Φωτοβολταϊκά συστήματα κατακόρυφης αρχιτεκτονικής
Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται διαφορετικοί και πρωτότυποι τύποι κατακόρυφης αρχιτεκτονικής φωτοβολταϊκών συστημάτων (VI-CPV) και το πλεονέκτημά τους σχετικά με την ισχύ που παράγεται. Στο πρώτο προτεινόμενο σύστημα, ένα ημιδιαφανές μονοκρυσταλλικό ηλιακό στοιχείο πυριτίου τοποθετ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15331 |
| id |
nemertes-10889-15331 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ημιδιαφανή ηλιακά κύτταρα πυριτίου Κατακόρυφη αρχιτεκτονική φωτοβολταϊκών συστημάτων Φιλικές προς το περιβάλλον κολλήσεις Φακός Fresnel Semi- transparent Si solar cells Vertical integration CPV Ohmic connections Pb-free Poly-crystalline Si solar cells |
| spellingShingle |
Ημιδιαφανή ηλιακά κύτταρα πυριτίου Κατακόρυφη αρχιτεκτονική φωτοβολταϊκών συστημάτων Φιλικές προς το περιβάλλον κολλήσεις Φακός Fresnel Semi- transparent Si solar cells Vertical integration CPV Ohmic connections Pb-free Poly-crystalline Si solar cells Λεβέντης, Λεωνίδας Φωτοβολταϊκά συστήματα κατακόρυφης αρχιτεκτονικής |
| description |
Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται διαφορετικοί και πρωτότυποι τύποι κατακόρυφης αρχιτεκτονικής φωτοβολταϊκών συστημάτων (VI-CPV) και το πλεονέκτημά τους σχετικά με την ισχύ που παράγεται. Στο πρώτο προτεινόμενο σύστημα, ένα ημιδιαφανές μονοκρυσταλλικό ηλιακό στοιχείο πυριτίου τοποθετείται συμμετρικά πάνω από ένα συμβατικό κύτταρο Si μεγάλης απόδοσης. Η ημιδιαφάνεια του άνω φωτοβολταϊκού στοιχείου προκαλείται από ένα δισδιάστατο περιοδικό μοτίβο οπών με σχήμα τετραγώνων, κύκλων ή ελλείψεων. Οι οπές έχουν κοπεί χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ και κατανέμονται ομοιόμορφα σε ολόκληρη την επιφάνεια του κυττάρου. Συμπυκνωμένο ηλιακό φως από ένα φακό Fresnel που προσπίπτει στην μπροστινή επιφάνεια του ημιδιαφανούς κυττάρου περνά μέσα από το δισδιάστατο περιοδικό πλέγμα των οπών του και δημιουργεί ένα παρόμοιο πλέγμα στην επιφάνεια του κάτω κυττάρου. Εκτός αυτής της περιοχής το μεγαλύτερο κύτταρο στη βάση της κατασκευής λαμβάνει επίσης συμπυκνωμένη ακτινοβολία από το φακό Fresnel. Ο απώτερος σκοπός μας είναι να μελετήσουμε τα ανώτατα όρια παραγωγής ενέργειας με χαμηλό κόστος και να χρησιμοποιήσουμε ένα φιλικό προς το περιβάλλον σύστημα CPV σε πολύ χαμηλά επίπεδα Χ που αποτελούνται εξ ολοκλήρου από κάθετα ενσωματωμένα και εξαιρετικά αποδοτικά ημιδιαφανή και συμβατικά κύτταρα Si. Για την αρχική μας υλοποίηση του συστήματος VI-CPV τόσο τα ημιδιαφανή όσο και τα τυπικά φωτοβολταϊκά στοιχεία Si που χρησιμοποιήθηκαν κατασκευάστηκαν από την Sunways AG στη Γερμανία. Το μέγεθος του ημιδιαφανούς ηλιακού κυττάρου είναι 125mm x 125mm και η αποδοτικότητά του 13.7% υπό STC. Το μέγεθος του τυπικού ηλιακού στοιχείου Si είναι 156mm x 156mm με απόδοση 17.3% και πάλι υπό συνθήκες STC. Λόγω των υψηλών ηλεκτρικών ρευμάτων που παράγονται και από τους δύο τύπους κυττάρων, κάτω από συγκεντρωμένο ηλιακό φως, η καμπύλες I-V μετρώνται χρησιμοποιώντας την μονάδα μέτρησης της Keithley, η οποία τροφοδοτεί ρεύματα έως και 10Α σε λειτουργία παλμού. Η παρούσα σχεδίαση παράγει, σε πολύ χαμηλά Χ, τουλάχιστον την ίδια ποσότητα ισχύος μ ένα επίπεδο πάνελ ισοδύναμης επιφάνειας, αν και χρησιμοποιούνται τα μισά ηλιακά κύτταρα. Θα συζητηθούν και άλλες αποτελεσματικές γεωμετρικές διαμορφώσεις της κατακόρυφης αρχιτεκτονικής με και χωρίς φακούς Fresnel. |
