Sun radiation model for design and energy predictions of FCPV modules for photovoltaic applications

FCPV systems use low-cost non-imaging optics based on Fresnel lenses, to increase the solar collection area by concentrating solar radiation and redirecting it to a multi-layer semiconductor. MultiJunction technology presents a new possibility on photovoltaic technology pushing the theoretical limits of traditional semiconductors and forcing the development of technology for accessibility. Combined with a two-axis solar tracking system, these systems can achieve energy capture efficiencies similar to or even higher than conventional photovoltaic systems. As the device is geometrically configured and as it is constructed, also geometrically the lens of an FCPV directly conditions the optical phenomena that affect the radiation of sunlight when interacting with the surface of the device. These phenomena, such as diffraction caused by atmospheres and transmission through lenses, determine the amount of radiation that effectively reaches the photovoltaic area. To support the design processes of such devices, this paper proposes a theoretical model for the prediction of energy production, giving room for flexibility in the selection of commercial components and providing detailed information on the optical phenomena involved. The model also involves a connection between common methodologies for calculating energy predictions focused solely on the photovoltaic device and with a standard radiation base AM1.5, with a solar tracking model associated with a deeper atmospheric diffraction calculation. As a tool to support the defined process, a software tool was developed that brings together the entire analytical model. The proposed tool simplifies the calculations by giving the user a simple interface on which to iterate and compare different alternatives of FCPV arrays, knowing an energy prediction about any location on the planet.

I sistemi FCPV utilizzano ottiche non maging a basso costo basate su lenti Fresnel, per aumentare l'area di raccolta solare concentrando la radiazione solare e reindirizzandola a un semiconduttore multistrato. La tecnologia multijunction presenta una nuova possibilità sulla tecnologia fotovoltaica spingendo i limiti teorici dei semiconduttori tradizionali e forzando lo sviluppo della tecnologia per l'accessibilità. In combinazione con un sistema di tracciamento solare a due assi, questi sistemi possono ottenere efficienze di cattura dell'energia simili o addirittura superiori ai sistemi fotovoltaici convenzionali. Poiché il dispositivo è configurato geometricamente e come è costruito, anche geometricamente la lente di un FCPV condiziona direttamente i fenomeni ottici che influenzano la radiazione della luce solare quando interagiscono con la superficie del dispositivo. Questi fenomeni, come la diffrazione causata dalle atmosfere e la trasmissione attraverso le lenti, determinano la quantità di radiazione che raggiunge efficacemente l'area fotovoltaica. . Per supportare i processi di progettazione di tali dispositivi, questo documento propone un modello teorico per la previsione della produzione di energia, dando spazio alla flessibilità nella selezione di componenti commerciali e fornendo informazioni dettagliate sui fenomeni ottici coinvolti. Il modello prevede anche una connessione tra metodologie comuni per il calcolo delle previsioni energetiche focalizzate esclusivamente sul dispositivo fotovoltaico e con una base di radiazione standard AM1.5, con un modello di tracciamento solare associato a un più profondo calcolo della diffrazione atmosferica. Come strumento per supportare il processo definito, è stato sviluppato uno strumento software che riunisce l'intero modello analitico. Lo strumento proposto semplifica i calcoli dando all'utente una semplice interfaccia su cui iterare e confrontare diverse alternative di array FCPV, conoscendo una previsione di energia su qualsiasi posizione sul pianeta.