طراحی متمرکز کننده فوتوولتاییک

 

طراحی متمرکز کننده های خورشيدی با توجه به عناصرآن دارای ابعاد مختلفی است. در واقع هدف طراحی در اینجا افزایش شدت و جریان تابش در دریافـت کننـده اسـت. بـرای حصـول بـه ایـن نتيجـه روشهای مختلفی آزمایش شده است [Winston et al., 2005]. یکی از مصطلح ترین آنها روش لبه اشعه است. ایـن روش بر این فرض استوار است که لبه اشعه ها در محيط فازی با زاویه برخورد بيشتردر مرز ورودی متمرکز کننده، معادل با افزایش شدت اشعه ميباشد. اشعه های بين لبه پرتوهـا بـه سـمت دریافـت کننـده جمع آوری و متمرکز ميشوند (با فرض وجود سطوح صاف در یک پوشش همگن برای متمرکز کننده).
اولين مثال از یک متمرکز کننده غير تصویری که از این تکنيک استفاده ميکنـد متمرکـز کننـده ترکيبـی سهمی گون است (CPC) که در شکل زیر نشان داده شده است.
یک مجموعه اشعه موازی با زاویه ای نسبت به محور تقارن CPC کـه بيشـترین زاویـه واگرایـی بـرای اشعه های جمع آوری شده است توسـط بازتـابش روی یـک سـطح سـهمی گـون در نقطـه ای روی سطح خروجی متمرکز ميشوند. این نقطه روی لبه خروجی متمرکز کننده قرار دارد. تمام اشعه های ورودی با زاویه برخورد کمتردر سطح خروجی جمع ميشوند. این نوع متمرکـز کننـده بـه لحـاظ تئـوری اجازه بيشترین سطح تمرکز را برای یک جمـع کننـده خطـی ميدهـد و تقریبـاً بـرای حالتهـای ۳ بعـدی هنگامی که سطحی توسط دوران بدست می آید ایده آل است. 

Labe Ashae

شکل فوق تصویری از روش لبه اشعه که درمورد یک متمرکـز کننـده سـهمی گـون (CPC) اعمـال شـده است را نشان می دهد. پيکانهای منقطع نشانه اشعه های ورودی هستند.

روشهای دیگر از سال ۲۰۰۰ ميلادی گسـترش یافتـه انـد. روش جریـان خطـی، اشـعه بـا لبـه اصـلاح شده، روش سطوح چندگانه همزمان و روش معادله تفاضلی بـا منبـع تـک نقطـه ای کـه تمـامی ایـن روشها با راه حلهای آناليزی و عددی توسعه یافته اند.
در طراحی متمرکز کننده های خورشيدی باید بسياری از پارامترهای دیگر علاوه بـر رانـدمان اپتيکـی هندسی و سطح تمرکز را در نظر آورد. درواقع مشخصات فيزیکی متمرکز کننده هـا کـه قـبلاً گـزارش شده است باید در نظر گرفته شود تا بتوان به یک بازده اپتيکی موثر دسـت پيـدا کرد. بعـلاوه متمرکـز کننده ها باید تا حد امکان فشرده و کوچک ساخته شـوند تـا بتواننـد یـک توزیـع تـابش مناسـب را در اطراف دریافت کننده و یک مدیریت گرمایشی مناسب را در قطعات سيستم فـراهم کننـد. تمـام ایـن متغيرها فضای ساختار لازم برای CPV ها را افزایش داده اند و واقعيت اینسـت کـه طيـف وسـيعی از کاربردهای حقيقی برای آنها وجود دارد.
در حال حاضر اکثر CPV ها بر اساس لنزهای فرنل بعنوان لنزهای اوليه پایه ریزی شـده انـد. لنزهـای فرنل نوع خاصی از لنزاست که در آن حجم ماده عایق شفاف بـه کمتـرین ميـزان کـاهش داده شـده است (شکل زیر در بخشa) تا بتوان جرم را کاهش داد بنابراین وزن و همچنين ميزان جذب نورکاهش مـی یابـد. در سایر راه حلها انعکاس نور(به جای شکست نور) برای تمرکز نـور مـورد اسـتفاده قـرار مـی گيـرد. منعکس کننـده هـای کلاسیک سـهمی گـون و نيـز سـاختارهای پيچيـده تـر ماننـد شـکل زیر در بخشc مـورد استفاده قرار ميگيرد. این طراحـی کـه بـر اسـاس دو انعکـاس ميباشـد بـه منظـور دسـتيابی بـه یـک ساختار فشرده با تمرکز نور در پشت متمرکز کننده اول ایجاد شده است. ساختار نشـان داده شـده معمولاً درتلسکوپها برای بزرگنمایی اجسام بسيار دور و درطراحی ابتدایی آن برای لنزهای عکاسی که یک آیينه سهمی نور را به سمت سطح یک آینه ی هذلولی منعکس ميکند، مـورد اسـتفاده قـرار ميگيرد.

