شرکت رسام یو پی اس : ساختار متمرکز کننده های فوتو ولتاییک

ساختار متمرکز کننده های فوتو ولتاییک

شرکت رسام یو پی اس : ساختار متمرکز کننده های فوتو ولتاییک
ساختار متمرکز کننده های فوتو ولتاییک

ساختار اصلی متمرکز کننده هایفوتوولتاییک را عدسی‌ها و آینه‌های متمرکز کننده تشکیل می دهند. ساخت عدسی‌هایمتمرکز کننده نور در سی سال اخیر پیشرفت زیادی داشته است. عدسی های غیر تصویری کهشاخه ای از عدسـی هـای هندسـی میباشـند نقـش عمـده ای در تکامـل شکل عدسی هایمتمرکز کننده نور داشته اند. برای ایـن کـاربرد، نگرانـی بابـت انحـراف نـور دردوباره سازی تصاویر وجود ندارد بلکه هدف به حداکثر رساندن انتقـال جریـان نـور ازمحوطـه جـدا کننده اول به سمت دریافت کننده فوتوولتاییک میباشد. در این کاربرد، نورمیتواند با اشعه هـای خورشـید نمـایش داده شـود بنـابراین هندسـه لنـز بـرای توصـیفمشخصـه هـای متمرکـز کننـده مناسب میباشد. برخی از مشخصه های اپتیکی نقـش بسـیارمهمـی در متمرکـز کننـده هـای فوتـوولتاییـک ایفـا میکنند. این پارامتر ها هم هندسیهستند (مربوط به طراحی اجزا) و هم فیزیکی (مربوط به ساخت و انتخاب مواد) مهمترینمشخصه هـای هندسـی عبارتنـد از: ضـریب تمرکـز و زاویه پذیرش. مهمترین مشخصه های
فیزیکی که باید در نظرگرفته شود عبارتنـد از: انتقـال نـور- انعکاس نور- جذب نور-پراکندگی نور.

ساختار متمرکز کننده های فوتو ولتاییک
YI : شاخص زردی نور
BRDF : تابع توزیع انعکاس نور در دو جهت
BTDF : تابع توزیع انتقال نور در دو جهت
BRDF : تابع توزیع انعکاس نور در دو جهت میباشد که با پراکندگی تابش در واحد سطح تشعشـع تعریف میشود و به روش ریاضی قابلتعریف با معادله زیر میباشد.
θi و φi معـرف زوایـای برخـورد اشـعه ورودی درمختصـات کـروی و θs و φs معـرف جهـت هـای پراکندگی میباشند.
Ls پرتو پراکنده شدهو Ei پرتو تابش میباشد.این مشخصه های نوری زمانی اهمیت پیـدا میکننـد که مدتی ازعمر مواد و سطوح بگـذرد و باعـث پراکنـدگی ناخواسـته نـور در سـطوح بازتـابش شود.BTDF برای بیان جزییات پراکندگی نوراز یک سطح شفاف بکار میرود. معمولاً پارامتریکـه بـرای توضیح پراکندگی نور در مواد شفاف بکار میرود “ناصافی یا تیرگی” نامیدهمیشود.
ناصافی عبارت است از نسبت نور پراکنده شده به کل نـوری کـه بـه یـک سـطحشـفاف مـی تابـد و معمولاً با درصد بیان میشود. این ناصافی تعریفی ازتوزیع نورپراکنده شده به دست نمیدهد.[ ASTMD 1003-97, 1997]بعضی اوقات این نور پراکندهشده برای CPV کاملاَ از بین نمیرود اگـر چـه ناصـافی یـک مـاده معمـولاً برای تخمین
کارآیی متمرکزکننده ها کاربرد دارد.
تمامی این خواص بر روی راندمان نوری متمرکزکننده خورشیدی تاثیر گذار است جـایی کـه رانـدمان نوری به ترتیب زیر تعریف میشود:

هدف طراح این لنزها به حداکثر رساندن راندمان نوری، ضریب تمرکـز و زاویـهپـذیرش متمرکـز کننـده است. اگرچه برای کاربردهای فوتوولتاییک در نظر گرفتن دیگر
مشخصات اپتیکی ماننـد توزیـع فاصـله تشعشع بر روی سطح دریافـت کننـده و توزیـعزاویـه برخـورد نـور بـر روی سـلولهای خورشـیدی نیـز اهمیت پیدا میکند.در واقعدستگاههای PV با تابش صاف و زوایای برخورد کوچکتر، بهتر کار میکنند.ضریب تمرکزهندسی که درمعادله زیر تعریف می شود، یک نسـبت محـض بـین سـطوح اسـت کـه می تواندبصورت نامحدود رشد کند. اگرچه برای بدست آوردن یک راندمان بالا (بـرای مثـالبیشـترین انتقال انرژی نور برخوردی به یک سطح) ضریب تمرکز توسط بیشترین میزانواگرایی اشعه های نور برخوردی به سطح، محدود می شود.

