Розрахунок параметрів і комп’ютерне моделювання трансформуючих лінз для кремнієвих фотоперетворювачів
DOI:
https://doi.org/10.35681/1560-9189.2025.27.3.354565Ключові слова:
геометричні параметри лінз, кільцеві фокусуючі струк-тури, комп'ютерне моделювання параметрів, мікропризмові лінзиАнотація
Розроблено алгоритм розрахунків параметрів плоско-фокусувальної оптики, призначеної для використання в концентраторних модулях фотоелектричних систем сонячної енергетики. Оптику спеціально адаптовано для модулів на основі кристалічного кремнію з певними розмірами одиничної фоточутливої комірки. Виконано комплекс розрахунків геометричних параметрів такої оптики. Методом алмазного лезового мікроточіння на основі розрахунків сформовано тестові зразки «сонячних» лінз, а також виготовлено штамп-матриці для тиражування лінз. Модернізовано методи комп’ютерного моделювання геометричних параметрів лінз, а також відтворення ходу заломлених променів. Результати моделювання дозволили оптимізувати параметри трансформуючої оптики та створити плоско-фокусувальні лінзи, найбільш придатні для використання в сонячних модулях. Методом лазерної діагностики досліджено тестові зразки створених лінз. Результати досліджень підтвердили відповідність отриманих параметрів реально виготовлених лінз розрахунковим даним і результатам комп’ютерного моделювання.
Посилання
Antonov E.E., Fu M.L., Petrov V.V., Manko D.Yu., Rong K.H. Structure of Microprismatic Fresnel Lenses for Creating Uniform Focal Images. Optics Express, 2021. V.29, #24. pp. 38958-38970. https://doi.org/10.1364/OE.438590
Antonov E.E., Lapchuk A.S., Petrov V.V., Tokalin O.A., Zenin V.N. Photodetector module of optoelectronic control systems for tracking the moving objects. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, 2022. V.25, #3. pp. 315–322. https://doi.org/10.15407/spqeo25.03.315
Chen Y., Pu Shiliang, Hou Mingming, Li Linhan, Liu Sinan, Li Dapeng, Yi Fei. Lightweight and efficient beam-shaping metalens for converting Gaussian beams into 2D flat-top beams. Optics Express, 2025. V.33, No.5, pp. 11555-11573, #555456. https://doi.org/10.1364/OE.555456
Antonov E.E., Lysenko V.S., D.Yu.Manko, I.A.Martynyuk, Petrov V.V., Zenin V.N. Plane-Focusing Fresnel Lenses for Oblique Incidence of Light Rays. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics, 2025. V.27, #2. pp. 183-193. https://doi.org/10.15407/spqeo28.02.183
Sultanova N., Kasarova S., Nikolov I. Dispersion properties of optical polymers, Acta Physica Polonica A, 2009. V.116. pp. 585-587. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.116.585
Brinksmeier E., Glabe R., Schonemann L. Diamond micro chiseling of large-scale retroreflective arrays. Precision Engineering. 2012. 36. pp. 650-657; https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2012.06.001
Tan N.Y.J., Lim Z.H., Zhou G., Liu K., Kumal A.S. Design and fabrication of composite polygonal Fresnel lenses. Opt. Express. 2021. 29, No 22. pp. 36516–36534. http://doi.org/10.1364/OE.436290
Zenin V.M., Antonov Ye.Ye. Osoblyvosti rozrakhunku heometrychnykh parametriv almaznoho riztsia dlia formuvannia kiltsevykh linz Frenelia. Reiestratsiia, zberihannia i obrobka danykh, 2024. T.26, № 2. pp.73-80. https://doi.org/10.35681/1560-9189.2024.26.2.316913
Jmage J Program. UPL:https://soft.mydiv.net/win/download-ImageJ.html
Sachenko A.V., Gorban A.P., Kostylyov V.P., Serba A.A., Sokolovskyi I.O. Comparative analysis of photoconversion efficiency in the Si solar cells under concentrated illumination for the standard and rear geometries of arrangement of contacts. Semiconductors. 2007. V.41, #10. pp. 1214–1223. https://doi.org/10.1134/S106378260710017X
Sachenko A.V., Kostylyov V.P., Korkishko R.M., VlasiukV.M., Sokolovskyi I.O., Dvernikov B.F., Chernenko V.V., Evstigneev M.A. Simulation and characterization of planar high-efficiency back contact silicon solar cells. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics, 2021. V.24, #3. pp. 319–327. https://doi.org/10.15407/spqeo24.03.319
Gorban A.P., Kostylyov V.P., Sachenko A.V., Serba A.A. The efficiency limit for diffusion silicon solar cells at concentrated illumination. Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 1999. 2, No.2. pp. 45-49. https://doi.org/10.15407/spqeo2.02.045
Korkishko R., Vlasiuk V., Kostylyov V., Chernenko V., Dvernikov B. Optimization of silicon solar cell design for use under concentrated solar irradiation. Technology and Design in Electronic Equipment. 2024. 1-2, pp. 3‒10. https://doi.org/10.15222/tkea2024.1-2.03
Cotal H., Fetzer C., Boisvert J., Kinsey G., King R., Hebert P., Yoon H. Karam H. III–V multijunction solar cells for concentrating photovoltaics. Energy & Environmental Science. 2009. 2. pp. 174‒192. https://doi.org/10.1039/b809257e
Baig H., Heasman K.C., Mallick T.K. Non-uniform illumination in concentrating solar cells. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012. 12. pp. 5890‒5909. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2012.06.020
SOLIDWORKS 2020. URL: http://www.solidworks.com
Software for design and analysis of illumination and optical systems: URL: https://www.lambdares.com/tracepro/
