L3 Optimizarea constructala 1

7/30/2019 L3 Optimizarea constructala 1

1/12

Mihaila Roxana Ioana

Milea Daniel

Grupa 123 A

L3. Optimizarea constructala a structurilorfotovoltaice

Celulele fotovoltaice (FV) sunt dispozitive semiconductoare care convertesc

lumina solara direct in energie electrica.

O celula FV este asemenea unei diode, avand o jonctiune p-n si grid colector;

ea este alcatuita din doua straturi de material semiconductor intrinsec, unul de tip

p si unul de tip n, care formeaza o jonctiunep-n. Aceasta jonctiune este sediulunui camp electric intrinsec, de bariera.Particulele de lumina fotonii

absorbite de semiconductor genereaza sarcini electrice (electroni si goluri), iar

prin sarcina se genereaza un curent electric.

Aceasta lucrare urmareste aplicarea principiului constructal pentru

rezolvarea urmatoarei probleme de acces optim [1]: Dandu-se un volum finit care

genereaza caldura (cu sursa de caldura in oricare punct) si care este racit printr-un

port de dimensiuni reduse plasat pe frontiera, precum si o canitate finita dematerial bun conductor, sa se determine distributia materialului bun conductor

astfel incat temperatura maxima sa fie cat mai mica (minimizata).

In aplicatia curenta, aceasta problema de optimizare este echivalenta cu

identificarea structurii gridului colector care minimizeazaRS.

1


2/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

In continuare vom studia designul electric optim pentru celula FV elementara

precum si ansamblurile de ordin superior, optimale.

Celula elementara

Determinati factorul de forma,H0/L0, optim pentru celula care are

p = 100 0.

Comentati rezultatul obtinut.

Stabiliti aria celulei,Acelula, 1 (adimensional) si aria materialului bun

conductor alocat,Abanda, 0.01 (adimensional).

Veti calcula rezistenta serie,Rserie, definita prin raportul Vmax/Itotal, unde

Itotaleste curentul produs de celula.

Construiti graficulRserie(f), pentru f = 0.5; 0.7; 0.9; 1; 1.1; 1.3; 1.5; 1.7; 1.9.

Care este factorul de forma optim pentru careRserie este minim?Repetati determinarile pentru p = 1000 0.

Rezolvare:

Date: D, Vmax, f, H, L doua cazuri: L=100sigma si L=1000sigma.

Legea lui Ohm: U=R*I => I=U/R.

2


3/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

Ne intereseaza R.

R=U/I, unde U se stie, iar I este constant, pentru ca la orice valoare suprafata

ramane aceeiasi.

Tensiunea maxima poate fi minimizata in raport cu factorul de forma al

celulei elementare:

factorul optim=f=H/L.

- selectam Conductive Media DC;

- stabilim constantele: f=1;

L=1/sqrt(f);

H=sqrt(f);

D=0.01*H;

sigma=1+Nr./10 => sigma=1+10/10;

sigma conductor=100*sigma.

- stabilim datele in Rectangle:

- Rectangle 1: Width: L;

Height: H;

Base: x:0;

y:-H/2.

- Rectangle 2: Width: L;

Height: D;

Base: x:0;y:-D/2.

- mergem la Meche mode si rafinam o data;

- ne va aparea celula de baza neoptimizata (pag 4).

3


4/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

Celula de baza neoptimizata

4


5/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

- pentru a afla curentul, am integrat pe latura 3, deoarece e singura latura

diferita (nu este integrata) => value of integral=0.983873 [A/m]

=> curentul generat de suprafata tinde spre grid-

colector;- ne va aparea densitatea de curentpe acea suprafata.

Densitatea de curent pe acea suprafata

5


6/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

Aflam factorul de forma optim pentru careRserie este minim:

- alegem valoarea sigma=100p;

- pastram datele de la Rectangle 1 si Rectangle 2;

- la sectiunea constante lui f ii atribuim pe rand valorile 0.8, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8.

f 0.

2

0.

4

0.

6

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

100 - - - 0.226

1

0.20316

5

0.19158

8

0.18680

7

0.1863

8

0.18888

3

-

- gasim minimul la valoarea 1.6;

- revenim la setari si ii atribuim lui f aceasta valoare pentru a ne arata celula

optima sigma 100.

Celula optima sigma 100

6


7/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

- alegem valoarea sigma=1000p;

- pastram datele de la Rectangle 1 si Rectangle 2;

- la sectiunea constante modificam sigma=1000*sigma, iar lui f ii atribuim pe

rand valorile 0.4, 0.6, 0.8, 1.2, 1.8.

f 0.

2

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.

4

1.6 1.8 2

1000 - 0.079743

0.07226

1

0.0744550

0.080714

0.089081

- - - -

- gasim minimul la valoarea 0.6;

- revenim la setari si ii atribuim lui f aceasta valoare pentru a ne arata celula

optima sigma 1000.

7


8/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

Celula optima sigma 1000

- accesam programul Matlab unde calculam Vmax in functie de factorul de

forma f;

- se afiseaza: - parabola sigma 100;

- parabola sigma 1000.

parabola sigma100_l3.fig

parabolasigma1000_l3.fig

8


9/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

Ansamblul de ordinul I

9


10/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

Stabiliti aria (cantitatea) de material bun conductor: de 2 ori aria materialuluibun conductor alocat pentru celula elementara, si p = 100 0.

Determinati ansamblul de ordinul I optim: veti calcula rezistenta serie,Rserie,

definita prin raportul Vmax/Itotal, undeItotaleste curentul produs de celula.

Construiti graficul variatiei luiRserie n raport cu numarul de perechi de celule.

Cte perechi de celule elementare contine ansamblul de ordin I optim? Comentati

rezultatele obtinute. Repetati determinarile pentru p = 1000 0.

Rezolvare:

Problema de optimizare este acum determinarea factorului de forma optim H1

L1 , sau cte celule FV elementare trebuiesc conectate astfel nct tensiunea

maxima pe ansamblu sa fie minimizata.

Ansamblul prezinta un al doilea grad de libertate, in raport cu care se poate

efectua o a doua optimizare: D1.

- rotim desenul;

- in mirror facem urmatoarele setari: point on line: x=0, y=0;

normal vector: x=0, y=1;

- la imaginea noua se stabileste: Width: L;

Height: D*10;Base: x:-H/2;

y:D*5.

- modificam conditiile de subdomeniu si cele de limita;

- dupa ce aplicam comanda solve, ne va aparea ansamblul de ordinul I.

10


11/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

Ansamblul de ordinul I

- in continuare am facut calcule pentru celula elementara de ordinul I si am

facut si graficul acesteia;

11


12/12


Milea Daniel

Grupa 123 A

Celula elementara de ordinul I si graficul ei

12

L3 Optimizarea constructala 1

Documents

Transcript of L3 Optimizarea constructala 1