12.10.2013 Views

trasparenti

trasparenti

trasparenti

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!