دانلود پایان نامه

BaTiO3 در ناحیه نور مرئی

شکل ‏۵-۸۲- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی یک لایه ۵ میلیمتری از BaTiO3 در بازه ۰.۷-۲.۴ ?m

شکل ‏۵-۸۳- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی یک لایه ۵ میلیمتری از BaTiO3 در بازه ۴-۸۵ ?m
۵-۴ ضریب جذب ماکزیمم در محدوده تشعشعی خورشید
در این بخش موادی از جنس Cubic-ZnS، Ge، PbSe، PbTe، Te، a-Si، InSb، PbS و CdSe با ضرایب شکست و استهلاک معلوم در محدوده تشعشع خورشید، در نظر گرفته شده است.
بهینه سازی در ۱۱ مرحله انجام شده است. ابتدا بهینه سازی تنها برای یک لایه ضخیم بدون پوشش و براساس جنس و ضخامت انجام شده است. در ادامه ۱ لایه نازک در بالا مورد بررسی قرار گرفته وپس از آن ۱ لایه در پایین و پوشش ۱ لایه نازک در دوطرف مورد بررسی قرار گرفته است. همین روند برای ۲ و ۳ لایه در یک یا دو طرف تکرار شده است. درنهایت تعداد لایهها متغیر در نظر گرفته شده تا سایر حالات مورد بررسی قرار گیرند. پس از حذف نتایج تکراری سایر نتایج ذکر شده است.
پوششهای بهینه با Asol ماکزیمم، در جدول ۵-۲۳ لیست شده اند. Asol نرمال و نیمکروی این پوششها در جدول ۵-۲۴ آورده شده است.

جدول ‏۵-۲۳- پوششهای بهینه با ضریب جذب بالا
پوشش
ساختار
S44
//Cubic-ZnS(5 cm)//
S45
Cubic-ZnS(6210 nm)//CdSe(4.58 cm)//
S46
Cubic-ZnS(740 nm)//CdSe(3.72 cm)//
S47
//Cubic-ZnS(3.7 cm)//InSb(7660 nm)
S48
//Cubic-ZnS(4.8 cm)//PbS(590 nm)
S49
Cubic-ZnS(4550 nm)//CdSe(2.17 cm)//PbS(590 nm)
S50
Cubic-ZnS(5010 nm)//CdSe(3.6 mm)//Te(4890 nm)
S51
Cubic-ZnS(2250 nm)/CdSe(9390 nm)//a-Si(2.33 cm)//
S52
//Cubic-ZnS(4.04 cm)//CdSe(4920 nm)/PbS(8250 nm)
S53
//Cubic-ZnS(1.86 cm)//InSb(2000 nm)/PbSe(5780 nm)
S54
Cubic-ZnS(100 nm)/CdSe(390 nm)//Cubic-ZnS(3.9 cm)//Ge(4630 nm)/PbSe(360 nm)
S55
Cubic-ZnS(300 nm)/CdSe(11910 nm)//a-Si(3.75 cm)//
InSb(100 nm)/Cubic-ZnS(16160 nm)
S56
Cubic-ZnS(140 nm)/CdSe(3810 nm)//Cubic-ZnS(3.5 cm)//Ge(7600 nm)/PbS(760 nm)
S57
Cubic-ZnS(2060 nm)/CdSe(6830 nm)/Cubic-ZnS(8600 nm)//a-Si(2.53 cm)//
S58
//Cubic-ZnS(5 cm)//CdSe(5800 nm)/PbS(7710 nm)/PbTe(1000 nm)
S59
//Cubic-ZnS(4.6 cm)//Ge(300 nm)/PbS(9760 nm)/Cubic-ZnS(14450 nm)
S60
//Cubic-ZnS(2.99 cm)//Ge(4560 nm)/PbSe(3150 nm)/Cubic-ZnS(4660 nm)
S61
//Cubic-ZnS(2.22 cm)//CdSe(9210 nm)/PbSe(930 nm)/Cubic-ZnS(7210 nm)
S62
//Cubic-ZnS(2.34 cm)//a-Si(4950 nm)/InSb(2470 nm)/PbS(3600 nm)
S63
//Cubic-ZnS(1.61 cm)//CdSe(7940 nm)/PbS(4140 nm)/Cubic-ZnS(4090 nm)