| author2 |
Leventis, Leonidas |
| author_facet |
Leventis, Leonidas Λεβέντης, Λεωνίδας |
| author |
Λεβέντης, Λεωνίδας |
| author_sort |
Λεβέντης, Λεωνίδας |
| title |
Φωτοβολταϊκά συστήματα κατακόρυφης αρχιτεκτονικής |
| title_short |
Φωτοβολταϊκά συστήματα κατακόρυφης αρχιτεκτονικής |
| title_full |
Φωτοβολταϊκά συστήματα κατακόρυφης αρχιτεκτονικής |
| title_fullStr |
Φωτοβολταϊκά συστήματα κατακόρυφης αρχιτεκτονικής |
| title_full_unstemmed |
Φωτοβολταϊκά συστήματα κατακόρυφης αρχιτεκτονικής |
| title_sort |
φωτοβολταϊκά συστήματα κατακόρυφης αρχιτεκτονικής |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15331 |
| work_keys_str_mv |
AT lebentēsleōnidas phōtoboltaïkasystēmatakatakoryphēsarchitektonikēs AT lebentēsleōnidas verticalintegrationofsemitransparentandstandardsisolarcells |
| _version_ |
1771297136578658304 |
| spelling |
nemertes-10889-153312022-09-05T04:59:18Z Φωτοβολταϊκά συστήματα κατακόρυφης αρχιτεκτονικής Vertical integration of semi-transparent and standard Si solar cells Λεβέντης, Λεωνίδας Leventis, Leonidas Ημιδιαφανή ηλιακά κύτταρα πυριτίου Κατακόρυφη αρχιτεκτονική φωτοβολταϊκών συστημάτων Φιλικές προς το περιβάλλον κολλήσεις Φακός Fresnel Semi- transparent Si solar cells Vertical integration CPV Ohmic connections Pb-free Poly-crystalline Si solar cells Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται διαφορετικοί και πρωτότυποι τύποι κατακόρυφης αρχιτεκτονικής φωτοβολταϊκών συστημάτων (VI-CPV) και το πλεονέκτημά τους σχετικά με την ισχύ που παράγεται. Στο πρώτο προτεινόμενο σύστημα, ένα ημιδιαφανές μονοκρυσταλλικό ηλιακό στοιχείο πυριτίου τοποθετείται συμμετρικά πάνω από ένα συμβατικό κύτταρο Si μεγάλης απόδοσης. Η ημιδιαφάνεια του άνω φωτοβολταϊκού στοιχείου προκαλείται από ένα δισδιάστατο περιοδικό μοτίβο οπών με σχήμα τετραγώνων, κύκλων ή ελλείψεων. Οι οπές έχουν κοπεί χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ και κατανέμονται ομοιόμορφα σε ολόκληρη την επιφάνεια του κυττάρου. Συμπυκνωμένο ηλιακό φως από ένα φακό Fresnel που προσπίπτει στην μπροστινή επιφάνεια του ημιδιαφανούς κυττάρου περνά μέσα από το δισδιάστατο περιοδικό πλέγμα των οπών του και δημιουργεί ένα παρόμοιο πλέγμα στην επιφάνεια του κάτω κυττάρου. Εκτός αυτής της περιοχής το μεγαλύτερο κύτταρο στη βάση της κατασκευής λαμβάνει επίσης συμπυκνωμένη ακτινοβολία από το φακό Fresnel. Ο απώτερος σκοπός μας είναι να μελετήσουμε τα ανώτατα όρια παραγωγής ενέργειας με χαμηλό κόστος και να χρησιμοποιήσουμε ένα φιλικό προς το περιβάλλον σύστημα CPV σε πολύ χαμηλά επίπεδα Χ που αποτελούνται εξ ολοκλήρου από κάθετα ενσωματωμένα και εξαιρετικά αποδοτικά ημιδιαφανή και συμβατικά κύτταρα Si. Για την αρχική μας υλοποίηση του συστήματος VI-CPV τόσο τα ημιδιαφανή όσο και τα τυπικά φωτοβολταϊκά στοιχεία Si που