Otimização geométrica de células solares pelo método design constructal

• Autor(a) principal: Gouvêa, Rogério Almeida
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
• Texto Completo: http://repositorio.furg.br/handle/1/9166
• topic: Teoria construtal; Células solares; FDTD; Otimização geométrica; Constructal theory; Solar cells; Geometric optimization

A modelagem computacional vem se tornando uma ferramenta importante no projeto eotimização das texturas de superfícies usadas em células solares a fim de manipular o espalhamento da luz. O espalhamento da luz em interfaces rugosas, assim como um retrorefletor eficiente, é uma forma tradicional de aumentar a absorção da luz nas camadas absorventes das células solares. Recentemente, substratos com texturas periódicas foram investigados como uma alternativa para substratos com superfícies texturizadas randomicamente alcançando melhores eficiências. Nesse trabalho, a Teoria Construtal é proposta como uma base teórica de otimização geométrica para a superfície de células solares. A magnitude da energia do campo eletromagnético calculado pelo método de diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) é tomada como a função de controle para evoluir a geometria da célula solar no sentido de maior absorção da luz. Diversas geometrias fixas para as texturas foram otimizadas em relação às variáveis que determinam a geometria dos enxertos. O melhor resultado entre essas foi obtido com uma geometria de extremidade circular com área de enxerto igual a 0.1 µm2 e espaçamento entre enxertos (período) de 0.4 µm atingindo um aumento de performance relativa de 63.3% em relação à célula sem textura. Construindo a textura de forma automatizada a partir da função de controle com um limite de área de até 0.1 µm2 o aumento de performance relativa obtido foi de 30.2%. Apesar de inferior ao máximo obtido com geometrias fixas, esse valor é maior que o obtido com geometrias fixas com os mesmos parâmetros de simulação para o qual o melhor resultado foi da textura com formato triangular com 26.1% de aumento de performance relativa.