Interior Evaluación Experimental de la eficiencia y el punto de irradiación de la doblete acromático en vidrio (ADG) lente de Fresnel para concentrar la energía solar fotovoltaica

1. lente de modelización mediante simulación de Ray-Tracing preparación de modelo importación ADG Fresnel lente geometría en software de simulación de ray-tracing y configurar propiedades de los materiales tales como transmitancia y Índice de refracción. Nota: El diseño de Fresnel del GDP ha sido desarrollado en el Instituto de energía Solar y se compone de código de computadora basado en los principios básicos de la óptica como Fermat ' principio s y Snell ' Ley s. Curvas de dispersión de los materiales que componen el objetivo se han utilizado para desarrollar el método de diseño. Una descripción detallada del método de diseño se presenta en otros lugares 4. Configurar una fuente de luz con propiedades de real del sol como apertura angular y distribución espectral. Colocar un receptor a una distancia de la lente igual a la distancia focal nominal. figura 1. Captura de pantalla del modelo de simulación de trazado de rayos. Es posible observar la fuente de luz, la lente de Fresnel de GDP (que comprende el substrato de cristal, el elastómero y la lente de Fresnel bi plástico) y los receptores usados para medir la irradiancia en la apertura del objetivo (receptor de la lente) y la irradiancia en la salida (solar receptor de la célula). haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. ejecutar la simulación y calcular resultados deseados como la posible concentración y lente óptica eficiencia máxima. Concentración alcanzable se define como la relación entre la apertura óptica de la lente y el área del receptor donde se proyecta el lugar. Eficiencia óptica se define como el cociente entre la potencia en el receptor y la potencia en la lente abertura óptica 10. Nota: El área del receptor es mucho mayor que el punto de luz emitidos por la lente para garantizar que el receptor recoge cada rayo transmitida por la lente. De esta manera, la eficiencia óptica calculada tiene en las pérdidas de la cuenta debido a la absorción de materiales, la reflexión y la fabricación de restricciones (proyecto ángulos y punta de redondeo de la esquina y valles). Repetir los pasos 1.1. y 1.2. simulando una silicona en vidrio convencional (SoG) Fresnel en lugar de una lente de Fresnel de ADG para ser utilizado como punto de referencia. 2. Caracterización de células solares figura 2. Simulador solar de concentrador de células solares. Fotografía del simulador solar utilizado para caracterizar las células solares bajo irradiación concentrada. En la parte superior de la figura, es posible observar la lámpara cuya posición determina el nivel de concentración. En la parte inferior, se muestra el plano de medición con referencia componente de células solares y el DUT. A la izquierda de la fotografía, es posible apreciar el equipo electrónico (DAQ y fuente de alimentación) y el equipo utilizado para realizar la caracterización. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Calibración del simulador solar para caracterización de células solares lugar en el simulador solar las células del componente referencia (superior, medio e inferior), también conocidas como isotipos, que fueron calibrados bajo una referencia espectro y el dispositivo bajo prueba (DUT), es decir, la célula solar se mide. Nota: Coloque las celdas de referencia y DUT tan juntos como sea posible con el fin de reducir posibles errores debido a iluminación no uniforme en el plano mide. Ajustar la lámpara de flash posicionamiento (altura) para alcanzar el nivel de concentración deseado. Cuanto más la lámpara es de medición plano, menor será la concentración alcanzada. La distribución espectral depende de la posición de la lámpara y la intensidad del flash. Añadir los filtros necesarios para ajustar la distribución espectral. El procedimiento para obtener una distribución similar al espectro de referencia se describe en el paso 2.2.1. Conectar los isotipos y DUT a la tarjeta de adquisición de datos (DAQ) del simulador solar. Con un editor de texto crear un archivo de texto que contiene los valores de polarización para ser utilizado en la medición de curva de célula corriente-voltaje (IV). El archivo de texto contiene una línea por cada punto de tensión. Más puntos de tensión resultan en mayor definición de la curva. Puesto que todas las células solares implicadas son células solares MJ, los valores de polarización se componen de valores entre 0 V y 3.1 V. Medidas la intensidad de la luz a lo largo de la decadencia de flash tiene un pico inicial y luego empieza a disminuir ( figura 3). La distribución espectral de la luz también se modifica a lo largo del pulso del flash. Una célula convencional de solar MJ está compuesto por tres sub-células con bandgaps diferentes que están conectados en serie. Cada celda secundario puede convertir energía eléctrica en una parte diferente del espectro solar. Por lo tanto, la corriente generada por la célula solar MJ siempre está limitada por la sub célula produciendo menos actual. Para realizar una medición precisa, seleccione un nivel de irradiancia donde ambos isotipos, correspondiente a la parte superior y medianas sub células, indican exactamente el mismo nivel de irradiancia. Esto confirma que la célula se mide bajo el nivel de concentración y espectro. Se puede descuidar el hecho de que el nivel de irradiancia