χρησιμοποιήθηκαν κατασκευάστηκαν από την Sunways AG στη Γερμανία. Το μέγεθος του ημιδιαφανούς ηλιακού κυττάρου είναι 125mm x 125mm και η αποδοτικότητά του 13.7% υπό STC. Το μέγεθος του τυπικού ηλιακού στοιχείου Si είναι 156mm x 156mm με απόδοση 17.3% και πάλι υπό συνθήκες STC. Λόγω των υψηλών ηλεκτρικών ρευμάτων που παράγονται και από τους δύο τύπους κυττάρων, κάτω από συγκεντρωμένο ηλιακό φως, η καμπύλες I-V μετρώνται χρησιμοποιώντας την μονάδα μέτρησης της Keithley, η οποία τροφοδοτεί ρεύματα έως και 10Α σε λειτουργία παλμού. Η παρούσα σχεδίαση παράγει, σε πολύ χαμηλά Χ, τουλάχιστον την ίδια ποσότητα ισχύος μ ένα επίπεδο πάνελ ισοδύναμης επιφάνειας, αν και χρησιμοποιούνται τα μισά ηλιακά κύτταρα. Θα συζητηθούν και άλλες αποτελεσματικές γεωμετρικές διαμορφώσεις της κατακόρυφης αρχιτεκτονικής με και χωρίς φακούς Fresnel. In this thesis we present preliminary experimental results on the power generated by a vertically integrated concentrator photovoltaic system (VI-CPV). In the first demonstration of the proposed system, a semi-transparent mono-crystalline Si solar cell is placed symmetrically on top of a highly efficient standard Si cell. The semi-transparency of the top cell is caused by a two- dimensional periodic pattern of openings in the form of squares, circles or ellipses. The openings have been cut using a laser beam and distributed uniformly over the whole surface of the cell. Concentrated sunlight from a Fresnel lens incident on the front surface of the semi-transparent cell passes through its two-dimensional periodic lattice of openings and creates a similar lattice, consisting of islands of concentrated solar radiation, on the surface of the bottom cell just underneath the top one. Outside this area the larger bottom cell also receives concentrated radiation from the Fresnel lens. Our ultimate purpose is to study the upper limits of power generation at low cost and using an environmentally-friendly CPV system at very low X’s consisting entirely of vertically integrated and highly efficient semi-transparent and standard Si cells. For our initial realization of the VI-CPV system both the semi-transparent and standard Si solar cells used were manufactured by Sunways AG in Germany. The size of the transparent cell is 125 mm x 125 mm and its efficiency 13.7% under Standard Test Conditions (STC). The size of the standard mono-crystalline Si solar cell is 156mm x 156 mm with an efficiency of 17.3% again under STC. Due to the high electric currents generated by both types of cells, under concentrated sunlight, the I-V curves are measured using Keithley’s 2611A source-measure unit which sources currents up to 10 A in pulse mode. The present unrefined design generates, at very low X’s, at least the same amount of power as a flat panel of equivalent surface, though with half the solar cells used. Other efficient, geometrical configurations of the vertical architecture with and without Fresnel lenses will also be discussed. 2021-10-15T05:42:19Z 2021-10-15T05:42:19Z 2020-10-19 http://hdl.handle.net/10889/15331 gr application/pdf |
