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An array of directable mirrors as a photovoltaic solar concentrator

1980; Elsevier BV; Volume: 24; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1016/0038-092x(80)90478-8

1471-1257

W.B. Ittner,

Photovoltaic System Optimization Techniques

Calculations of the optics of heliostats for use in large thermal power towers have been carried out in considerable detail, chiefly by Vant-Hull et al.[1, 2]. This paper describes a simplified method for calculating the images generated by a special type of concentrator, i.e. an array of independently steered mirrors on a single frame, intended to direct the solar image onto a flat photovoltaic solar cell target. The case of interest is one in which the field of illumination on the target is as uniform as possible, and the emphasis is thus on small “rim angle” geometries (a configuration which also minimizes mirror interference effects). Calculations are presented for constructing the individual mirror target images in terms of three angles: (1) The angle between the photovoltaic target normal and the reflecting mirror (celled here the mirror position angle). (2) The angle between the target center and the sun as measured from the center of the reflecting mirror, and (3) The angle at which the plane defined by the center of the sun, the mirror center and the target center intersects the plane of the target. The overall system efficiency for various mirror configurations, charaterized by such parameters as the maximum mirror angle (i.e. “rim angle”), target-mirror plane separation, and mirror aiming accuracy is discussed in terms of the specifications desirable in an optical concentrator designed specifically to illuminate uniformly a photovoltaic solar cell target. Les calculs detaillés concernant l'optique “Héliostats” pour l'utilisation dans de grande centrale thermique on été réalisés par Van-Hull et son équipe. Cet article décrit une méthode simplifiée de calcul des images engendrées par un type particulier de concentrateur etc … et une série de miroir à commande indépendente sur une surface unique ayant pour but de diriger l'image du soleil sur un cible constitué par une cellule photovoltaique. Le cas intéressant est celui dont le champs de concentration des vaisseaux d'éclairage sur le cible aussi uniforme que possible est porté sur une géometrie á faible angle (dont la configuration minimize aussi les effets d'interférence des miroirs). Les calculs ont étéégalement présentés pour la construction du cible des miroirs individuels en fonction de trois angles: (1) L'angle entre la cellule photovoltaique normale et le miroir réflétant (appelé l'angle du miroir position). (2) L'angle entre la centre du cible et le soleil mesuré á partir du centre du miroir reflétant. (3) L'angle ou le plan defini par le centre du soleil, le centre du miroir et le centre du cible,, coupe le plan du cible. L'efficacité totale du systéme des différentes configurations de miroir charactérisé par des parametres tels que: l'angle maximum du miroir, la séparation du plan du cible et la précision avec laquelle le miroir vise le cible, a été discutée en fonction des spécifications desirées du concentrateur optique, conçu spécialement pour éclairer le cible qui est constitué par la cellule solaire photovoltaique. Cálculos ópticos de heliostatos para el uso en torres de generación de potencia en gran escala han side realizados por Vant-Hully sus colaboradores[1, 2]. En este artíclo se describe un metodo simplificado para calcular las imágenes creadas por un tipo especial de concentrador, a saber, un conjunto de espejos montados en la misma armúzon pero dirigidos independientement, y quienes enfocan la imagen solar sobre una célula fotovoltáica plana. Se requiere que el campo de iluminación sea tan uniformé como es posible. Por lo tanto, el análesis se concentra sobre « geometriás de pequeño ańgulo de borde å. Esta configuración reduce al mínimo la interferencia entre los espejos. Se presenta un procedimento para calcular las imágenes de cada espejo en fonción de tres ańgulos: (1) El ángulo entre la normal a la célula y el espejo reflector (denóminado ángulo de posición del espejo). (2) El ángulo entre el centro de la célula y el sol, medido concentro en el espejo reflector. (3) El ańgulo de interseccioń entre el plano de la célula, y el plano formado por el centro del sol, en centro del espejo, y el centro de la célula. Se analiza la efficienca del sistema para varias configuraciones de los espejos, la cual se caracteriza por parámetros tales como el angulo máximo del espejo ( « angulo de borde å), separacioń del plano espejo-célula, y el error en la dirección del espejo; con el objectivo de presentar los requisitos de un concentrador óptico capaz de iluminar uniformemente una célula fotovoltáica.