trasparenti
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A. Parretta<br />
CORSO DI OTTICA APPLICATA<br />
IIIa LEZIONE<br />
5 Marzo 2007<br />
OGGI PARLIAMO DI…<br />
DIFFUSORI LAMBERTIANI E NON (1)<br />
TEORIA DELLE SFERE INTEGRATRICI (2)<br />
MISURE DI RIFLETTANZA SU MODULI FV (1)
Nome<br />
Energia radiante<br />
(Radiant energy)<br />
Densità di energia radiante<br />
(Radiant energy density)<br />
Flusso radiante<br />
(Radiant flux)<br />
Irradianza<br />
(Irradiance)<br />
Emettenza radiante<br />
(Radiant exitance)<br />
Intensità radiante<br />
(Radiant intensity)<br />
Radianza<br />
(Radiance)<br />
GRANDEZZE RADIOMETRICHE<br />
Simbolo<br />
Q e<br />
U e<br />
! e<br />
E e<br />
M e<br />
I e<br />
L e<br />
Relazione<br />
dQ e<br />
dQ e<br />
d! e<br />
d! e<br />
-<br />
dV<br />
dt<br />
dA<br />
dA<br />
d" e d!<br />
2<br />
d e p<br />
" dA d!<br />
DIFFUSORI LAMBERTIANI E NON (1)<br />
Unità di misura<br />
Joule (J)<br />
J/m 3<br />
Watt (W)<br />
W/m 2<br />
W/m 2<br />
W/sr<br />
W/(m 2 sr)
LEGGE DI LAMBERT<br />
La legge di Lambert stabilisce quanto segue per un diffusore isotropo ideale<br />
(lambertiano) piano, di dimensioni finite, illuminato da un fascio di luce collimata e<br />
uniforme di estensione illimitata: “L’intensità luminosa diffusa dall’unità di superficie<br />
e su un angolo solido unitario è:<br />
a) proporzionale al coseno dell’angolo d’incidenza;<br />
b) proporzionale al coseno dell’angolo d’osservazione.<br />
#<br />
"<br />
a)<br />
a) Campione illuminato da un fascio collimato e spazialmente esteso;<br />
b) campione illuminato da un fascio collimato e spazialmente limitato<br />
Si trova allora che la riflettanza totale direzionale/emisferica, R(", $), varia come cos"<br />
in a), mentre rimane costante in b).<br />
In entrambi i casi, l’intensità diffusa varia con l’angolo d’osservazione zenitale #<br />
secondo la funzione cos# , come mostrato dalla curva indicatrice.<br />
curva indicatrice<br />
cos#<br />
LEGGE DI LAMBERT<br />
#<br />
Andamento dell’intensità della luce diffusa dal diffusore ideale (lambertiano)<br />
in funzione dell’angolo d’osservazione.<br />
#<br />
b)<br />
"<br />
"
DIFFUSORI LAMBERTIANI E LUCE SOLARE CONCENTRATA<br />
DR<br />
#<br />
fC<br />
Q<br />
"<br />
!<br />
Un diffusore lambertiano può essere impiegato utilmente per caratterizzare<br />
un fascio di luce solare concentrata, secondo il metodo “camera-target”, che<br />
illustreremo ampiamente in una prossima lezione.<br />
l<br />
S<br />
f<br />
P<br />
LUCE DIFFUSA<br />
DA UN DIFFUSORE<br />
Si tratta di conoscere le proprietà diffusive caratterizzate dalla riflettanza<br />
R(", #, %, $), funzione dell’angolo d’incidenza ", dell’angolo d’osservazione zenitale<br />
#, dell’angolo d’osservazione azimutale %, e della lunghezza d’onda $.<br />
Ci occuperemo nel seguito di diffusori isotropi rispetto all’angolo azimutale %, per<br />
cui la dipendenza da quest’angolo scompare.<br />
Gli angoli d’incidenza " e d’osservazione # sono misurati a partire dalla normale alla<br />
Superficie del diffusore.<br />
DUE TIPI DI ANALISI:<br />