indicado la celda secundario inferior no es coincidente. Esto es porque comercial de células solares basados en Ge MJ nunca actual limitada por este celular sub. figura 3 muestra una explicación gráfica de ello. Una vez el nivel de radiación deseado para la medida es identificada, iniciar la prueba IV. El simulador Lee puntos de polarización desde el archivo de texto definido en el paso 2.1.4.; para cada punto, el equipo polariza la célula en el voltaje deseado, dispara el flash y mide la corriente generada por la célula solar. El par de valores de corriente y voltaje, que es la curva IV, se muestra en la pantalla del ordenador. Nota: Desde la curva IV, es posible obtener la corriente de cortocircuito (I sc), abierto el voltaje del circuito (V oc), factor de llenado (FF) y la eficiencia de la DUT (aunque en las siguientes secciones, se utiliza sólo la corriente de corto circuito). Repetir paso 2.2.2. a niveles de concentración diferentes para comprobar que la fotocorriente de célula solar depende linealmente de la concentración de nivel (ver figura 4) y, por lo tanto, la célula calibrada puede ser utilizada como un sensor de luz para determinar la radiación en el plano focal de la lente. Para cada nivel de concentración, ajustar la distribución espectral de la luz del flash utilizando filtros adecuados para realizar mediciones cuando ambos isotipos, tapa y medianas sub células, indican el mismo nivel de irradiación, como se explica en el paso 2.2.1. figura 3. Tiempo de evolución de las magnitudes medidas durante el decaimiento de flash. En el gráfico se ha marcado el instante cuando las células del isotipo, correspondiente a la parte superior y medianas sub células, medir el mismo nivel de irradiancia. Siguiendo la línea punteada negra que empieza desde la intersección de las curvas correspondientes a la parte superior y mediados subcells, es posible identificar el valor actual del DUT (círculo negro) como la corriente medida en el momento preciso en que referencia superior y medio las células ven el mismo nivel de irradiancia. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. figura 4. (A) esquema de la configuración utilizada para llevar a cabo pruebas experimentales. (B) fotografía de la instalación experimental y sus componentes (fuente de luz con integración de esfera, muestra de lente, cámara CCD y células solares utilizadas como sensores de luz). El espejo parabólico y los filtros no son visibles en esta fotografía. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. 3. Caracterización de la lente. figura 5. Gráfico que representa la evolución de photocurrent generada por una célula solar MJ en función de la concentración. Como era de esperar hay una dependencia lineal. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Preparación de la configuración. 3-ejes de montaje automatizado posicionamiento plataforma: una plataforma móvil asistida de la computadora capaz de controlar con precisión la posición relativa entre la célula solar calibrada/CCD cámara y el objetivo a ser medido. Compruebe que la plataforma de posicionamiento automatizado de 3-ejes es perfectamente horizontal utilizando un nivel de burbuja. La célula solar/CCD cámara con soporte de montaje en la plataforma ' s mover el soporte de tal manera que es posible controlar su posición a lo largo de x, y y z ejes. Montar el soporte de la lente en la plataforma de delante el soporte móvil descrito en el paso 3.1.2. Utilizando el soporte móvil en x e y ejes, es posible centrar perfectamente el objetivo en relación con el objetivo de la cámara de célula solar/CCD. Mover el soporte a lo largo del eje z, es posible colocar el objetivo de la cámara de célula solar/CCD en el óptimo punto focal de la lente (tamaño de punto mínimo) y moverlo a lo largo de su eje óptico. Conecte todos los dispositivos (plataforma de posicionamiento automático, tablero DAQ para medir la fotocorriente de celular, cámara CCD y lámpara de xenón) a la computadora utilizada para realizar la prueba experimental todo. Prueba de la conexión y operación de todos los dispositivos conectados. Abra el software que controla el simulador solar de CPV y presione el botón de " pulso de luz " para disparar un flash. Si la gráfica de decaimiento flash es similar a la figura 3, significa que junta DAQ, lámpara de xenón, subcells de isotipo y DUT funcionan correctamente. Abra el software de control de la cámara para comprobar que la cámara está trabajando correctamente. Abra el software de control de la plataforma móvil asistida por computadora y utilizarla para mover el soporte móvil a lo largo de los tres ejes. Hacerlo así, seleccionar un eje entre los ejes enumerados en la parte superior izquierda de la ventana del software, a continuación introduzca una posición en " absoluto de movimiento " y pulso " ejecutar ". Si el soporte móvil se mueve como se esperaba, significa que la plataforma móvil está trabajando correctamente. Limpio y lugar de la lente a medir en el soporte fijo montado en la plataforma de posicionamiento automatizada. En frente del sensor, coloque un espejo bien caliente (corto-pass filtro bloqueo luz cuya longitud de onda es superior a 700 nm) o un espejo frío (pase largo luz bloqueo del filtro cuya longitud de onda es inferior a 700 nm). Nota: Paso 3.1.7. es necesario sólo para mediciones utilizando la cámara del CCD. Use el soporte móvil al centro de la célula solar/CCD cámara con respecto a la lente y colóquelo en el