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中科院工程熱物理所在光伏熱電混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究中取得進展
日期:2021-05-27   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_guomi 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
據(jù)中科院工程熱物理所消息,該單位研究人員應(yīng)用機器學(xué)習(xí)在光伏熱電混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究中取得新進展。

熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換技術(shù)是利用能源轉(zhuǎn)換材料將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的兩種主要技術(shù)形式。二者在提高太陽能利用率的技術(shù)研究發(fā)展方面的關(guān)鍵點,一是研究和開發(fā)高效熱電材料和光伏材料及其組件,二是發(fā)展聚光型光伏熱電技術(shù)。


 
太陽能熱電光電復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)的核心是熱電光伏復(fù)合發(fā)電單元,聚集太陽光入射后,光伏電池首先利用光譜響應(yīng)的波長產(chǎn)生電能,不能被光伏電池利用的光譜能量通過熱電器件進行熱電轉(zhuǎn)換。復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)能夠更充分地利用太陽能全光譜,并且將光伏電池不能利用的能量轉(zhuǎn)入熱電器件,不僅可以降低光伏電池工作時的溫度,還能產(chǎn)生額外的電能。

光伏熱電復(fù)合系統(tǒng)的發(fā)電效率不僅受太陽光聚光比、系統(tǒng)工作時溫度、外接負(fù)載大小等因素影響,光伏電池與熱電器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)也會顯著影響混合系統(tǒng)的輸出性能。為了研究這一參數(shù)的具體影響,中科院工程熱物理所新技術(shù)實驗室新能源材料與設(shè)備團隊研究人員選取單晶硅、砷化鎵太陽能電池和不同尺寸的熱電器件進行了研究。

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圖1 熱電器件輸出功率隨n值的變化

如圖1所示,在不同光伏電池與熱電器件面積比值(n值)下,熱電器件輸出功率會產(chǎn)生明顯的差異。經(jīng)過優(yōu)化研究人員發(fā)現(xiàn),出當(dāng)二者面積比為4時,熱電器件獲得最大的功率輸出。在混合動力系統(tǒng)中,光伏電池和熱電器件輸出的電能相互隔離的情況下,熱電器件獲得最大輸出功率,混合系統(tǒng)的輸出性能最佳。

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圖2 基于機器學(xué)習(xí)對系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化

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圖3 機器學(xué)習(xí)預(yù)測結(jié)果的實驗驗證

獲得實驗數(shù)據(jù)后,研究人員選用機器學(xué)習(xí)方法,對混合系統(tǒng)光伏與熱電器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)再次進行優(yōu)化,通過對實驗數(shù)據(jù)的整理、訓(xùn)練、學(xué)習(xí),建立DNN、LSTM、LSTMA三種模型進行預(yù)測,經(jīng)與實驗結(jié)果對比,LSTM模型的準(zhǔn)確率更高。訓(xùn)練出的模型進一步預(yù)測n值為4.41時可獲得最優(yōu)輸出性能。

這項研究通過對光伏熱電混合系統(tǒng)的優(yōu)化,探討了機器學(xué)習(xí)在結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方面的應(yīng)用,為其在能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能提升的應(yīng)用方面提供了實例和參考。該項研究成果在Engineered Science期刊上發(fā)表,被選為封面論文,張航研究員為論文通訊作者,博士生何澤明和副研究員楊明為共同第一作者。 

原標(biāo)題:中科院工程熱物理所在光伏熱電混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究中取得進展
 
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來源:中科院工程熱物理所
 
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