i) DISTRIBUZIONE DELL’INTENSITA’ DELLA LUCE DIFFUSA<br />
ii) RIFLETTANZA TOTALE VS. L’ANGOLO D’INCIDENZA<br />
VC<br />
pc
Campioni standard di riflettanza<br />
Diffusori Spectralon (Labsphere)<br />
Serie SRS-xx-030, da 3”<br />
Riflettanza (%)<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Serie SRS-xx-<br />
Diffusori Spectralon (Labsphere)<br />
Serie SRS-xx-020, da 2”<br />
xx = 2%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 99%<br />
RIFLETTANZA SPETTRALE<br />
Diffusori Labsphere, d = 3"<br />
500 1000 1500 2000 2500<br />
Lunghezza d'onda (nm)<br />
Curve di riflettanza emisferica , ad incidenza di 8°, della serie completa<br />
di standards da 3” di diametro della Labsphere<br />
SRS-99<br />
SRS-80<br />
SRS-60<br />
SRS-40<br />
SRS-20<br />
SRS-10<br />
SRS-05<br />
SRS-02
DISTRIBUZIONE DELL’INTENSITA’ DELLA LUCE DIFFUSA<br />
Misura dell’intensità della radiazione riflessa (o diffusa)<br />
al variare dell’angolo di osservazione # (zenitale), effettuata<br />
illuminando il campione con un fascio laser non polarizzato,<br />
incidente ad un angolo ".<br />
!<br />
MISURA DELL’INTENSITA’ DELLA LUCE DIFFUSA<br />
(c)<br />
r<br />
"<br />
(r)<br />
Semplice apparato per la misura della distribuzione angolare dell’intensità diffusa.<br />
(v)<br />
(l)<br />
z
z<br />
indicatrix<br />
c<br />
po<br />
#<br />
"<br />
r 2<br />
ñ<br />
al li<br />
d<br />
Apparato per la misura della distribuzione angolare dell’intensità diffusa e della<br />
polarizzazione.<br />
(c)<br />
MISURA DELL’INTENSITA’ DELLA LUCE DIFFUSA<br />
(po)<br />
(r 2 )<br />
m<br />
(bs)<br />
f<br />
bs<br />
r 1<br />
(f) (r 1 )<br />
Foto dell’apparato ottico per la misura della distribuzione angolare dell’intensità e<br />
della polarizzazione della luce diffusa. campione è illuminato da luce verde ($ = 543 nm).<br />
E’ indicato anche il percorso di un raggio virtuale di luce.<br />
ch<br />
(ch)<br />
al li<br />
d<br />
(l)<br />
li<br />
l<br />
(l)
Foto con altri particolari dello scatterometro per la misura della distribuzione<br />
angolare dell’intensità e della polarizzazione della luce diffusa.<br />
Foto con altri particolari dello scatterometro per la misura della distribuzione<br />
angolare dell’intensità e della polarizzazione della luce diffusa.
Intensità diffusa<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0,0<br />
DIFFUSORI LABSPHERE<br />
cos<br />
SRS-02/0°inc<br />
SRS-10/0°inc<br />
SRS-40/0°inc<br />
SRS-60/0°inc<br />
SRS-80/0°inc<br />
SRS-99/0°inc<br />
! = 543nm<br />
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100<br />
angolo di backscattering (°)<br />
Intensità diffusa vs. ! per l’angolo d’incidenza " = 0° (# = 543 nm).<br />
Intensità diffusa<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0,0<br />
DIFFUSORI LABSPHERE<br />
cos<br />
SRS-02/10°inc<br />
SRS-10/10°inc<br />
SRS-40/10°inc<br />
SRS-60/10°inc<br />
SRS-80/10°inc<br />
SRS-99/10°inc<br />
!=543nm<br />
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100<br />
angolo di backscattering (°)<br />
Intensità diffusa vs. ! per l’angolo d’incidenza " = 10° (# = 543 nm).
