[發(fā)明專利]基于數(shù)學(xué)建模對熱光伏中多層熱發(fā)射器參數(shù)的優(yōu)化方法

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• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115374707A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉漢威;張風(fēng)云;劉辰凱;潘文清;李碩碩
• 申請（專利權(quán)）人: 濟(jì)寧學(xué)院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F17/16;G06F111/06;G06F119/02
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 盧登濤

本發(fā)明公開一種基于數(shù)學(xué)建模對熱光伏中多層熱發(fā)射器參數(shù)的優(yōu)化方法，屬于參數(shù)設(shè)計方法技術(shù)領(lǐng)域，熱發(fā)射器主要利用不同的介質(zhì)結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)吸收的熱量的發(fā)射，使大部分發(fā)射的光子低于光伏電池的帶隙波長。光伏電池主要是轉(zhuǎn)換特定帶隙波長以下的高能光子。它具有一定的帶隙能量，因此具有相應(yīng)的帶隙波長。針對多層熱發(fā)射器的的優(yōu)化，本發(fā)明多次利用優(yōu)化算法對層數(shù)，厚度以及各層的材料進(jìn)行尋優(yōu)，選出結(jié)果最好的組合，最后對各個組合進(jìn)行最優(yōu)解分析，選出最大能量與最小波長的組合，得出熱發(fā)射器的各個參數(shù)。設(shè)計出一套新的熱發(fā)射器模型，可以最大化地保證光伏電池對熱發(fā)射器紅外輻射的吸收，并且轉(zhuǎn)化成電能的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)學(xué)建模對熱光伏中多層熱發(fā)射器參數(shù)的優(yōu)化方法，屬于參數(shù)設(shè)計方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

國內(nèi)對于熱光伏的研究相對起步較晚，目前對熱光伏輻射器的研究中，關(guān)于超材料的輻射器較少，尤其是針對超材料輻射器的實(shí)驗(yàn)。吳璽研究了不同的選擇性輻射器(Yb2O3和ErO3)搭配不同的光伏電池(Si和GaSb)的系統(tǒng)效率，又研究了空燃比、燃料質(zhì)量流率以及輻射器尺寸對系統(tǒng)效率的影響，最后搭建了一個大型的熱光伏系統(tǒng)。劉廣平等人研究了一維Si/SiO2光子晶體濾波器對熱光伏系統(tǒng)效率的影響。南京理工大學(xué)的劉霆研究發(fā)現(xiàn)以鉺為摻雜元素的ErAg對于GaSb電池具有良好的匹配性，并分別采用溶膠-凝膠法和熱化學(xué)法制備涂層輻射器。湖北工業(yè)大學(xué)的王強(qiáng)通過仿真設(shè)計十字架結(jié)構(gòu)超材料輻射器，研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對輻射器性能的影響。中國科技大學(xué)的王虎軍通過對氧化鉺涂層型選擇性輻射器、摻雜氧鎳的氧化鎂共晶陶瓷型選擇性輻射器和二氧化釩選擇性輻射器進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)的研究,對比不同選擇性輻射器的性能和影響因素。中國科學(xué)院大學(xué)的Cao Shun等人發(fā)現(xiàn)風(fēng)車型的超材料輻射器可以應(yīng)用在太赫茲探測器上，并且能夠在1.516,2.205,2.424和2.565THz平均吸收率達(dá)到95％。南京大學(xué)的Peng Zhan等人提出了一種基于等離子體-光子混合結(jié)構(gòu)的近紅外雙寬帶完全吸收器，在近紅外波段可以獲得90％以上的吸收率。

彭英才等學(xué)者提出GaSb是一種重要的III.-V.族二元系化合物半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度約為0.72eV，與多種輻射體的光譜配合較好。由于p型GaSb表面載流子復(fù)合速率較低，人們大多采取在n型GaSb表面擴(kuò)散p型雜質(zhì)的方法制備同質(zhì)結(jié)GaSb電池，采用這種方法制備的電池具有很高的量子效率.近年來，隨著GaSb研究的深入，Zn擴(kuò)散方法憑借其工藝簡單、價格低廉的特點(diǎn)而成為主流，并應(yīng)用于商業(yè)化生產(chǎn)。GaSb一般可作為疊層電池的底電池而使用.Khvostikvo等人利用LPE方法制備了GaAs/GaSb太陽電池，其中GaAs作為頂電池，GaSb作為底電池，在300個太陽光的條件下測得其效率為6％。

熱光伏發(fā)電裝置是將各種諸如燃料的燃燒熱、廢熱、太陽能、放射性同位素?zé)嵩吹犬a(chǎn)生的熱量，通過熱輻射發(fā)射器轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外波段的輻射能，該輻射能投射到熱光伏電池上轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。熱光伏發(fā)電系統(tǒng)具有較高的能量輸出密度和理論效率，能源的利用形式較為廣泛，更重要的是可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此該項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)、商業(yè)、軍事和航空航天等領(lǐng)域都將擁有非常巨大的實(shí)用價值和應(yīng)用前景。目前現(xiàn)有技術(shù)中對于多層熱反射器的參數(shù)缺少有效的優(yōu)化設(shè)計手段，無法選出結(jié)果最好的組合，得出熱發(fā)射器的各個參數(shù)。因此，怎樣依據(jù)數(shù)學(xué)建模實(shí)現(xiàn)熱光伏中多層熱發(fā)射器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計成為目前的迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供基于數(shù)學(xué)建模對熱光伏中多層熱發(fā)射器參數(shù)的優(yōu)化方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題。

本發(fā)明所述的基于數(shù)學(xué)建模對熱光伏中多層熱發(fā)射器參數(shù)的優(yōu)化方法，包括以下步驟：

S1：搜索制作多層熱發(fā)射器的材料，查找材料的相關(guān)特征，比如：折射率，消光系數(shù)和波長等數(shù)據(jù)信息；

S2：將所有的材料特性全部擬合在統(tǒng)一波長下；

S3：在統(tǒng)一波長范圍內(nèi)，計算出各種材料的折射率、消光系數(shù)等數(shù)據(jù)信息；