Architecturally Integrated Smart Solar Concentrators for Zero-Energy Buildings

Abstract

Aquesta tesi desenvolupa i optimitza un sistema fotovoltaic concentrador integrat arquitectònicament, destinat a generar electricitat i il·luminar interiors. El disseny micro-CPV proposat, compacte i amb seguiment solar, empra doblets de lents per corregir aberracions cromàtiques. La seva estructura permet el pas de llum difusa per a la il·luminació interior. S’ha utilitzat un algoritme de disseny òptic per definir les superfícies òptiques sota múltiples restriccions. S’han fabricat prototips per validar el rendiment òptic i elèctric amb cèl·lules de silici, i s’ha muntat un mòdul complet. Finalment, s’ha avaluat la seva producció energètica anual i el seu impacte ambiental.

Esta tesis desarrolla y optimiza un sistema fotovoltaico concentrador integrado arquitectónicamente, destinado a generar electricidad e iluminar interiores. El diseño micro-CPV propuesto, compacto y con seguimiento solar, emplea dobletes de lentes para corregir aberraciones cromáticas. Su estructura permite el paso de luz difusa para iluminación interior. Se usó un algoritmo de diseño óptico para diseñar las superficies ópticas bajo múltiples restricciones. Se fabricaron prototipos para validar el rendimiento óptico y eléctrico con células de silicio, y se ensambló un módulo completo. Finalmente, se evaluó su producción energética anual y su impacto ambiental.

This thesis develops and optimises an architecturally integrated concentrating photovoltaic system, designed to generate electricity and illuminate indoor spaces. The proposed micro-CPV design, compact and equipped with solar tracking, uses lens doublets to correct chromatic aberrations. Its structure allows diffuse light to pass through for interior lighting. An optical design algorithm was used to define the optical surfaces under multiple constraints. Prototypes were fabricated to validate the optical and electrical performance using silicon cells, and a complete module was assembled. Finally, its annual energy production and environmental impact were evaluated.