1,0<br />
0,8<br />
Intensità diffusa<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0,0<br />
DIFFUSORI LABSPHERE<br />
cos<br />
SRS-02/20°inc<br />
SRS-10/20°inc<br />
SRS-40/20°inc<br />
SRS-60/20°inc<br />
SRS-80/20°inc<br />
SRS-99/20°inc<br />
!=543nm<br />
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100<br />
angolo di backscattering (°)<br />
Intensità diffusa vs. ! per l’angolo d’incidenza " = 20° (# = 543 nm).<br />
1,2<br />
1,0<br />
Intensità diffusa<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0,0<br />
DIFFUSORI LABSPHERE<br />
cos<br />
SRS-02/30°inc<br />
SRS-10/30°inc<br />
SRS-40/30°inc<br />
SRS-60/30°inc<br />
SRS-80/30°inc<br />
SRS-99/30°inc<br />
!=543nm<br />
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100<br />
angolo di backscattering (°)<br />
Intensità diffusa vs. ! per l’angolo d’incidenza " = 30° (# = 543 nm).
1,2<br />
1,0<br />
Intensità diffusa<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0,0<br />
DIFFUSORI LABSPHERE<br />
cos<br />
SRS-02/40°inc<br />
SRS-10/40°inc<br />
SRS-40/40°inc<br />
SRS-60/40°inc<br />
SRS-80/40°inc<br />
SRS-99/40°inc<br />
!=543nm<br />
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100<br />
angolo di backscattering (°)<br />
Intensità diffusa vs. ! per l’angolo d’incidenza " = 40° (# = 543 nm).<br />
Intensità diffusa<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0,0<br />
DIFFUSORI LABSPHERE<br />
cos<br />
SRS-40/0°inc<br />
SRS-60/0°inc<br />
SRS-80/0°inc<br />
SRS-99/0°inc<br />
!=1064nm<br />
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100<br />
angolo di backscattering (°)<br />
Intensità diffusa vs. ! per l’angolo d’incidenza " = 0° (# = 1064 nm).
Intensità diffusa<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0,0<br />
DIFFUSORI LABSPHERE<br />
cos<br />
SRS-40/40°inc<br />
SRS-60/40°inc<br />
SRS-80/40°inc<br />
SRS-99/40°inc<br />
!=1064nm<br />
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100<br />
angolo di backscattering (°)<br />
Intensità diffusa vs. ! per l’angolo d’incidenza " = 40° (# = 1064 nm).<br />
RIFLETTANZA DIREZIONALE/EMISFERICA TOTALE<br />
Misura della riflettanza direzionale/emisferica totale effettuata<br />
illuminando il campione con un fascio laser non polarizzato,<br />
incidente ad un angolo ".<br />
$ in $out<br />
"<br />
Riflettanza totale<br />
direzionale/emisferica<br />
d/h (funzione di ")<br />
tot<br />
Rdh<br />
!<br />
=<br />
!<br />
out<br />
in
is<br />
al li<br />
!<br />
RIFLETTOMETRO “CAR”<br />
w(180°)<br />
r 2<br />
r 1<br />
d<br />
bs<br />
Rappresentazione schematica dell’apparato CAR (Continuous Angle Reflectometer)<br />
per la misura della riflettanza totale risolta nell’angolo d’incidenza.<br />
ch<br />
al li<br />
RIFLETTOMETRO CAR<br />
d<br />
f<br />
li<br />
l
(is)<br />
(w)<br />
RIFLETTOMETRO “CAR”<br />
Vista d’insieme dell’apparato CAR (Continuous Angle Reflectometer).<br />
(bs)<br />
(f)<br />
(d) (r1)<br />
RIFLETTOMETRO “CAR”<br />
(ch)<br />
(l)<br />
(w)<br />
(is)<br />
(r1)<br />
