新型全息光收集器提高太阳能电池板效率

全息光收集太阳能电池

全息光收集器分离太阳光的颜色,并将它们导向太阳能电池。作者:R.K. Kostuk,亚利桑那大学

全息图增加太阳能产量

一种新开发的全息光集热器提高太阳能电池板的效率,在一年的时间里能量转换增加大约5%。

从阳光中获得的能量是满足世界能源需求所需能量的1万倍。在设计可再生能源系统时,阳光有两个主要的特性。第一个是落在地面或屋顶等固定区域的能量。这个量随时间和季节而变化。第二个特性是阳光的颜色或光谱。

捕获太阳能的一种方式是利用太阳能电池直接把阳光转化为电能。在太阳能模块像那些人放置在他们的屋顶,许多细胞被组装的刚性面板上,彼此连接的,密封的,并覆盖有保护玻璃。太阳能电池的工作就可以了阳光秋天的最好的时候,某些颜色,而当整个区域由光电覆盖。然而,需要一些面板区域以连接电池和太阳能电池的形状可能不允许所有剩余的面板区域以收集太阳光的。这些效应使太阳能电池板效率较低比它可能是。捕获尽可能多的太阳光的太阳能电池板尽可能上是有效地利用太阳能的关键。

在亚利桑那大学的研究人员最近开发出一种创新的技术来捕获未使用的太阳能照亮太阳能电池板。据报道杂志光电能源的(JPE),他们创造了特殊的全息图,可以很容易地插入太阳能电池板组件。每个全息图分离阳光的颜色,并将它们导向太阳能板内的太阳能电池。这种方法可以在一年的时间里增加太阳能电池板转换的太阳能量大约5%。这将减少家庭、城市或国家所需的太阳能电池板的成本和数量。

这项研究是由QESST工程技术研究中心,这是由美国国家科学基金会和美国能源部资助,以解决发电转化为能量持续满足日益增长的需求的挑战支持。

低成本,可持续发展的设计

该全息光集热器由博士生赵建波设计,由电气、计算机工程和光学科学教授Raymond K. Kostuk指导,并与博士生本杰明·克莱斯勒合作,将低成本全息光学元件与扩散器结合在一起。该光学元件对称地位于光伏组件的中心,以获得最大的有效光收集。

光学元件的全息光收集器

全息光收集器的光学元件设置在所述光生伏打模块的中心对称布置,以获得最大的有效集光。信用:赵,克莱斯勒和Kostuk,DOI 10.1117 / 1.JPE.11.027002

该团队计算了亚利桑那州图森市的年能量产量改进量,并提出了一种可重复的方法,以评估全息光收集器在一天的不同时间、不同季节和不同地理位置的太阳能角度的函数的能量收集效率。

据JPE主编,主编肖恩·沙欣在美国科罗拉多大学博尔德分校,收集和相关的方法是特别值得注意的,因为它们是低成本,可扩展的以及影响力:“大约5%的太阳能的年化收益率增强通过这种技术启用后缩放到正在全球范围内安装光伏万千瓦的数百甚至一小部分可能有很大的影响。Kostuk教授的研究小组已经证明他们有基于明胶低成本的材料,这是在大量容易地制造全息方法。虽然明胶通常是从动物胶原蛋白衍生,在实验室衍生版本的发展使得有可能是合成的替代品可以大规模使用。”

赵和他的合著者对他们的研究结果感到鼓舞,并期待着通过材料的实验评估,进一步优化全息光收集器的能量产率。

参考文献:“全息低浓度光学系统提高常规太阳能电池板的光收集效率”,赵建波,本杰明·克莱斯勒和雷蒙德·k·科斯图克,2021年5月25日,杂志光电能源的
DOI:10.1117 / 1.JPE.11.027002

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