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A Study on Optics Design for Performance Improvement of Green Energy Systems
Vu, Hoang 일반대학원 정보통신공학과 2023 국내박사
The sun is a major source of inexhaustible free energy (i.e., solar energy) for the planet Earth. Currently, new technologies are being employed to generate electricity from harvested solar energy. These approaches have already been proven and are widely practiced throughout the world as renewable alternatives to conventional non-hydro technologies. Despite this huge potential and increase in awareness, the contribution of solar energy to the global energy supply is still negligible. This issue has several underlying reasons. First, because solar cells have low efficiency, they require space to install, taking up territory that could be used for other purposes. Second, to cut costs and achieve maximum efficiency, high-efficiency solar cells like multi-junction solar cells require concentrated sunlight to operate, necessitating the use of sun-tracking mechanisms. These actuators are unsuitable for applications requiring structural stability such as building and automotive. They thereby restrict how solar energy is used. The third reason is that solar energy is only suited for places with a high solar radiation. Therefore, in this dissertation, optical design methods for optimizing energy obtained from solar energy systems and lighting systems are presented. The designs are based on the theory of non-image optics. The research focuses on the design of concentrator photovoltaic system with solar split spectrum for dual land use applications to improve the Land Equivalent Ratio (LER) and create strategies for the agri-voltaic system optimization, there is research into integrating photovoltaics (PV) and agriculture. We also introduce static concentrator photovoltaic (CPV) systems with stable structure for automotive application, and finally we present an optical design method for illumination that improves distribution uniformity. The results show that the novel technique is an excellent method to design, improve performance, and reduce the cost of the CPV system and lighting system. 태양은 행성 지구를 위한 고갈되지 않는 자유 에너지(즉, 태양 에너지)의 주요 원천입니다. 현재 수확된 태양 에너지로부터 전기를 생성하기 위해 새로운 기술이 사용되고 있습니다. 이러한 접근 방식은 이미 입증되었으며 기존의 비수력 기술에 대한 재생 가능한 대안으로 전 세계적으로 널리 시행되고 있습니다. 이러한 엄청난 잠재력과 인식 제고에도 불구하고 전 세계 에너지 공급에 대한 태양 에너지의 기여도는 여전히 미미합니다. 따라서 본 논문에서는 태양광 에너지 시스템과 조명 시스템에서 얻는 에너지를 최적화하기 위한 광학적 설계 방법을 제시한다. 디자인은 비이미지 광학 이론을 기반으로 합니다. 이 연구는 LER(Land Equivalent Ratio)을 개선하고 농업-발전 시스템 최적화를 위한 전략을 만들기 위해 이중 토지 사용 애플리케이션을 위한 태양 분할 스펙트럼을 갖춘 집광기 태양광 시스템 설계에 중점을 둡니다. 태양광(PV)과 농업을 통합하는 연구가 있습니다. . 또한 안정적인 구조의 자동차용 CPV(Static Concentrator Photovoltaic) 시스템을 소개하고 마지막으로 분포 균일성을 향상시키는 조명용 광학 설계 방법을 제시한다. 결과는 새로운 기술이 CPV 시스템 및 조명 시스템의 설계, 성능 향상 및 비용 절감을 위한 탁월한 방법임을 보여줍니다.
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