punto focal óptima. Con cualquier editor de texto, cree un archivo de texto que contiene en cada línea las coordenadas correspondientes a un punto de medida (una lente-receptor distancia) a partir de una posición de la celda/cámara 5 mm más cercano a la lente que la distancia focal óptima y hasta una posición más de 5 mm. Fase de medición célula Solar medidas Nota: en la misma forma que el simulador solar para las células solares se describe en la sección anterior, la intensidad de la luz y la distribución espectral del simulador solar para CPV cambios a lo largo de la decadencia de flash. La representación gráfica del decaimiento flash es similar a la obtenida con el simulador solar de concentrador de oxígeno las células que se describe en el paso 2.2.1. y representado en la figura 3. Hay un pico inicial y luego disminuye. Los cambios de la distribución espectral de la luz a lo largo de la decadencia de flash. La medición se realiza en el momento donde ambos isotipos, correspondiente a la parte superior y medianas sub células, indican el mismo nivel de irradiancia. Nota: Al contrario el caso del simulador solar para las células solares en este caso el único control que tenemos sobre el nivel de radiación es la intensidad de la luz flash y filtros neutrales una vez que se ha identificado el nivel de radiación óptima, es posible comenzar la prueba. Para cada posición definida en el paso 3.1.9., activar la luz del flash. El simulador genera un archivo de texto que contiene las señales de datos a lo largo de la decadencia de flash de la que es posible deducir célula solar generación actual bajo luz concentrada por el objetivo. Repetir los pasos de 3.1.7. a 3.2.1.3. para cada objetivo a ser medido. Medición de cámara CCD para cada posición definida en 3.1.9., mediante la cámara CCD, tomar una fotografía de la luz generada lugar. Nota: El sensor de CCD de la cámara junto con un espejo frío o caliente tiene una respuesta espectral similar a la parte superior y media celda secundario, respectivamente (ver figura 6). Además, para obtener fotografías con información útil, es necesario tomar algunas precauciones. En primer lugar, se debe ajustar la intensidad de la luz del flash para obtener una buena relación señal a ruido y, al mismo tiempo, no sature el sensor CCD. Para ello, es posible modificar directamente la intensidad del flash o usar filtros neutros para obtener el nivel deseado de la irradiación. En segundo lugar, es importante que la cámara del simulador está completamente a oscuras para evitar la influencia externas de fuentes de luz en las mediciones. Medidas de la temperatura Coloque la lente para ser medida insIDE la cámara térmica utilizada para controlar la temperatura de la lente durante el test. Uso de la cámara térmica, variar la temperatura de la lente de 10 ° C a 50 ° C con pasos iguales a 10 ° C. Para ello, coloque las lentes en una cámara térmica con una tapa frontal transparente. Realizar medición de diferentes temperaturas, utilizando la cámara del CCD de la misma manera descrita en 3.2.2.1. Nota: La temperatura de la lente de prueba se mide directamente a través de termopares que conectados a él. La diferencia de temperatura entre la superficie de las lentes es menor que 2 ° C. figura 6. Respuesta espectral (SR) del sensor CCD cámara silicio filtrado por un frío espejo o un vidrio de calor (puntos vacíos) para simular el SR de las células sub centrales y superiores de una 3 J emparejado por el enrejado de la célula solar (sólidos puntos). Esta figura se ha modificado de 10. procesamiento de resultados obtenidos con la celda solar medida. Calibrado usando componentes de la célula de isotipo para la referencia, determinar el photocurrent generada por las células de secundario superior y medianas de la célula solar que se utiliza como un sensor de luz para cada posición (para una discusión detallada sobre cómo calcular la parte superior y media photocurrents de las señales registradas durante el decaimiento de flash consulte 11). Dibujar un gráfico que representa la fotocorriente aproximada en función de la distancia de la lente-receptor para la tapa y medianas células sub. Comparar los resultados obtenidos con la lente de Fresnel acromática ADG de la lente de SoG Fresnel. Procesamiento de resultados obtenidos con la medición de la cámara de CCD. Identificar el centroide de la luz en las fotografías tomadas con la cámara CCD. Nota: El " centroide de luz " de un mapa de irradiancia distribución es el centro de la zona cuyo nivel de radiación está por encima de 90% de la irradiancia máxima del mapa. Una vez se identifica el punto centroide, definir una serie de radios posibles y, para cada uno, calcular el porcentaje de luz contenido dentro del círculo con respecto a la radiación total contenida en la fotografía. Calcular el radio de la mancha. Se define como el radio que contiene 95% de la irradiación total. Nota: Se ha elegido un valor de 95% para evitar una mancha artificial grande debido al ruido causado por la luz procedente de fuentes externas, es decir, directo de la lámpara de xenón de luz o desde el entorno. Repita los pasos del procesamiento de 3.4.1. a 3.4.3. para las medidas con un espejo frío y caliente. Una gráfica que representa el diámetro de punto de luz en función de la distancia del lente al receptor respecto a la posición óptima (mínimo tamaño del punto) para la luz azul y roja (caliente espejo y medidas espejo frío, respectivamente).