جدول ‏۵-۲۴- ضریب جذب نرمال و نیمکروی متوسط هر پوشش
پوشش
Asol,Normal
Asol,Hemispherical
S44
۷۸/۰
۶۴/۰
S45
۸۳/۰
۶۶/۰
S46
۸/۰
۶۵/۰
S47
۸۳/۰
۶۷/۰
S48
۸۳/۰
۶۷/۰
S49
۸۳/۰
۶۷/۰
S50
۸۱/۰
۶۷/۰
S51
۸۵/۰
۶۷/۰
S52
۸۴/۰
۶۸/۰
S53
۸۳/۰
۶۷/۰
S54
۸۳/۰
۶۸/۰
S55
۸۴/۰
۶۶/۰
S56
۸۳/۰
۶۷/۰
S57
۸۴/۰
۶۶/۰
S58
۸۴/۰
۶۸/۰
S59
۸۴/۰
۶۸/۰
S60
۸۳/۰
۶۷/۰
S61
۸۳/۰
۶۷/۰
S62
۸۳/۰
۶۶/۰
S63
۸۳/۰
۶۷/۰
در هر مورد نمودار مربوط به الگوریتم بهینهسازی و نمودار ضریب جذب نرمال و نیمکروی در محدوده تشعشع خورشید برایS44 و S51 رسم شده است. نمودارهای مربوط به سایر ساختارهای بهینه در پیوست ۲ آورده شده است.

شکل ‏۵-۸۴- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -Asol در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S44

شکل ‏۵-۸۵- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S44 در محدوده تشعشع خورشبد

شکل ‏۵-۸۶- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری -Asol در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیهسازی شده) منجر به ساختار S51

شکل ‏۵-۸۷- ضریب جذب نرمال و نیمکروی پوشش S51 در محدوده تشعشع خورشبد
به این ترتیب دیده میشود که پوششهایی مانند S51، S52، S54، S58 و S59 با ضرایب جذب نرمال و نیمکروی بالا میتوانند پوششهای مناسبتری باشند.
۵-۴-۱ ضریب جذب ماکزیمم سلولهای خورشیدی لایه نازک
سلولهای خورشیدی لایه نازک به دلیل قیمت پایین (به علت نیاز کمتر به مواد اولیه) در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. ولی راندمان این سلولها نسبت به سلولهای خورشیدی معمولی پایینتر است. در این بخش صرفا از دید انتقال حرارت تشعشعی به این سلولها پرداخته شده و هدف ماکزیمم کردن ضریب جذب این سلولها است. ضخامت لایههای دو سلول خورشیدی لایهنازک GaAs/Si [58] و CdTe/Ge [59] متغیر در نظر گرفته شده و ضخامتهای بهینه برای ضریب جذب ماکزیمم محاسبه شده است.
ضخامتهای بهینه در سلول GaAs/Si در بهترین حالت به کمک الگوریتم ژنتیک (شکل ۵-۹۹) به صورت ۵/۱۶ میکرومتر GaAs و ۵۰۰ میکرومتر Si بدست آمده است. Asol در این حالت ۰.۵ بدست امده است. ضمن اینکه برای این سلول ضریب جذب با تغییر ضخامت لایهها تغییرات بسیار کمی خواهد داشت.

شکل ‏۵-۸۸- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -Asol در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) برای محاسبه ضخامتهای بهینه سلول خورشیدی لایه نازک GaAs/Si
ضخامتهای بهینه در سلول CdTe/Ge در بهترین حالت به کمک الگوریتم عملیات حرارتی شبیهسازی شده (شکل ۵-۱۰۰) به صورت ۳/۹ میکرومتر CdTe و ۵۰۰ میکرومتر Ge بدست آمده است. Asol این ساختار برابر با ۰.۷۳ محاسبه شده است.

شکل ‏۵-۸۹- نمودار بهترین مقدار و مقدار جاری -Asol در هر تکرار (الگوریتم عملیات حرارتی شبیهسازی شده) برای محاسبه ضخامتهای بهینه سلول خورشیدی لایه نازک CdTe/Ge
۵-۵ ضریب بازتاب ماکزیمم در محدوده تشعشعی خورشید
با تکرار بخش ۵-۴ برای ضریب بازتاب ماکزیمم و با در نظر گرفتن یک لایه ضخیم پوشش S64 به صورت یک لایه PbTe با ضخامت ۸/۱ میلیمتر بدست آمده است. Rsol این پوشش در جهت نرمال برابر با ۰.۶۳ و Rsol نیمکروی برابر با ۰.۷۴ است.

شکل ‏۵-۹۰- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -Rsol در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S64

شکل ‏۵-۹۱- ضریب بازتاب نرمال و نیمکروی پوشش S64 در محدوده تشعشع خورشبد
با اضافه کردن لایههای نازک، هیچ ساختاری با ضریب بازتاب بزرگتر بدست نیامد.
۵-۶ ضریب عبور ماکزیمم در محدوده تشعشعی خورشید
با تکرار بخش ۵-۴ برای ضریب عبور ماکزیمم و با در نظر گرفتن یک لایه ضخیم پوشش S65 به صورت یک لایه Cubic-ZnS با ضخامت ۵۰۰ میکرومتر بدست آمده است. Tsol این پوشش در جهت نرمال برابر با ۰.۷ و Tsol نیمکروی برابر با ۰.۴۹ است.

شکل ‏۵-۹۲- نمودار بهترین مقدار و مقدار متوسط -Tsol در هر نسل (الگوریتم ژنتیک) منجر به ساختار S65

شکل ‏۵-۹۳- ضریب عبور نرمال و نیمکروی پوشش S65 در محدوده تشعشع خورشبد
با اضافه کردن لایههای نازک، هیچ ساختاری با ضریب عبور بزرگتر از ۰.۴ بدست نیامد.
۶- فصل ششم
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهاد
در این فصل نتیجهگیری و جمعبندی نتایج ارائه میشود. در پایان تعدادی پیشنهاد برای پژوهشهای بعدی آورده شده است.
۶-۱ نتیجه گیری
۱. برای اولین بار تعدادی پوشش (S11، S12 و S15) برای خنککاری تشعشعی در زیر تابش مستقیم خورشید معرفی شد. محاسبات نشان میدهد با استفاده از این پوششها میتوان به کاهش دمای ۲ تا ۳ درجه سانتیگراد نسبت به محیط دست پیدا کرد.
۲. اهمیت Asol برای خنککاری در روز مورد بحث قرار گرفت و عنوان شد که، خنککاری در روز تنها با T8-13 بزرگ، Asol کوچک و Tsol نزدیک به صفر امکانپذیر است.
۳. تعداد زیادی پوشش بهینه برای خنککاری تشعشعی در شب معرفی شد که به کمک آنها میتوان افت دما را تا حدود ۲ برابر افزایش داد.
۴. برای اولین بار ایدهی استفاده از KBr پوشش داده شده از دو طرف برای خنککاری تشعشعی در شب مطرح شد. رفتار چنین پوششی تا حد بسیار زیادی به پوشش ایدهال خنککاری در شب نزدیک است.
۵. پوششهای لایهنازک بهینه بر روی شیشه (SiO2) معرفی شد که به کمک آنها در برابر افت جزئی در ضریب عبور ناحیه مرئی، ضریب عبور در ناحیه مادون قرمز به شدت افزایش پیدا میکند و درنتیجه، ساختار میتواند به عنوان آینه حرارتی عمل کند.
۶. استفاده از BaTiO3 به عنوان آینه حرارتی برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفت.
۷. در برخی از موارد مشاهده شد که در اثر اضافه کردن یک لایه نازک به علت تداخل امواج ضریب عبور میتواند افزایش پیدا کند.
۸. استفاده از دو روش الگوریتم ژنتیک و عملیات حرارتی شبیهسازی شده، منجر به نتایج نزدیک به هم شده است. ضمن اینکه در روش عملیات حرارتی شبیهسازی شده، انتخاب نقطه اولیه تاثیری در نتایج نداشته است.
۶-۲ پیشنهاد برای پژوهش های آتی
پیشنهادهای زیر برای ادامهی فعالیت در این زمینه ارائه میشود.
– در نظر گرفتن لایههای نازک فلزی و تکرار محاسبات
– در نظر گرفتن پوششهای نوسانی ۲ و ۳ بعدی جهت دستیابی به ضرایب جذب بالاتر در سلولهای خورشیدی و کلکتورها. لازم به ذکر است که در این صورت روش حل متفاوت خواهد بود و معادلات مکسول باید به صورت عددی حل شوند.
– ساخت تعدادی از پوششهای معرفی شده در این پروژه و اندازهگیری خواص تشعشعی این پوششها و بررسی امکانپذیر بودن استفاده از این پوششها در کاربردهای یاد شده

۷- پیوست ۱
فصل سوم: نحوه محاسبه خواص تشعشعی به کمک نظریه الکترودینامیک
در این پیوست، ابتدا برخی از مفاهیم پایهای مورد نیاز از نظریه الکترودینامیک، معرفی خواهد شد و سپس نحوه محاسبه خواص تشعشعی به کمک این روابط شرح داده میشود.
پ۱-۱ -معادلات مکسول [۴۸]
فرمولبندی ریاضی نظریهی الکترودینامیک بر پایهی معادلات مکسول بنا شده که هر کدام از این معادلات بیانگر یکی از قوانین پایهای الکترومغناطیس است. معادلات مکسول شامل ۴ معادله دیفرانسیل مرتبه ۱ خطی است:
پ۱-۱
پ۱-۲
پ۱-۳
پ۱-۴

در این معادلات میدان الکتریکی (برحسب V/m)، میدان مغناطیسی (برحسب A/m)، چگالی جریان الکتریکی (برحسب A/m2)، جابهجایی الکتریکی (برحسب C/m2)، چگالی شار مغناطیسی (برحسب Wb/m2) و چگالی بار (برحسب C/m3) میباشد. ضمن اینکه واحدهای F (فاراد)، Wb (وبر) و T (تسلا) در الکترومغناطیس به صورت زیر تعریف میشوند:
پ۱-۵
پ۱-۶
پ۱-۷
در این معادلات به ترتیب روابط پ۱-۱تا پ۱-۳ بیانگر قانون فارادی، قانون آمپر و قانون گاوس بوده و رابطه پ۱-۴ معادل قانون گاوس برای یک میدان مغناطیسی است.
از

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید