Saura García, José Manuel. (2021) . Desarrollo de elementos ópticos innovadores para sistemas de ultra-alta concentración fotovoltaica. Análisis del impacto de la no uniformidad espacial y espectral. Universitat de Lleida. http://hdl.handle.net/10803/673570.

L'objectiu de la concentració fotovoltaica (CPV) és reemplaçar material costós de semiconductor per dispositius òptics més econòmics. La CPV és capaç d'utilitzar cèl·lules multiunió (MJSC) molt eficients que serien molt cares en cas de no utilitzar concentració. Aquestes cèl·lules estan compostes per diverses subcél·lules amb diferents bandes d'absorció d'energia connectades en sèrie, la qual cosa permet un major aprofitament de l'espectre solar. Un aspecte que preocupa quan els sistemes CPV operen en condicions reals és l'impacte de la il·luminació no-uniforme sobre la cèl·lula solar. Aquesta manca d'uniformitat és generada per l'ús d'òptica concentradora o altres efectes externes com pot ser l’ombreig parcial. Aquestes poden produir diferències en la intensitat d'il·luminació sobre la superfície de la cèl·lula, perfils d'irradiància gaussians o efectes d'aberració cromàtica. En aquesta tesi, es pretén ampliar el coneixement referit al comportament dels dispositius fotovoltaics quan estan altament influenciats per aquest fenomen. Amb aquest propòsit, es va desenvolupar un muntatge experimental per generar i caracteritzar patrons de no-uniformitat en condicions controlades de laboratori, així com mesurar elèctricament el seu impacte sobre una MJSC. En aquest sentit, es va aconseguir quantificar la distribució de la irradiància absoluta i espectral per al rang de les subcél·lules top i middle. Dels resultats més rellevants, cal destacar el diferent comportament que mostren els sistemes refractius i reflexius a les no-uniformitats espacial i espectral. Posteriorment, es van estudiar els efectes de no-uniformitat produïts per l’ombreig generat sobre l'òptica concentradora en diferents receptors CPV. Analitzant els resultats, es va poder concloure que l'ombreig no només contribueix a reduir la uniformitat espacial, sinó també introdueix fenòmens espectrals addicionals. A més, es va comprovar experimentalment que les unitats que incorporaven un element òptic secundari (SOE) presentaven un comportament més estable davant l'ombreig. Paral·lelament, es va proposar un disseny òptic a concentracions ultra altes (UHCPV) fent ús de l’acromatisme i la compacitat proporcionats pel disseny del prototip per millorar la competitivitat de la tecnologia. El sistema òptic consisteix en un concentrador reflexiu basat en el disseny Cassegrain-Koehler que permet concentrar els raigs des de quatre unitats òptiques simètriques i independents sobre una única cèl·lula solar. Mitjançant un model per traçat de raigs es van analitzar diferents configuracions geomètriques (2000 - 6000x) a UHCPV. Finalment, el disseny triat, a 3015x, es va fabricar i caracteritzar experimentalment, aconseguint una concentració efectiva de 938 sols amb una tolerància angular al desalineament d'AA ± 0.30º i una eficiència òptica del 31%.