واضح است که اینمحدودیت مطابق با قانون دوم ترمودینامیک با در نظر گرفتن خورشـید بـه عنـوان منبعگرما و دریافت کننده [Smestad et al., 1990]، عبارت از سینوس زاویه تابش برای یکانتقال ایده آل در حالت معمولی خود میباشد جایی که دریافت کننده در ماده ای با شاخصشکست n غوطه ور است. این قـانون بـا معادله زیر برای یک متمرکز کننده ۳ بعدی باتقارن محوری نشان داده شده است.
θin معرف بیشترین زاویه برخورد برای اشعه تابشورودی با توجه به جهت عمـود بـر سـطح ورودی است که بیشترین اشعه را جذب میکند وθout بیشترین زاویه اشعه ها در قسـمت دریافـت کننـده است.

در شکل زیر تصویریشماتیک از یک متمرکز کننده نشان داده شده است.

در شکل فوق، پرتوهایورودی با بیشترین زاویه برخورد θin در روزنه خروجـی کـه محیطی است با ضریب شکست nجمع میشوند.
با در نظر گرفتن بیشترین تمرکز قابل حصول θout = ۹۰° بیشترین تمرکزبه لحاظ تئـوری از رابطه زیر بدست می آید. برای یک متمرکـز کننـده خورشـیدی بـاگیرنـده‌ای در هـوا بعنـوان نمونـه بـا n=1 و θin=۰,۲۷° این مقدار ۴۶۰۰۰ خواهد بود.
مقادیر بالاتر از آن به ازای n های بزرگتر از یـک بطریـق تجربـی بدسـت آمده است.[Gleckmanet al, 1989] واگرایی نورخورشید بخاطراندازه آن که قابل صـرف نظر نیسـت توسـط شـعاعخورشـید و فاصله بین زمین تا خورشید تعیین میشود.

ساختار متمرکز کننده های فوتو ولتاییک

برای یک متمرکز کننده خطیمعادله سینوسی تابش بصورت معادلات زیر خواهـد بـود.بـرای یـک پرتـو L یـک (Φin=Φout)متمرکز کننده ایده‌آل باید تمام جریان تابش روی کل سطح را نگاه‌دارد بطوریکهبرای یک متمرکز کننـده خطـی ایـن جریـان از معادلـه اول بدسـت مـی آیـد و ضـریبتمرکـز از معادلـه دوم استخراج میشود. برای یک متمرکز کننده خورشیدی در هوا اینمقدار حدود ۲۰۰ خواهد بود.

در CPV زاویه پذیرش عبارت از زاویهبرخورد اشعه ایست که تحت آن، راندمان اپتیکی متمرکـز کننـده به ۹۰٪ بیشترین مقدارخود برسد. دو مشخصه هندسی راندمان اپتیکی و زاویه پذیرش برای یک متمرکز کننده نوریبا یک سطح تمرکز تعیین شده در یک شکل گرافیکـی ماننـد شـکل زیر بخـوبی نمـایش دادهمیشـود، جـایی کـه تغییـرات راندمان اپتیکی با تغییر زاویه پذیرش نشان داده شدهاست. شکل مسـتطیلی بـا خطـوط منقطـع در یک سمت زاویه مرزی منحنی، متناظر با متمرکزکننده ایده آل است که در آن تمامی زوایـای اشـعه ها در سطح خروجی با زاویه ای کمترازθ جمع آوری مـی شـود. خطـوط دیگـر دو مشخصـه متمرکـز کننده های غیر ایده آل رانشان میدهدکه زاویه پذیرش آنها در تطابق با ۹۰٪ راندمان اپتیکی تعریـف می گردد.

شکل فوق راندمان اپتیکی در مقابل زاویه برخورد برای متمرکز کننده هایخورشیدی را نشان می دهد. شکل مستطیلی با خطوط منقطع نشانگر مشخصات یک متمرکز کنندهایده آل میباشد درحالیکه بقیه خطوط، هندسه متمرکز کننده های غیر ایده آل را نشانمیدهد.
در حالت واقعی سطوح متمرکز کننده ها با ایده آلهای هندسی تفاوت دارد زیرااشکال هندسی که اجازه بهترین نتایج را میدهد به لحاظ تئوری بسیار محدود است ومعمـولاً نیازمنـد سـاختار پیچیـده و مواد مخصوص میباشد. این شرایط قیودی است برایرقابتی شدن قیمت متمرکز کننده هـا. بنـابراین مبادله ای بین قیمت و کارآیی باید
انجام گیرد. همانطور که قبلاً تشریح شد بیشترین تمرکز به لحـاظ etendue تئوری براییک سیستم اپتیکی محـدود اسـت. یـک سیسـتم اپتیکـی کـه بنـام الگرانـژ یـا نامیدهمیشود برای بیان رابطه بین تمرکز و زاویه انحراف با توجه به محدودیتهایترمودینـامیکی بکـار میرود. این سیستم محدوده ای که انتقال تابش انجام میگیرد را
طبق رابطه زیر تعیین میکند:

یک مجموعه اشعه را درنظر بگیریـد. یـک etendueمیتواند بصورت حجم یکپارچه ای درمحیط فازی با مشخصه جهت کسینوسی این اشعه ها و نیزموقعیت آنها در فضای واقعی نمایش داده شود. یک متمرکز کننده هندسی مانند اپراتوریعمل میکند که دارای توابعی برای تغییر و اصلاح این حجم است. در این تغییرشـکل،etendue بایـد بـاقی بماند.

ساختار متمرکز کننده های فوتو ولتاییک

ارسال یک نظر

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *