Новые концепции и технологии разработки высокоэффективных концентраторных фотоэлектрических модулей

В последние годы интерес к концентраторным фотоэлектрическим (CPV) системам вновь возрос благодаря разработке высокоэффективных многопереходных элементов на основе полупроводников III–V групп. Эти элементы позволили создавать концентраторные модули с эффективностью, практически вдвое превышающей эффективность плоских панелей и достигающей 35% в рекордных модулях. Настоящая диссертация посвящена разработке и экспериментальной реализации новых концепций, позволяющих создавать CPV-модули, которые не только достигают высокой эффективности в стандартных условиях, но и обладают достаточной устойчивостью к ошибкам монтажа и слежения, температуре и спектральным вариациям, чтобы максимизировать вырабатываемую ими в течение года энергию. Один из первых рассматриваемых вопросов — разработка вторичных оптических элементов для систем с линзой Френеля в качестве первичного оптического элемента; такие элементы позволяют при фиксированной концентрации увеличить угол приёма и устойчивость системы. Несколько отражательных и преломляющих вторичных элементов были разработаны и проанализированы методом трассировки лучей. В частности, с использованием неформирующей оптики и на основе одноступенчатой конструкции, известной как «диэлектрический концентратор, работающий за счёт полного внутреннего отражения», был разработан, изготовлен и охарактеризован вторичный элемент с квадратным выходным отверстием. В сочетании с линзой Френеля он позволяет одновременно достичь высокой эффективности, концентрации и угла приёма. Кроме того, для другого вторичного элемента, называемого куполом, был предложен и изготовлен прототип альтернативного метода производства, основанного на формовании силикона поверх солнечных элементов. Все выполненные в рамках этой диссертации исследования объединяет целостный подход к разработке CPV-модулей: особое внимание уделялось совместному проектированию фотоэлектрического элемента и оптики, чтобы обеспечить максимально возможную эффективность всей системы. В этом отношении многие...