Particolari dell’apparato CAR.<br />
(ch)<br />
(l)
Riflettanza totale (%)<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
Riflettanza totale (%)<br />
RIFLETTANZA DIREZIONALE/EMISFERICA TOTALE<br />
0<br />
Standard Labsphere; d = 3"; ! = 543 nm<br />
10 20 30 40 50 60 70 80<br />
Angolo d'incidenza, " (°)<br />
RIFLETTANZA DIREZIONALE/EMISFERICA TOTALE<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Standard Labsphere; d = 3"; ! = 1064 nm<br />
10 20 30 40 50 60 70 80<br />
Angolo d'incidenza, " (°)<br />
SRS-99<br />
SRS-80<br />
SRS-60<br />
SRS-40<br />
SRS-20<br />
SRS-10<br />
SRS-05<br />
SRS-02<br />
SRS-99<br />
SRS-80<br />
SRS-60<br />
SRS-40<br />
SRS-20<br />
SRS-10<br />
SRS-05<br />
SRS-02
a)<br />
c)<br />
Riflettanza totale (%)<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
RIFLETTANZA DIREZIONALE/EMISFERICA TOTALE<br />
Standard Labsphere; d = 3"<br />
10 20 30 40 50 60 70 80<br />
Angolo d'incidenza, ! (°)<br />
CARATTERIZZAZIONE AL SEM<br />
SRS-99 "=543nm<br />
SRS-80 "<br />
SRS-60 "<br />
SRS-40 "<br />
SRS-99 "=633nm<br />
SRS-80 "<br />
SRS-60 "<br />
SRS-40 "<br />
SRS-99 "=1064nm<br />
SRS-80 "<br />
SRS-60 "<br />
SRS-40 "<br />
misure SEM sui campioni:<br />
a) SRS-02-020, 2% Rtot nominale<br />
b) SRS-40-020, 2% Rtot nominale<br />
c) SRS-99-020, 2% Rtot nominale<br />
b)
CARATTERIZZAZIONE AL SEM<br />
a) b)<br />
Immagini SEM ad elevato ingrandimento della struttura dei campioni:<br />
a)SRS-02 e b) SRS-99.<br />
La rugosità superficiale è molto maggiore della lunghezza d’onda della luce, per cui<br />
l’intrappolamento è indipendente da $.<br />
I grani di nerofumo in a) hanno dimensioni medie di circa 700 Å<br />
CARATTERIZZAZIONE AL SEM-EDX<br />
Nei campioni SRS-99 e SRS-40 solo la presenza di fluoro e carbonio.<br />
Nel campione SRS-02 sono presenti tracce di ossigeno e c’è un notevole<br />
aumento della quantità di carbonio dovuto al nerofumo usato come pigmento nero
PER LA PROSSIMA VOLTA:<br />
Discuteremo il metodo camera-target per la caratterizzazione<br />
di fasci concentrati, utilizzando un diffusore Labsphere con R=99%,<br />
che si è dimostrato un diffusore ideale (lambertiano).<br />
Spiegheremo perché il metodo camera-target può funzionare solo<br />
con diffusori lambertiani.<br />
TEORIA DELLE SFERE INTEGRATRICI (2)
RADIANZA DI UNA SFERA INTEGRATRICE (ripasso)<br />
Flusso sulla parete prodotto dalla 1a riflessione:<br />
1 ) As<br />
! Ai<br />
! A & o<br />
# s = * " # i "<br />
'<br />
= " # i "<br />
A $ * 1<br />
( s %<br />
Flusso totale sulla parete dopo & riflessioni:<br />
( ! f )<br />
Flusso sulla parete prodotto dalla n.ma riflessione:<br />
# tot<br />
$<br />
n<br />
n<br />
# s = # i " $ " 1<br />
= % " #<br />
i<br />
( ) n<br />
! f<br />
Flusso totale incidente sulla parete<br />
dopo l’n.ma riflessione:<br />
2<br />
{ + ... }<br />
2<br />
( 1!<br />
f ) " 1 + $ " ( 1!<br />
f ) + $ " ( 1!<br />
)<br />
n<br />
# = # " $ "<br />
f<br />
tot<br />
L<br />
s<br />
i<br />
( 1!<br />
f )<br />
"<br />
1!<br />
