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葉狀聚光器可大幅提高太陽能發電效率

2024-08-20 15:38:12    來源：科技日報

來源標題：葉狀聚光器可大幅提高太陽能發電效率

發光太陽能聚光器(LSC)是一種利用光致發光材料將陽光轉化為可被光伏電池捕獲利用的裝置。據發表在最新一期《能源光子學雜志》上的論文，日本立命館大學研究人員提出了一種新型葉狀LSC模型，可增強光子的收集和傳輸能力，大幅提高太陽能發電效率。

與依賴鏡子和透鏡的傳統聚光器不同，LSC能夠收集散射光，并已應用于光伏建筑一體化等領域，其半透明和多彩的特性還帶來了美學效益。然而，在將LSC擴展到較大面積應用時，一個關鍵挑戰是克服光在波導內的自吸收現象，以提高光子到達光伏電池的效率。

葉狀LSC設計使用較小且相互連接的發光元件來解決擴展性問題。研究人員將發光板放置在中央發光光纖周圍，且板的側面朝向光纖。入射光子被發光板轉換成聚光光子，然后穿過光纖，被光伏電池收集到光纖頂端。透明光導將多個光纖連接到單個光伏電池上，有效增加了LSC的入射面積，同時減少了由于自吸收和散射造成的光子損失。

這種模塊化的LSC設計方法具有多個優勢。研究發現，減小單個模塊尺寸，如將方形葉狀LSC的邊長從50毫米減小到10毫米，可顯著提高光子收集效率。模塊化設計還便于更換損壞的單元。

為進一步提高系統效率，研究人員將傳統平面LSC技術(如邊緣鏡和串聯結構)融入葉狀LSC設計中。實驗表明，可使用單點激發技術，根據入射光的光譜和強度，對這些葉狀結構的光學效率進行分析計算。

這種葉狀的優化LSC為設計更靈活、更具可擴展性的太陽能系統提供了新解決方案，使其更高效，適用于更多用途。

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