بررسی تجربی تاثیر فاکتور هندسی و ضریب شکست نوری در متمرکزکننده‌های خورشیدی لومینسانسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 گروه شیمی، دانشکده علوم، دامشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

توسعه گلخانه‌های نوین مبتنی بر روش‌های جدید کشت یکی از مهمترین راه‌کارها برای افزایش تولید غذا در دنیا است. اما با وجود تولید بیشتر محصول، مصرف انرژی آنها بسیار زیاد است. برای حل معضل انرژی در این گلخانه‌ها، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به‌عنوان یک منبع انرژی دائمی در سال‌های اخیر توسط دانشمندان پیشنهاد شده است. در این میان، فتوولتاییک به دلیل ویژگی‌های بارز، تناسب و سازگاری بسیار خوب با محیط‌های کشاورزی و همچنین سازه گلخانه، به‌عنوان یک منبع انرژی دائمی و کارا توسط محققان زیادی بررسی شده است. نتایج تحقیقات نشان داده است که برای توسعه پوشش‌های فتوولتاییکی مخصوص گلخانه علاوه بر بازده فتوولتاییکی مناسب، داشتن شفافیت در محدوده مرئی برای رشد گیاه در گلخانه ضروری است. یکی از فن‌آوری‌های قابل که ضمن داشتن شفافیت، می‌تواند به‌عنوان یک پوشش شفاف فتوولتاییکی مخصوص گلخانه استفاده شود، متمرکز کننده‌های خورشیدی لومینسانسی (LSC) است. این ابزار فتوولتاییکی دارای چند جزء است که موجبر یکی از اجزاء بسیار مهم آن می‌باشد و بهینه سازی آن از طریق پارامترهای فیزیکی مانند فاکتور هندسی و ضریب شکست نوری می‌تواند عملکرد LSC را بهبود ببخشد. بر همین اساس، در این پژوهش با در نظر گرفتن معیارهای یک پوشش گلخانه‌ای و یک پنل فتوولتاییکی، به بررسی دو موجبر از جنس شیشه و PMMA در ساخت LSCها برای بررسی اثر فاکتور هندسی و ضریب شکست نوری و تاثیر آنها در بازده نوری و بازده کلی LSCها پرداخته شد. نتایج نشان داد که با افزایش ضخامت موجبر از 4 به 6 میلیمتر که موجب کاهش مقدار فاکتور هندسی آن می‌شود و همچنین استفاده از موجبر با جنس PMMA در مقایسه با شیشه، که علاوه بر داشتن استحکام و شفافیت در ناحیه مرئی دارای ضریب شکست بالاتری (46/1) است، می‌تواند به ترتیب باعث افزایش PCE و بازده نوری LSC از % 33/ به ۱% و % 98/0 به % 27/4 شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of the effect of geometric factor and optical refractive index in luminescent solar concentrators

نویسندگان [English]

  • Kambiz Hosseinpanahi 1
  • Mohammad Hossein Abbaspour-Fard 2
  • Elaheh Goharshadi 3
  • Mahmood Reza Golzarian 2

1 Department of Biosystems Engineering, Agriculture Faculty, Ferdowsi University of Mashhad

2 Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

3 Department of chemistry, Faculty of Science, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

چکیده [English]

Development of new greenhouses based on new cultivation methods is one of the most important practical solutions to increase food production in the world. But despite the higher production efficiency of the product, their energy consumption is very high. To solve the energy problem in these greenhouses, the use of renewable energy as a permanent energy source has been suggested by scientists in recent years. Meanwhile, photovoltaics has been investigated by many researchers as a permanent and efficient energy source due to its obvious features, suitability and very good compatibility with agricultural environments and also with greenhouse structures. The results have shown that for the development of photovoltaic covers for greenhouses, in addition to proper photovoltaic efficiency, it is necessary to provide transparency required for the growth of plant in the visible range. One of the technologies that, while having transparency, can be used as a transparent photovoltaic cover for greenhouses, is luminescent solar concentrator (LSC). This photovoltaic device has several components, among which the waveguide is one of the most important components, and its optimization through physical parameters such as geometric factor and refractive index can improve LSC performance. Based on this, in this research, taking into account the parameters of a greenhouse cover and a photovoltaic module, two waveguides made of glass and PMMA were investigated in the construction of LSCs to investigate the effect of the geometric factor and the optical refractive index and their effect on the optical efficiency and the PCE of LSCs was investigated. The results showed that by increasing the thickness of the waveguide from 4 to 6 mm, which reduces the amount of its geometric factor, and also the use of PMMA waveguide in comparison with glass, which in addition to having strength and transparency in the visible region, has a higher refractive index (1.46), can increase the PCE and optical efficiency of LSC from 0.33% to 1% and 0.98% to 4.27%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • food
  • novel greenhouses
  • photovoltaic
  • luminescent solar concentrators
  • waveguide