% ( 1!<br />
f )<br />
RADIANZA DI UNA SFERA INTEGRATRICE (ripasso)<br />
Radianza parete sfera integratrice:<br />
$ " # i $ " ( 1!<br />
f )<br />
= "<br />
% A ( 1!<br />
f ) 1!<br />
$ ( 1!<br />
f )<br />
L<br />
s<br />
s<br />
$ ! " i = ! M<br />
# A<br />
Moltiplicatore della sfera (*)<br />
"<br />
M =<br />
1! " ( 1!<br />
f )<br />
(*) Valido per: flusso incidente<br />
sulla parete della sfera, riflettanza<br />
della parete uniforme e riflettanza<br />
delle porte uguale a zero.<br />
s<br />
80<br />
60<br />
Moltiplicatore M<br />
40<br />
20<br />
0<br />
M(f=0.01)<br />
M(f=0.03)<br />
M(f=0.05)<br />
is<br />
%<br />
$i<br />
pd<br />
Ai<br />
Ae<br />
0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 1,00<br />
Riflettività parete
Flusso sulla parete dopo n riflessioni:<br />
INTEGRAZIONE SPAZIALE (ripasso)<br />
$<br />
n<br />
s<br />
= $<br />
i<br />
#<br />
n<br />
!<br />
k =<br />
1<br />
k<br />
% ( 1"<br />
f )<br />
Frazione del flusso totale dopo n riflessioni:<br />
n<br />
" s<br />
n<br />
$<br />
k k<br />
" s = # % ( 1!<br />
f )<br />
$<br />
#<br />
k = 1<br />
k = 1<br />
n<br />
... = 1!<br />
% ( 1!<br />
f )<br />
n<br />
k<br />
k<br />
% ( 1!<br />
f )<br />
k<br />
= ...<br />
Riportiamo la frazione del flusso totale dopo n riflessioni in funzione<br />
della riflettività % della parete e del fattore f delle porte:<br />
….<br />
1,0<br />
Radianza relativa<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
!=0.95<br />
INTEGRAZIONE SPAZIALE (ripasso)<br />
!=0.99<br />
0,0<br />
0 20 40 60 80 100<br />
Numero di riflessioni<br />
!=95%;f=0.05<br />
!=95%;f=0.03<br />
!=95%;f=0.01<br />
!=99%;f=0.05<br />
!=99%;f=0.03<br />
!=99%;f=0.01
is<br />
ESERCIZI<br />
Esercizio n. 1:<br />
Derivare l’equazione per la costante di tempo relativa alla risposta<br />
temporale della sfera.<br />
Esercizio n. 2:<br />
Calcolare l’irradianza su un campione posto al centro di una sfera integratrice<br />
illuminata dal flusso $ i . Ripetere i calcoli per un campione posto su una finestra<br />
della sfera.<br />
Esercizio n. 3:<br />
Calcolare l’incremento che la radianza di una superficie lambertiana A 1 , illuminata<br />
dal flusso ( 1 , subisce a causa della presenza nei pressi di una superficie lambertiana<br />
A 2 non direttamente illuminata.<br />
Esercizio n. 4:<br />
Calcolare l’incremento che la radianza di una sfera integratrice, illuminata dal<br />
flusso ( 1 , subisce a causa della presenza nei pressi di una superficie lambertiana<br />
A 2 non direttamente illuminata.<br />
ds<br />
$i<br />
IRRADIANZA SU CAMPIONE AL CENTRO DELLA SFERA (*)<br />
R !<br />
A d , % d<br />
Ai<br />
'<br />
Irradianza su A d :<br />
Intensità radiante da ds<br />
verso il campione:<br />
Flusso su A d da ds:<br />
... = L<br />
% w " # i " A<br />
... = 2<br />
R " A<br />
L<br />
I ! = = t cos ) , ( " #<br />
S S d<br />
1<br />
" d = LS<br />
! dS<br />
! A ! cos#<br />
!<br />
R<br />
d d<br />
Flusso totale su Ad:<br />
tot 1<br />
# d = LS<br />
" Ad<br />
" d d " sin " cos = ...<br />
2<br />
R $ ( $ ' ' '<br />
S<br />
" A<br />
(*) Hp: A d non interferisce con la sfera<br />
E<br />
d<br />
d<br />
1<br />
"<br />
R<br />
S<br />
2<br />
d<br />
#<br />
=<br />
A<br />
tot<br />
d<br />
d<br />
2&<br />
0<br />
& 2<br />
0<br />
& " A<br />
" & =<br />
R<br />
d<br />
2<br />
% w "<br />
1!<br />
% ( 1!<br />
f )<br />
w<br />
$ w " #<br />
= 2<br />
R " A<br />
i<br />
S<br />
% w " #<br />
"<br />
& " A<br />
S<br />
$ w "<br />
1!<br />
$ ( 1!<br />
f )<br />
w<br />
i<br />
% w "<br />
= ...<br />
1!<br />
% ( 1!<br />
f )<br />
w<br />
2
$i<br />
IRRADIANZA SU CAMPIONE POSTO SULLA PARETE DELLA SFERA (*)<br />
is<br />
Ai<br />
ds<br />
r<br />
!<br />
A d , % d<br />
'<br />
!/2<br />
Intensità radiante da ds<br />
verso il campione:<br />
Flusso su A d da ds:<br />
"<br />
tot<br />
d<br />
Irradianza su A d :<br />
= L<br />
! A<br />
2$<br />
LS<br />
! Ad<br />
! $<br />
... = ! 2<br />
2!<br />
R<br />
S<br />
E<br />
d<br />
d<br />
#<br />
0<br />
I(<br />
! , " ) = LS<br />
# dS<br />
# cos( !<br />
Flusso totale su Ad:<br />
0<br />
0<br />
$ ! Ad<br />
! L<br />
d%<br />
! sin%<br />
= 2<br />
R<br />
2)<br />
1<br />
" d = LS<br />
! dS<br />
! cos( # 2)<br />
! A ! cos( # 2)<br />
! 2<br />
r<br />
d d<br />
2<br />
1<br />
d&#<br />
d%<br />
! sin%<br />
! cos ( % 2)<br />
!<br />
= ...<br />
2 2<br />
4!<br />
R ! cos ( % 2)<br />
$<br />
#<br />
#<br />
=<br />
A<br />
(*) Hp: A d non interferisce con la sfera<br />
tot<br />
d<br />
d<br />
$<br />
S<br />
% $ w " # i $ w<br />
= " L 2 S = " 2<br />
R R " A 1!<br />
$ ( 1!<br />
f )<br />
S<br />
La stessa che al centro!<br />
MISURE OTTICHE SU MODULI FOTOVOLTAICI<br />
CON RIFLETTOMETRO “ROSE”<br />
w
RIFLETTANZA E TRASMITTANZA IN LUCE DIRETTA<br />
" "<br />
Riflettanza speculare<br />
(funzione di ")<br />
"<br />
"<br />
R dd<br />
T dd<br />
Trasmittanza diretta<br />
(funzione di ")<br />
60° bf<br />
40°<br />
20°<br />
0°<br />
win<br />
" "<br />
Riflettanza totale<br />
direzionale/emisferica<br />
d/h (funzione di ")<br />
"<br />
"<br />
R dh tot<br />
T dh tot<br />
Trasmittanza totale<br />
direzionale/emisferica<br />
d/h (funzione di ")<br />
RIFLETTOMETRO ROSE<br />
is<br />
Riflettanza diffusa<br />
direzionale/emisferica<br />
d/h<br />
"<br />
"<br />
Trasmittanza diffusa<br />
direzionale/emisferica<br />
d/h (funzione di ")<br />
Misura di R dh tot Misura di R dh diff<br />
A dh = 1-R dh tot<br />
standard<br />
pd<br />
60°<br />
40°<br />
20°<br />
is<br />
0°<br />
R dd = R dh tot -Rdh diff<br />
bf<br />
win<br />
R dh diff<br />
T dh diff<br />
pd<br />
- 40°
w 2<br />
lock-in<br />
Modulo al silicio multicristallinio<br />
r<br />
modulo<br />
w i<br />
Struttura del Modulo Solare<br />
RIFLETTOMETRO ROSE<br />
l<br />
is<br />
Spettroradiometro<br />
w 1<br />
f<br />
#<br />
chopper<br />
Misura di R vs. # di moduli al Si monocristallino.<br />
La sorgente (l) è posizionata in una<br />
delle porte d’ingresso wi, caratterizzata da un<br />
