Μια ερευνητική ομάδα στην Κίνα ανέπτυξε μια δομή γυαλιού με περιοδικές αυλακώσεις για τη βελτίωση της συλλογής φωτός σε φωτοβολταϊκά πλαίσια τοποθετημένα σε προσόψεις (pv-magazine)
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Harbin Institute of Technology στην Κίνα ανέπτυξε ένα νέο γυαλί κάλυψης για φωτοβολταϊκά πλαίσια τοποθετημένα σε προσόψεις, το οποίο μειώνει την ανάκλαση σε μεγάλες γωνίες πρόσπτωσης.
Το γυαλί διαθέτει μια περιοδική δομή αυλακώσεων, η οποία βελτιστοποιήθηκε μέσω ενός αλγορίθμου περιορισμένης βελτιστοποίησης με γραμμική προσέγγιση (COBYLA), σε συνδυασμό με προσομοιώσεις ιχνηλάτησης ακτίνων στο Comsol Multiphysics.
«Οι υφιστάμενες τεχνολογίες αντιανακλαστικών επιστρώσεων για γυαλί δεν μπορούσαν να αντιμετωπίσουν το ζήτημα της υψηλής ανακλαστικότητας στις επιφάνειες γυαλιού των φωτοβολταϊκών πλαισίων υπό συνθήκες μεγάλης γωνίας πρόσπτωσης (AOI)», ανέφεραν οι ερευνητές.
«Ως εκ τούτου, παρέμενε σημαντική πρόκληση ο σχεδιασμός μιας υψηλής απόδοσης δομής παγίδευσης φωτός που θα μείωνε την ανακλαστικότητα στη διεπιφάνεια αέρα/γυαλιού σε ένα ευρύ εύρος γωνιών πρόσπτωσης από 0° έως 89°, ιδιαίτερα σε γωνίες μεταξύ 70° και 89°, ενώ παράλληλα θα ήταν κατάλληλη για τη διαδικασία εξέλασης με κυλίνδρους».
Η ομάδα χρησιμοποίησε τον αλγόριθμο Cobyla για τη βελτιστοποίηση του προφίλ των αυλακώσεων, προσαρμόζοντας παραμέτρους όπως το βάθος, το ύψος, το πλάτος των αυλακώσεων και τις γωνίες των τμημάτων.
Ο αλγόριθμος Cobyla είναι μια αριθμητική μέθοδος βελτιστοποίησης που βρίσκει τη βέλτιστη λύση σε ένα πρόβλημα με περιορισμούς, βελτιώνοντας επαναληπτικά ένα προσεγγιστικό γραμμικό μοντέλο της συνάρτησης στόχου.
Χρησιμοποιείται συχνά σε προβλήματα βελτιστοποίησης όπου οι παράγωγοι δεν είναι διαθέσιμες ή είναι δύσκολο να υπολογιστούν.
Στόχος του αλγορίθμου ήταν η ελαχιστοποίηση της μέσης ανακλαστικότητας σε μήκη κύματος από 400 nm έως 1.050 nm και σε γωνίες πρόσπτωσης από 0° έως 89°.
Η βελτιστοποιημένη δομή στη συνέχεια επικυρώθηκε μέσω τρισδιάστατων οπτικών προσομοιώσεων ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου κρυσταλλικού πυριτίου. Οι ερευνητές αξιολόγησαν επίσης την ανθεκτικότητά της μεταβάλλοντας τις διαστάσεις των αυλακώσεων και τις εσωτερικές γωνίες, ώστε να διαπιστωθεί αν η αντιανακλαστική της απόδοση μπορούσε να διατηρηθεί εντός των κατασκευαστικών ανοχών.
«Τα αριθμητικά αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά», ανέφεραν οι ερευνητές. «Σε εύρος μήκους κύματος από 400 nm έως 1.050 nm, η μέση ανακλαστικότητα της διεπιφάνειας αέρα/γυαλιού με δομή αυλακώσεων παρέμεινε κάτω από 2,4% για γωνίες πρόσπτωσης έως 60°, ενώ η μέγιστη ανακλαστικότητα ήταν μόλις 12,6% σε γωνία πρόσπτωσης 89°».
Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η ενσωμάτωση του γυαλιού παγίδευσης φωτός σε φωτοβολταϊκό πλαίσιο κρυσταλλικού πυριτίου αύξησε τη φασματική απορρόφηση κατά 12% σε γωνία πρόσπτωσης 70° και κατά 73% σε γωνία πρόσπτωσης 89%, σε σύγκριση με πλαίσια που χρησιμοποιούν συμβατικό επίπεδο γυαλί.
Οι ερευνητές ανέφεραν ότι οι δομικές παράμετροι, συμπεριλαμβανομένου ενός λόγου διαστάσεων 0,76 και μιας ομαλής καμπύλης διατομής, επιλέχθηκαν ώστε να εξισορροπούν την οπτική απόδοση με τη δυνατότητα κατασκευής.
«Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων σχετικά με τις επιδράσεις της κλιμάκωσης και των γεωμετρικών μεταβολών έδειξαν ότι αυτή η δομή παγίδευσης φωτός διατήρησε την ανώτερη απόδοσή της υπό μέτρια γραμμική κλιμάκωση και μεταβολές στις εσωτερικές γωνίες των τμημάτων», κατέληξε η ομάδα.
«Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι η δομή διαθέτει σημαντικές δυνατότητες να υποστηρίξει την ευρύτερη ανάπτυξη φωτοβολταϊκών πλαισίων σε προσόψεις κτιρίων και να είναι συμβατή με τις υφιστάμενες διαδικασίες μεγάλης κλίμακας παραγωγής γυαλιού κάλυψης φωτοβολταϊκών, συμπεριλαμβανομένης της εξέλασης με κυλίνδρους».
Η νέα τεχνολογία παρουσιάστηκε στη μελέτη «High-efficiency periodic groove structured glass with broad angle antireflection for facade-mounted photovoltaic modules», η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Results in Engineering.
(Στην έρευνα συμμετείχαν επιστήμονες από το Harbin Institute of Technology στην Κίνα και την εταιρεία Shenzhen Yongxing Technology)
www.worldenergynews.gr
