葉狀聚光器可提高太陽能發(fā)電效率

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

與依賴鏡子和透鏡的傳統(tǒng)聚光器不同，LSC能夠收集散射光，并已應(yīng)用于光伏建筑一體化等領(lǐng)域，其半透明和多彩的特性還帶來了美學(xué)效益。然而，在將LSC擴(kuò)展到較大面積應(yīng)用時，一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是克服光在波導(dǎo)內(nèi)的自吸收現(xiàn)象，以提高光子到達(dá)光伏電池的效率。

葉狀LSC設(shè)計使用較小且相互連接的發(fā)光元件來解決擴(kuò)展性問題。研究人員將發(fā)光板放置在中央發(fā)光光纖周圍，且板的側(cè)面朝向光纖。入射光子被發(fā)光板轉(zhuǎn)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(dǎo)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(shè)計方法具有多個優(yōu)勢。研究發(fā)現(xiàn)，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(shè)計還便于更換損壞的單元。

為進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率，研究人員將傳統(tǒng)平面LSC技術(shù)（如邊緣鏡和串聯(lián)結(jié)構(gòu)）融入葉狀LSC設(shè)計中。實驗表明，可使用單點激發(fā)技術(shù)，根據(jù)入射光的光譜和強(qiáng)度，對這些葉狀結(jié)構(gòu)的光學(xué)效率進(jìn)行分析計算。

這種葉狀的優(yōu)化LSC為設(shè)計更靈活、更具可擴(kuò)展性的太陽能系統(tǒng)提供了新解決方案，使其更高效，適用于更多用途。