particolare angolo d’incidenza. Le porte ui<br />
servono invece ad estrarre la riflessione<br />
speculare e misurare la componente diffusa.<br />
IC<br />
( # , " ) I'S<br />
( " )<br />
RC<br />
( # , " ) = RS<br />
( # , " ) ! !<br />
I ( # , " ) I' ( " )<br />
S<br />
C<br />
Misura di R di moduli FV con sorgente laser<br />
l<br />
l<br />
d<br />
Xe arc lamp<br />
l<br />
w i ui
tot (%)<br />
Riflettanza totale, R<br />
18<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
18<br />
16<br />
Riflettanza totale (%)<br />
14<br />
12<br />
10<br />
102<br />
Trasmittanza relativa (%)<br />
100<br />
98<br />
96<br />
94<br />
92<br />
90<br />
102<br />
Trasmittanza relativa (%)<br />
100<br />
98<br />
96<br />
94<br />
92<br />
90<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
Flat glass top surface<br />
(classi A, B, C)<br />
no ARC<br />
ARC<br />
10 20 30 40 50 60 70<br />
Angolo d'incidenza (°)<br />
Textured glass top surface<br />
(classi D, E, F)<br />
no ARC<br />
ARC<br />
10 20 30 40 50 60 70<br />
Angolo d'incidenza (°)<br />
Flat-glass top surface<br />
(classi A, B, C)<br />
10 20 30 40 50 60 70<br />
Angolo d'incidenza (°)<br />
Textured-glass top surface<br />
(classi D, E, F)<br />
10 20 30 40 50 60 70<br />
Angolo d'incidenza (°)<br />
RIFLETTOMETRO ROSE<br />
Rassegna delle proprietà ottiche di moduli FV<br />
commerciali al Si monocristallino.<br />
Misura della riflettanza totale risolta nell’angolo<br />
d’incidenza ($ = 633 nm)<br />
Esaminate 6 classi di moduli:<br />
Classe Struttura frontale<br />
A Flat-glass/text-Si<br />
B Flat-glass/ARC/text-Si<br />
C Flat-glass/ARC/flat-Si<br />
D Text-glass/text-Si<br />
E Text-glass/ARC/flat-Si<br />
F Text-glass/ARC/text-Si<br />
I moduli si distinguono principalmente per la<br />
presenza o meno della testurizzazione della<br />
superficie frontale del vetro e per la presenza o<br />
meno dell’antiriflesso (ARC).<br />
La testurizzazione del Silicio ha un effetto<br />
trascurabile.<br />
RIFLETTOMETRO ROSE<br />
(A. Parretta et al., Opt. Comm., 161(1999)297).<br />
Rassegna delle proprietà ottiche di moduli FV<br />
commerciali al Si monocristallino.<br />
Ai fini del calcolo delle perdite ottiche del modulo<br />
rispetto alle condizioni standard (STC conditions),<br />
quello che interessa conoscere è la trasmittanza del<br />
modulo relativa all’incidenza perpendicolare:<br />
) (! ) = 100 * T tot (! ) / T tot (0°) (%)<br />
T tot (!) = 100 - R tot (! ) - A tot (! ) (%)<br />
laddove l’assorbanza del vetro, A tot (! ), è<br />
considerata trascurabile.<br />
Le curve di ) (! ), confrontate con quelle ottenute<br />
dalle equazioni di Fresnel, permettono di modellare<br />
il modulo come una semplice interfaccia aria /<br />
dielettrico, assegnando al dielettrico un opportuno<br />
valore di indice di rifrazione equivalente, n eq .<br />
Si trova quanto segue:<br />
Classe n eq<br />
A, B, C 2.5-3.0<br />
D, E, F 3.0<br />
I moduli con vetro testurizzato raccolgono meglio la<br />
luce inclinata (curve di ) (! ) più piatte).
RIFLETTOMETRO ROSE<br />
Definizione del “Light Collection Efficiency Factor”.<br />
Per meglio investigare la relazione tra collezione della luce inclinata e struttura del modulo,<br />
introduciamo la grandezza f IL , “light collection factor” definita come segue:<br />
*/2<br />
f IL = 2/* * + ) (! ) d!<br />
0<br />
Light collection factor, IL f (%)<br />
82,6<br />
82,4<br />
82,2<br />
82,0<br />
81,8<br />
81,6<br />
81,4<br />
81,2<br />
81,0<br />
text. glass flat glass<br />
cat. A<br />
cat. B<br />
cat. C<br />
cat. D<br />
cat. E<br />
cat. F<br />
text. glass<br />
Best modules<br />
flat glass<br />
80,8<br />
90 91 92 93 94 95 96 97<br />
ModulO =<br />
Transmittance, T(10°) (%)<br />
Perdite per Riflessione<br />
n eq<br />
b)<br />
a)<br />
Moduli con f IL =1 raccolgono<br />
la luce inclinata con la stessa<br />
efficienza di quella<br />
perpendicolare.<br />
Il grafico a fianco correla la<br />
grandezza f IL , ovvero la<br />
capacità di raccogliere luce<br />
inclinata, con la grandezza<br />
T(10°), ovvero la capacità di<br />
raccogliere luce quasi<br />
perpendicolare.<br />
I moduli con le migliori<br />
qualità ottiche complessive<br />
sono quelli con alti valori di<br />
f IL e alti valori di T(10°) e<br />
corrispondono ai moduli<br />
realizzati accoppiando il<br />
vetro testurizzato con<br />
l’antiriflesso sul silicio (ARC)<br />
(classi E, F).<br />
2<br />
T ( " ) = 1#<br />
R(<br />
" ) = 0.<br />
5 neq<br />
(cos"<br />
t / cos"<br />
i ) ( ! p + ! s<br />
" = ( 2sin!<br />
cos!<br />
) / [ sin( ! + ! ) cos( ! # ! ) ]<br />
"<br />
p<br />
s<br />
sin!<br />
= sin!<br />
/ n<br />
t<br />
t<br />
t<br />
= ( 2sin!<br />
cos!<br />
) / sin( ! + ! )<br />
i<br />
eq<br />
i<br />
i<br />
i<br />
i<br />
t<br />
t<br />
! i<br />
! t<br />
Performance ratio for reflection loss:<br />
PR R =T(!)/T(0)<br />
i<br />
t<br />
2<br />
)
diff (%)<br />
6<br />
5<br />
Riflettanza diffusa, R<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
3 4 5 6 7 8 9<br />
Riflettanza totale, R (%) tot<br />
Riflettanza diffusa relativa (%)<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
ARC<br />
flat glass<br />
textured glass<br />
no ARC<br />
mono-Si modules<br />
10 20 30 40 50 60 70<br />
RIFLETTOMETRO ROSE<br />
Flat glass top surface<br />
Angolo d'incidenza (°)<br />
Misure di riflettanza totale e diffusa.<br />
La riflettanza totale e quella diffusa sono<br />
correlate principalmente dalla testurizzazione<br />
della superficie del vetro.<br />
Risulta infatti (per $=633 nm):<br />
Vetro piano: R tot (10°,$)=3.85+0.93·R diff<br />
Vetro testurizzato: R tot (10°,$)=3.28+0.98·R diff<br />
, R tot (10°,$)-R(air/glass)+R diff<br />
Misure di riflettanza diffusa risolte nell’angolo<br />
d’incidenza sono possibili solo su moduli “flatglass”.<br />
I moduli “textured-glass” infatti<br />
producono uno spot speculare allargato che non<br />
può essere estratto dalla sfera.<br />
Misure di riflettanza diffusa relativa mostrano<br />
che i moduli “flat-glass” si differenziano<br />
principalmente per la presenza o meno di ARC.<br />
La componente diffusa è prevalentemente<br />
prodotta all’interfaccia EVA/Si e quindi è<br />
attenuata in presenza dell’ARC. Esso inoltre<br />
determina fenomeni di interferenza e rende<br />
irregolari le curve.
LA PROSSIMA VOLTA PARLIAMO DI:<br />
TEORIA DELLE SFERE INTEGRATRICI (3)<br />
RIFLETTOMETRI ROSE, ARDR, HERE