 

 design1

شکل فوق طراحی کلاسیک برای متمرکزکننده های فوتوولتایيک می باشد. که در آن متغیرها به شرح زیر می باشند:

a) لنزهای فرنل معادل لنزهای استاندارد

b) لنزهای استاندارد

c) یک طرح شماتيک از یک لنز بشقابی دانه ای


سيسـتمهای CPV معمـولاً از یـک متمرکزکننـده ابتـدایی و یـک عنصـر اپتيکـی ثانویـه SOE تشـکيل ميشوند. این عنصرثانویه معمولاَ به سلولهای فوتوولتایيک متصل مـی شـود و کـار آنهـا بهبـود ضـریب تمرکز و زاویه پذیرش است. کار دیگر آنها افزایش یکپارچگی روی گيرنده در خلال انعکاسهای متعدد و اثر کاليدوسکوپيک ميباشد [Ries et al, 1997; Chen et al, 1963] . درحالت اخير برای راندمان اپتيکی بالا، انعکاسات باید با افتهـای قابـل (TIR) صرفنظر همراه باشد. یک پدیده اپتيکی برای حصول به این نتيجه اثر مجموع انعکاسات داخلی ميباشد ومقدارآن توسـط عبـورمجرای نـور از یـک محـيط عـایق شـفاف بدسـت مـی آیـد و معنـای آن اینست که شکل پرتوهای ضربه زننده فقط با زوایـایی کمتراززاویـه حـد Θc قابـل پـذیرش اسـت. ایـن n1 ميباشد یعنی وقتی عنصراپتيکی ثانویه ازموادی باشاخص عایق snell زاویه نتيجه مستقيم قانون بين ماده ای باشاخص ضدالکتریکی n2 قرارگيرد مانند یک لوله نورعمل خواهد کرد.

شکل عنصر دوم دقيقًا وابسته به متمرکزکننده اول ميباشد زیرا بر روی اشعه هایی که قبلاً منکسـر شده اند کار ميکنند. بنابراین طراحيهای مختلفی برای این قطعـات وجـود دارد هـرچنـد پرکـاربردترین آنها بسيار محدود است مانند شکلهای گنبدی، هرمی و مخروطی. ساختارهای دیگر براساس نياز کارخانجات توليدکننده CPV یافت ميشود.

 

desgin2

درحال حاضر ابزارهای قدرتمندی براساس ردیابی اشعه نورجهت طراحی لنز موجوداست.
اکثر این نرم افزارها از روش مونت-کارلو برای حـل معـادلات انتگرالـی دوگانـه و محاسـبات مربـوط بـه توزیـع روشـنایی در مـدلهای سه بعـدی اسـتفاده ميکننـد [Dutton & Shao, 2010]. ایـن نـرم افزارهـا معمـولاً بـا درنظرگـرفتن پارامترهای فيزیکی، تخمينهای دقيقی از رفتار لنز را نشان ميدهند.

 design3  

  شکل فوق لنزهای بشقابی دانه ای برای متمرکز کننده های خورشيدی با ترتيب خاص را در شرکت Solfocus Inc نشان می دهد 

بالای صفحه نسخه چاپی   کلیه حقوق متعلق به مرکز تحقیقات الکترونیک فطروسی می باشد خانه | تماس با ما | نقشه سایت
  این سایت توسط شرکت آسمان پیدایش تهیه شده است.