叶状聚光器可大幅提高太阳能发电效率
发布时间: 2024-08-21 09:14:57
研究人员评估了枫叶形发光太阳能聚光器在白色LED灯均匀照射下的光学效率。图片来源：《能源光子学杂志》
科技日报北京8月19日电 （记者张佳欣）发光太阳能聚光器（LSC）是一种利用光致发光材料将阳光转化为可被光伏电池捕获利用的装置。据发表在最新一期《能源光子学杂志》上的论文，日本立命馆大学研究人员提出了一种新型叶状LSC模型，可增强光子的收集和传输能力，大幅提高太阳能发电效率。
与依赖镜子和透镜的传统聚光器不同，LSC能够收集散射光，并已应用于光伏建筑一体化等领域，其半透明和多彩的特性还带来了美学效益。然而，在将LSC扩展到较大面积应用时，一个关键挑战是克服光在波导内的自吸收现象，以提高光子到达光伏电池的效率。
叶状LSC设计使用较小且相互连接的发光元件来解决扩展性问题。研究人员将发光板放置在中央发光光纤周围，且板的侧面朝向光纤。入射光子被发光板转换成聚光光子，然后穿过光纤，被光伏电池收集到光纤顶端。透明光导将多个光纤连接到单个光伏电池上，有效增加了LSC的入射面积，同时减少了由于自吸收和散射造成的光子损失。
这种模块化的LSC设计方法具有多个优势。研究发现，减小单个模块尺寸，如将方形叶状LSC的边长从50毫米减小到10毫米，可显著提高光子收集效率。模块化设计还便于更换损坏的单元。
为进一步提高系统效率，研究人员将传统平面LSC技术（如边缘镜和串联结构）融入叶状LSC设计中。实验表明，可使用单点激发技术，根据入射光的光谱和强度，对这些叶状结构的光学效率进行分析计算。
这种叶状的优化LSC为设计更灵活、更具可扩展性的太阳能系统提供了新解决方案，使其更高效，适用于更多用途。
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