Design of spectrally selective coatings for high efficiency power generation devices
Yüksek verimli güç üreten cihazları için, ışının dalgaboyuna göre seçici davranan kaplamaların tasarımı
- Tez No: 503210
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HAKAN ERTÜRK, PROF. DR. MUSTAFA PINAR MENGÜÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Bu tez, ışının dalgaboyuna göre seçici davranan ışıyan ve filtre eden yapıların, thermophotovoltaic (TPV) gibi optik ve ısı uygulamalarındaki tasarımını ve optimize edilmesi hedeflemektedir. Bu cihazlarda dalgaboyuna göre seçici ışıyan ve filtre eden yapılar kullanmak, optiumum bir sisteme ulaşmak için oldukca önemli bir adımdır. Sunulan Si/SiO2 bazlı filtre konsepti, proses için gerekli enerjiyi minimize etmek amacıyla, çevrilemeyen aralığın büyük bölümünü ışıyıcıya geri yansıtır aynı zamanda da kesme dalgaboyu değiştirilebildiğinden değişik sıcaklıklardaki farklı tipten hucre ve ışıyıcılara adapte edilebilir. Bu çalışma ana olarak InGaSb bazlı TPV hucrelere odaklansa da, Si, GaSb, and Ga0.78In0.22As0.19Sb0.81 bazlı hucreler de incelenmiştir. Simülasyonlar TPV cihazlarda bu tip filtreler kullanılarak genel system ve cihaz verimliliğinde kaydadeğer gelişme olduğunu göstermiştir. Ek olarak, grafen bazlı dalga boyuna göre seçici yapılar, dar dalgaboyu aralığında ışık emilimi ve geçişi elde edebilmek için teorik açıdan incelenmiştir. Spektral emilim ve geçişi tanımlayabilmek için iki konsept tanımlanmış ve sonuçta yüzey yapıları ve grafen katmanları ile bu 2 boyutlu, çok katmanlı yapıların dar bant aralığında emilim ve geçiş yapabilmekte olduğu gösterilmiştir. Işınım yapan yapılar için grafen katmanının etkisi güç yitimi profilleri kullanılarak tanımlanmıştır. Önerilen filtre yapısı daha sonra TPV sistemi için optimize edilmiş ve genel TPV verimliliğinin optimize edilmiş filtreler kullanarak geliştirilebildiği görülmüştür. Bu tezde açıklanılan metodoloji, seçilmiş uygulamalar için gelişmiş bir ışıma ve filtrasyon tasarım prosedürü sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis is aimed at designing and optimizing spectrally selective emitters/ filters for optical or thermal applications such as thermophotovoltaic (TPV) devices. Using spectrally selective emitters/filters in these devices is a crucial step to approach to an optimum system. Design of a spectrally selective filter based on one-dimensional Si/SiO2 layers is considered first for improved performance of TPV devices. Spec- trally selective filters transmit only the convertible radiation from the emitter as non- convertible radiation leads to a reduction in cell efficiency due to heating. The presented Si/SiO2 based filter concept reflects the major part of the unconvertible range back to the emitter to minimize energy required for the process and it is adaptable to differ- ent types of cells and emitters with different temperatures since its cut-off wavelength can be tuned. While this study mainly focuses on InGaSb based TPV cell, Si, GaSb, and Ga0.78In0.22As0.19Sb0.81 based cells are also examined. The simulations show that significant enhancement in the overall system and device efficiency is possible by using such filters with TPV devices. In addition, graphene based spectrally selective nano- structures are theoretically investigated to achieve absorption and transmission within narrow wavelength bands. Two concepts are identified to control the spectral ab- sorptance and transmittance and the results showed that using these two-dimensional, multi-layered structures, with gratings and graphene layers narrow-band absorptance and transmittance can be achieved. The effect of the graphene layer is identified for the emitter structure using power dissipation profiles. The suggested filter structure is then optimized for a TPV system and it is shown that the overall TPV system efficiency can be improved by using the optimized filter. The methodology described in this thesis allows for an improved emitters/filters design procedure for selected applications.
Benzer Tezler
- Optimization of pigmented coatings for concentrating solar thermal applications
Yoğunlaştırıcılı ısıl güneş uygulamalarında kullanılan pigmentli boyaların optimizasyonu
REFET ALİ YALÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Bilim ve TeknolojiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAKAN ERTÜRK
- Advanced coating technologies with spectral alteration for solar applications
Güneş uygulamarı için dalgaboyuna hassas özellikli gelişmiş kaplama teknolojileri
REFET ALİ YALÇIN
Doktora
İngilizce
2018
EnerjiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN ERTÜRK
- Dielectric metasurfaces as passive radiative coolers, colorimetric refractive index sensors, color filters, and one-way perfect absorber/reflectors with transparent sidebands
Uzay aracı pasif radiatif soğutucu, kolorimetrik kırıcılık indisi sensörü, renk filtresi, ve komşu bantlarda geçirgen tek taraflı mükemmel soğurucu/ yansıtıcılar olarak dielektrik metayüzeyler
DENİZ UMUT YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Kimyasal tankerlerde tank kaplamaları seçimine yönelik sayısal analiz
Numerical analysis on selection of tank coatings in chemical tankers
MURAT MERT TEKELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE AKYÜZ
- Design and analysis of metamaterial based perfect absorbers
Metamalzeme bazlı mükemmel soğurucuların dizayn ve analizi
MAHMUT CAN SOYDAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VAKUR BEHÇET ERTÜRK
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY