Verimlilik ve fotovoltaik konsantre için cam (ADG) Fresnel Lens üzerinde akromatik eş fincan olma kapalı deneysel değerlendirilmesi

1. lens Ray-Tracing simülasyon kullanarak modelleme Model hazırlık alma ADG Fresnel lens geometri ray-tracing simülasyon yazılımı ve geçirgenliği gibi malzeme özelliklerini ayarlamak ve Kırılma indisi. Not: Güneş Enerji Enstitüsü ADG Fresnel tasarım geliştirilmiş ve Fermat gibi temel optik ilkelere dayalı bilgisayar kodu oluşur ' s prensip ve Snell ' s hukuk. Dağılımı eğrileri objektif beste malzemelerin tasarım yöntemi geliştirmek için kullanılmaktadır. Tasarım yöntemi ayrıntılı bir açıklamasını başka bir yerde 4 sundu. Bir ışık kaynağı ile açısal diyafram ve spektral dağıtım gibi güneşin gerçek özellikleri ayarlayın. Objektif bir mesafede bir alıcı nominal odak uzaklığı eşit yerleştirin. şekil 1. Işın İzlemeli simulasyon modeli ekran görüntüsü. Işık kaynağı, (cam alt katman, elastomer ve plastik BI-Fresnel lens oluşan) ADG Fresnel lens ve olma objektif diyafram (objektif alıcı) ve çıkış (güneş olma ölçmek için kullanılan alıcıları gözlemlemek mümkündür hücre alıcı). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. benzetim çalıştırın ve maksimum ulaşılabilir konsantrasyon ve objektif optik verimlilik gibi istenen sonuçları hesaplamak. Ulaşılabilir konsantrasyon objektif optik diyafram ve spot nerede döküm alanı alıcı arasındaki oranı olarak tanımlanır. Optik verimliliği alıcı, güç ve güç objektif optik diyafram 10 arasındaki oranı olarak tanımlanır. Not: Alıcı çok alıcının lens tarafından iletilen her ışın toplar sağlamak için objektif tarafından döküm ışık spot daha büyük alanıdır. Bu şekilde, hesap kayıp malzemeleri emme, yansıma ve kısıtlamaları (taslak açı ve köşe ve vadiler yuvarlama ipucu) üretim nedeniyle hesaplanan optik verimliliği alır. Tekrar adımları 1.1. ve 1.2. kriter olarak kullanılmak üzere bir geleneksel silikon cam (SoG) Fresnel ADG Fresnel lens yerine simüle. 2. Güneş pili karakterizasyonu Şekil 2. Güneş simülatörü yoğunlaştırıcı güneş hücreleri için. Güneş hücreleri konsantre olma altında karakterize etmek için kullanılan güneş simülatörü fotoğraf. Şekil üstünde olan pozisyon konsantrasyon düzeyini belirler lamba gözlemlemek mümkündür. Alt başvuru bileşen güneş hücreleri ve DUT ölçüm uçakla gösterilir. Fotoğrafın sol tarafta, elektronik donanımları (güç kaynağı ve DAQ) ve karakterizasyonu gerçekleştirmek için kullanılan bilgisayar takdir mümkündür. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Kalibrasyon güneş pili karakterizasyonu için güneş simülatörü yer içinde güneş simülatörü bir başvuru altında kalibre isotypes olarak da bilinen başvuru bileşen hücreleri (üst, orta ve alt) spektrum ve cihazın test (DUT), diğer bir deyişle, güneş ölçülecek pili altında. Not: hücrelere başvurma ve DUT yakın birlikte üniform olmayan aydınlatma, ölçme uçak nedeniyle olası hataları azaltmak için koymanız. (Yükseklik) konsantrasyon istenen seviyeye ulaşmak için konumlandırma flash lamba ayarlayın. Daha lamba olduğunu ölçme üzerinden uçak, elde düşük konsantrasyon. Spektral dağıtım lamba ve flash yoğunluğu konumuna bağlıdır. Spektral dağıtım ayarlamak için gerekli filtreleri ekleyin. Bir dağıtım için başvuru spektrum benzer elde etmek için bu yordamı 2.2.1. adımda anlatılan. İsotypes ve DUT güneş simülatörü veri alma (DAQ) kartına takın. Bir metin düzenleyicisi kullanarak hücre akım-gerilim (IV) eğrisi ölçüm içinde kullanılmak üzere polarizasyon değerleri içeren bir metin dosyası oluşturun. Metin dosyasının gerilim noktası başına bir satır içerir. Daha fazla voltaj puan daha yüksek eğrisi tanımında neden. Dahil güneş hücreleri MJ güneş hücreleri olduğundan, değer 0 V ve V. 3.1 arasında polarizasyon değerleri oluşuyor Ölçümleri flaş çürüme boyunca ışık şiddeti ilk bir tepe vardır ve o zaman ( şekil 3) azalmaya başlar. Işık tayf dağıtım flash nabız da değiştirilir. Geleneksel bir MJ güneş pili ile seri bağlı farklı bandgaps üç alt hücre oluşur. Her alt hücre elektrik güneş spektrum farklı bir kısmını dönüştürebilirsiniz. Bu nedenle, MJ güneş pili tarafından oluşturulan mevcut her zaman en az geçerli üreten alt hücre tarafından sınırlıdır. Doğru bir ölçüm gerçekleştirmek için nerede tam olarak aynı olma düzeyi Orta alt hücreleri ve üst için karşılık gelen her iki isotypes göstermek bir olma düzeyi seçin. Bu hücreyi hedef toplama düzeyi ve spektrum altında ölçülür onaylar. Alt alt hücre tarafından belirtilen olma düzeyi rastlantısal değildir aslında ihmal. Ticari Ge tabanlı MJ güneş pilleri asla bu alt hücre geçerli sınırlı olmasıdır. şekil 3 gösteriyor bu yordamı grafik açıklaması. Bir kez istenen olma düzeyi ölçümü için tanımlanır, IV test başlatın. 2.1.4. adımda tanımlanan metin dosyasından polarizasyon Puan simülatör okur.; her noktası için ekipman hücre istenen gerilim, polarizes, flaş tetikler ve güneş pili tarafından oluşturulan akım ölçer. IV eğri olduğunu, akım ve gerilim değerleri çifti bilgisayar ekranında görüntülenir. Not: IV eğrisi elde etmek mümkün kısa devre akımı (Ben sc), voltaj (V oc), doldurma faktörü (FF) ve DUT verimliliğini açma (yalnızca kısa devre akımı sonraki bölümlerde kullanılır rağmen). Tekrarlama adım 2.2.2. güneş pili photocurrent doğrusal olarak konsantre bağlı kontrol etmek için farklı konsantrasyon düzeylerde düzeyinde (bkz. şekil 4) ve dolayısıyla, kalibre edilmiş hücre için bir ışık sensörü olarak kullanılabilir objektif odak düzlemi, olma belirlemek. Ölçümleri gerçekleştirmek için uygun filtreler kullanarak flaş ışığı spektral dağıtımını her konsantrasyon düzeyini ayarlamak ne zaman isotypes, üst ve orta alt hücreleri belirtmek aynı olma düzeyi adım 2.2.1 açıklandığı gibi. şekil 3. Zaman flash çürüme boyunca ölçülen büyüklükleri evrimi. Üst ve orta alt hücreleri, karşılık gelen izotip hücreleri aynı olma düzeyi ölçüldüğünde grafik üzerinde o an işaretlenmiş. Üst ve orta subcells için karşılık gelen eğrilerin kesişim başlayan siyah Kesikli çizgi, kesin bir zaman hangi üst ve orta referans olarak ölçülen geçerli olarak DUT geçerli değeri (Siyah Daire) tanımlamak mümkündür alt hücreleri bkz: aynı olma düzeyi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. şekil 4. Deneysel test dışarı taşımak için kullanılan kurulum şeması (a). (B) fotoğraf deneysel kurulum ve parçalarının (entegre Küre, objektif örnek, CCD kamera ve güneş ışık sensörleri kullanılan hücre ile ışık kaynağı). Parabolik ayna ve filtreler bu fotoğrafta görünür değildir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. 3. lens karakterizasyonu. şekil 5. Konsantrasyonu bir fonksiyonu olarak bir MJ güneş pili tarafından oluşturulan photocurrent evrimi temsil eden grafik. Beklendiği gibi doğrusal bir bağımlılık yoktur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Kurulum hazırlığı. Dağı 3-eksen otomatik konumlandırma platformu: bir bilgisayar destekli hareketli platform doğru kalibre edilmiş güneş pili/CCD kamera ve lens ölçülecek arasında göreli konumu kontrol edebilmek. 3-eksen otomatik konumlandırma platformu mükemmel bir kabarcık düzeyi kullanarak yatay olup olmadığını denetleyin. Güneş pili/CCD fotoğraf makinesi desteği platformda mount ' x, y ve z eksenleri boyunca konumunu kontrol etmek mümkün şekilde tutucu hareket s. Platformu 3.1.2. adımda anlatılan hareketli tutucu önünde lens desteğinde bağlayın. Hareketli tutucu kullanarak x ve y eksenleri, mükemmel objektif güneş pili/CCD kamera amacı ile ilgili olarak ortalamak mümkündür. Tutucu z ekseni boyunca hareket, güneş pili/CCD kamera objektif lens (en küçük nokta boyutu) en uygun odak noktasında yerleştirmek için ve onun optik eksen boyunca taşımak için mümkün mü. Her aygıt (otomatik konumlandırma platformu, hücre photocurrent, CCD kamera ve ksenon lamba ölçmek için DAQ kurulu) tüm deneysel test gerçekleştirmek için kullanılan bilgisayara bağlayın Bağlantı ve tüm bağlı aygıtların çalışmasını test edin. Güneş simülatörü VBM için kontrol yazılımını açın ve düğmesine basın " ışık nabız " bir flaş ateş için. Flash çürüme grafik şekil 3 ‘ e benzeyen DAQ yönetim kurulu, ksenon lamba, izotip subcells ve DUT düzgün çalıştığından demektir. CCD kamera kamera düzgün şekilde çalıştığını kontrol etmek için kontrol yazılımını açın. Bilgisayar destekli hareketli platform kontrol yazılımını açın ve hareketli sahibi üç eksen boyunca taşımak için kullanabilirsiniz. Seçin bir eksen arasında yapmak için üst üzerinde listelenen eksenleri yaptı yazılım penceresi sonra bir konumda Ekle " hareket mutlak " ve nabız " çalıştırmak ". Hareketli tutucu beklendiği gibi oynarsa, hareketli platform düzgün çalışıyor demektir. Temiz ve yer sabit destek ölçülecek objektif monte otomatik konumlandırma platformda. Önünde makinesinin sensörünün yerleştirin ya da sıcak bir ayna (kısa-pass filtre engelleme ışık olan dalga boyu 700 uzun nm) veya soğuk bir ayna (uzun filtre engelleme ışık olan dalga boyu 700 kısa pas nm). Not: Adım 3.1.7. Sadece CCD kamera kullanarak ölçüleri için gereklidir. Güneş pili/CCD kamera lens ile ilgili olarak ortalayın ve en uygun odak noktasına yerleştirmek için hareketli tutucu kullanın. Herhangi bir metin düzenleyicisi kullanarak her satırında en uygun odak mesafe daha objektif için hücre/CCD kamera 5 mm daha yakın bir konumdan başlayarak bir ölçüm noktası (belli bir objektif alıcı mesafe) karşılık gelen koordinatlar içeren bir metin dosyası oluşturmak ve bir konuma 5 mm daha fazla kadar. Ölçüm faz güneş pili ölçümleri Not: Güneş simülatörü güneş hücreleri için aynı şekilde açıklanan önceki bölümde, ışık şiddeti ve güneş simülatörü için spektral dağılımı Flash çürüme boyunca VBM değişiklikleri. 2.2.1. adımda anlatılan yoğunlaştırıcı hücreler için güneş simülatörü ile elde edilen bir flaş çürüme grafik gösterimi benzer. ve şekil 3 ‘ te görülen. İşte bir ilk zirve ve sonra azalır. Flash çürüme boyunca ışık tayf dağıtım değişiklikleri. Ölçüm şu anda nerede üst ve orta alt hücreleri, karşılık gelen her iki isotypes aynı olma düzeyi göstermek gerçekleştirilir. Not: Güneş hücreleri için güneş simülatörü olgusu aksine bu durumda olma düzeyi üzerinde elimizdeki tek kontrol birden parlamak ışık şiddeti ve tarafsız filtreler en iyi olma düzeyi belirlenmiştir bir kez , başlamak mümkündür test. 3.1.9. adımda tanımlanan her pozisyon için., flaş ışığı tetikler. Simülatör, daha sonra veri sinyalleri hangi lens tarafından yoğun ışık altında şimdiki nesil güneş pili anlamak mümkün olduğunu flaş çürüme boyunca içeren bir metin dosyası oluşturur. Tekrar adım 3.1.7. için 3.2.1.3. ölçülecek her lens için. CCD kamera ölçümleri 3.1.9 içinde tanımlanan her pozisyon için., CCD kamera almak istimal bir fotoğraf üretilen ışığın spot. Not: Sıcak ya da soğuk ayna ile birleştiğinde fotoğraf makinesinin CCD sensör üst ve orta alt hücre, benzer bir spektral yanıt sırasıyla vardır (bkz. şekil 6). Ayrıca, yararlı bilgiler fotoğraflarla almak için bazı önlemler almak gereklidir. İlk olarak, belgili tanımlık birden parlamak ışık şiddeti iyi bir sinyal / gürültü oranı almak ve aynı zamanda, CCD sensör değil emdirmek için ayarlanması gerekir. Bunu yapmak için doğrudan flash yoğunluğunu değiştirmek için veya istenen olma düzeyi almak için tarafsız filtreleri kullanmak için mümkündür. İkinci olarak, simülatörü odası dış ışık kaynakları etkisi ölçümleri önlemek için tamamen karanlık olması önemlidir. Sıcaklık ölçümleri koyun olmak objektif ölçülen insIDE test sırasında objektif sıcaklık kontrol etmek için kullanılan termal odası Termal odası kullanarak farklı adımları eşit 10 ° c ile 50 ° C lens sıcaklığı 10 ° c Bunu yapmak için lens saydam ön kapak ile termal bir oda içine yerleştirin. Ölçüm için farklı sıcaklıklarda 3.2.2.1 içinde açıklanan aynı şekilde CCD kamera kullanarak yürütmek. Not: Test edilen objektif sıcaklığını doğrudan bağlı thermocouples aracılığıyla ölçülür. Lens yüzey üzerinde sıcaklık farkı 2’den daha düşük ° C. şekil 6. Soğuk bir ayna veya SR bir 3 J kafes eşlemeli güneş pili (katı nokta) orta ve üst düzey alt hücre benzetimini yapmak için bir ısı cam (boş noktalar) tarafından filtre CCD kamera silikon sensörü spektral yanıt (SR). Bu rakam 10 ‘ dan değiştirildi. güneş pili ölçümü ile elde edilen sonuçlar işleniyor. Kalibre kullanma izotip hücre bileşenleri için başvuru, her pozisyon için bir ışık sensörü (üst ve orta tahmin etmek nasıl ayrıntılı bir tartışma için kullanılan güneş pili üst ve orta alt hücreleri tarafından üretilen photocurrent belirlemek photocurrents flash çürüme sırasında kaydedilen sinyalleri 11 ‘ e bakınız). Yaklaşık photocurrent üst ve orta alt hücreler için objektif alıcı mesafe bir fonksiyonu olarak temsil eden bir grafik çizin. Bu özel harekat Fresnel lens ile ADG akromatik Fresnel lens ile elde edilen sonuçlar karşılaştırın. CCD kamera ölçümü ile elde edilen sonuçlar işleniyor. Tespit CCD fotoğraf makinesi ile çekilen fotoğraflarda ışığın centroid. Not: " centroid ışık " bir olma Haritası dağıtım kimin olma düzeyi haritanın en fazla olma yüzde 90’ını alan ortasıdır. Nokta centroid tanımlanır sonra bir dizi olası yarıçapları tanımlamak ve, her biri için fotoğrafta yer alan toplam olma ile ilgili olarak daire içinde yer alan ışık yüzdesi hesaplamak. Nokta yarıçapını hesaplayın. Toplam olma % 95’i içeren RADIUS tanımlanır. Not: değeri dış kaynaklardan devam ışık kaynaklanan gürültü nedeniyle yapay olarak büyük bir nokta önlemek için seçildi, Yani, doğrudan xenon ışığı veya çevreye gelen ışık. Tekrar işleme adım 3.4.1. 3.4.3 için. ölçümleri ile bir sıcak ve soğuk ayna için. İçin mavi ve kırmızı ışık ışık spot çapı ile ilgili en iyi konumu (en küçük nokta boyutu) objektif alıcı mesafe bir fonksiyonu olarak temsil eden bir grafik Arsa (ayna ve soğuk yansıtmayı ölçümlerini, sırasıyla sıcak).