari Nota: nello stesso modo come il simulatore solare per pannelli solari descritto nella sezione precedente, l’intensità della luce e la distribuzione spettrale del simulatore solare per CPV cambia durante il decadimento di flash. La rappresentazione grafica del decadimento flash è simile a quello ottenuto con il simulatore solare per celle concentratore descritto al punto 2.2.1. e raffigurato in Figura 3. C’è un picco iniziale e poi diminuisce. Le modifiche di distribuzione spettrale della luce in tutto il deperimento di flash. La misurazione viene eseguita al momento dove entrambi isotipi, corrispondente alla parte superiore e sub-cellule centrale, indicano il livello di irraggiamento stesso. Nota: Contrariamente al caso del simulatore solare per pannelli solari in questo caso l’unico controllo che abbiamo sopra il livello di irraggiamento è l’intensità della luce flash e filtri neutri una volta che il livello di irraggiamento ottimale è stato identificato, è possibile iniziare il prova. Per ogni posizione definita al punto 3.1.9., innescare la luce del flash. Il simulatore genera quindi un file di testo contenente dati segnali in tutto il deperimento flash da cui è possibile dedurre la cella solare attuale generazione sotto la luce concentrata dalla lente. Ripetere i passaggi da 3.1.7. a 3.2.1.3. per ogni obiettivo misurabile. Misure della camera CCD per ogni posizione definita in 3.1.9., usando la telecamera CCD, scattare una fotografia della luce generata spot. Nota: Il sensore CCD della fotocamera accoppiato con uno specchio caldo o freddo ha una risposta spettrale simile alla parte superiore e la Sub-cella centrale, rispettivamente (vedere la Figura 6). Inoltre, al fine di ottenere fotografie con informazioni utili, è necessario prendere alcune precauzioni. In primo luogo, l’intensità della luce del flash deve essere regolato al fine di ottenere un buon rapporto segnale-rumore e, allo stesso tempo, non saturare il sensore CCD. A tale scopo, è possibile modificare direttamente l’intensità del flash o utilizzare filtri neutri per ottenere il livello desiderato di irradianza. In secondo luogo, è importante che la camera di simulatore è completamente al buio per evitare l’influenza delle fonti di luce esterne su misurazioni. Misure di temperatura posizionare la lente per essere misurata insIDE la camera termica utilizzata per controllare la temperatura della lente durante il test. Nella camera termica, variare la temperatura di lente da 10 ° C a 50 ° C con passi pari a 10 ° C. A tale scopo, posizionare le lenti all’interno della camera termica con una copertura trasparente frontale. Eseguire la misurazione per diverse temperature usando la telecamera CCD nello stesso modo descritto in 3.2.2.1. Nota: La temperatura della lente in fase di test è misurata direttamente attraverso termocoppie collegate ad esso. La differenza di temperatura su tutta la superficie di lenti è inferiore a 2 ° C. Figura 6. Risposta spettrale (SR) del sensore di silicio della fotocamera CCD filtrato da uno specchio freddo o un bicchiere di calore (punti vuoti) per simulare il SR delle Sub-cellule middle e top di una 3 J grata-abbinato cella solare (puntini solido). Questa figura è stata modificata da 10. l’elaborazione dei risultati ottenuti con la cella solare misura. Calibrato utilizzando componenti delle cellule di isotipo per riferimento, determinare la fotocorrente generata dalle sub-celle superiore e centrale della cella solare utilizzato come un sensore di luce per ogni posizione (per una discussione dettagliata su come stimare superiore e medio photocurrents dai segnali registrati durante il decadimento flash vedere 11). Disegnare un grafico che rappresenta la corrente fotoelettrica approssimata in funzione della distanza lente–ricevente per top e middle Sub-cellule. Confrontare i risultati ottenuti con la lente di Fresnel ADG acromatica con quello della lente SoG Fresnel. L’elaborazione dei risultati ottenuti con misurazione della fotocamera CCD. Identificare il centroide della luce nelle fotografie scattate con la fotocamera CCD. Nota: Il " centroide della luce " di una mappa di irradianza distribuzione è il centro della zona in cui il livello di irraggiamento è superiore al 90% dell’irradianza massima della mappa. Una volta identificato il centroide spot, definire un numero di possibili raggi e, per ciascuno di essi, calcolare la percentuale di luce contenute all’interno del cerchio per quanto riguarda l’irradianza totale contenuta nella fotografia. Calcolare il raggio. Essa è definita come il raggio contenente il 95% dell’irraggiamento totale. Nota: Un valore di 95% è stato scelto al fine di evitare un spot artificialmente grande a causa del rumore causato dalla luce procedendo da fonti esterne, cioè, diretto dalla lampada allo xeno o luce dall’ambiente circostante. Ripetere i passaggi di elaborazione da 3.4.1. a 3.4.3. per le misure con uno specchio di piatti caldo e freddo. Tracciare un grafico che rappresenta il diametro del punto luce in funzione della distanza lente–ricevente rispetto alla posizione ottima (dimensione minima macchia) per luce rossa e blu (hot mirror e misure specchio freddo, rispettivamente).