Simulación Ray-Tracing de flujo óptico para paneles solares e integración en MATLAB para control

Abstract

El objetivo de este proyecto es realizar un análisis de la eficiencia de una célula fotovoltaica empleando técnicas de trazado de rayos, o Ray Tracing, como se denomina comúnmente en inglés. En este tipo de técnicas se simula la trayectoria seguida por un gran número de rayos de luz desde que se generan en la fuente hasta que inciden en la o las superficies de interés. En el caso que nos ocupa, se simula el camino seguido por los rayos solares en el interior de celda fotovoltaica considerando la absorción y reflejos de las diferentes superficies que la componen, hasta que inciden en el sustrato fotovoltaico. Este tipo de técnicas permiten calcular, conocida la geometría de una celda, así como la reflectancia, absorbancia y transmitancia ópticas de las superficies que la componen, las propiedades de interés, concretamente la densidad de corriente fotogenerada y la eficiencia energética de la misma. El código de simulación se ha desarrollado en MATLAB tomando como referencia para verificación y contraste de resultados el software desarrollado para propósito similar por la empresa PV Lighthouse Pty. Ltd. El objetivo último del proyecto es desarrollar una herramienta software flexible y adaptable que pueda ser integrada con los paquetes de optimización numérica de MATLAB. Se espera que esta herramienta permita en futuras ampliaciones de este trabajo, acometer tareas de diseño optimizado de celdas fotovoltaicas de alta concentración (HCPV) con óptica móvil.

The objective of this project is to perform an analysis of the efficiency of a photovoltaic cell using ray tracing techniques. In this type of techniques, the trajectory followed by a large number of light rays is simulated, following their paths from the source until they impinge the target surface. In the case at hand, the paths followed by the solar rays inside the photovoltaic cell are simulated,considering the absorption and reflections of the different surfaces, until they hit the photovoltaic substrate. This type of technique allows to calculate, known the geometry of a cell, as well as the optical reflectance, absorbance and transmittance of the surfaces that compose it, the properties of interest,specifically the photogenerated current density and the energy efficiency. The simulation code has been developed in MATLAB taking as a reference for verification and assessment the software developed for similar purpose by the company PV Lighthouse Pty. Ltd. The ultimate goal of the project is to develop a flexible and adaptable software tool that can be integrated with numerical optimization packages of MATLAB. It is expected that future extensions of this work this tool will allow to undertake tasks of optimized design of high concentration photovoltaic cells (HCPV) with mobile optics.