Design of near and far-field thermophotovoltaic energy converters using bayesian optimization
Bayes optimizasyonu kullanılarak yakın ve uzak-alan termofotovoltaik enerji donüştürücülerinin tasarımı
- Tez No: 972258
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN ERTÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Enerji, Metalurji Mühendisliği, Mechanical Engineering, Energy, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çevre krizi, insanlığın karşı karşıya olduğu en büyük zorluklardan biri olmuştur. Karbondioksit (CO2) salınımı ve atık ısı, küresel ısınma yoluyla bu durumun temel nedenleri arasındadır. Bir yayıcı tarafından termal olarak üretilen fotonların bir fotovoltaik hücre aracılığıyla toplanmasına dayanan termofotovoltaik (TPV) enerji dönüşü-mü, hem yenilenebilir güneş enerjisini hem de atık ısıyı kullanabildiği için umut verici bir yöntemdir. Bu tezde, hem yakın-alan hem de uzak-alanda optimize edilmiş TPV sistemlerinin tasarımı sunulmuştur. Yakın-alan, ışınımın Planck yasasıyla öngörülenin çok üzerine çıktığı ve dalgalanan elektrodinamik kuramı ile açıklandığı, dalga boyundan daha kısa mesafeleri ifade eder. Her iki rejimde de, maksimum performans için malzeme seçim kriterlerini ortaya koymak amacıyla kullanılacak malzemelerin en uygun dielektrik fonksiyonlarının incelendiği yenilikçi bir yaklaşım benimsenmiştir. Her iki analizde de, makine öğrenmesine dayalı bir yöntem olan Bayes optimizasyonu kullanılmıştır; bu yöntemde, bir vekil model amaç fonksiyonunu taklit ederken, bir kazanç fonksiyonu sınırlı sayıda amaç fonksiyonu değerlendirmesiyle girdi uzayını keşfeder ve değerlendirir. Uzak-alan tasarımında, parametrik bir TPV analiziyle belirlenen ideal spektral yayım oranına yaklaşmak amacıyla çok katmanlı seçici bir yayıcı kullanılmıştır; bu yöntem ters tasarım olarak bilinir. Yakın-alan tasarımında ise, metal bir yayıcı ile yığın rekombinasyon kayıplarını ortadan kaldıran ince bir hücre arasında oluşan uçucu dalga eşleşmesi detaylı biçimde incelenmiştir. Uzak-alan ve yakın-alan tasarımlarında elde edilen verim ve güç yoğunluğu değerleri sırasıyla %17.5 ve 4.88 kW/m2, ile %31.1 ve 18.3 kW/m2 olarak bulunmuştur. Bu bulgular, hem sürdürülebilir enerji dönüşüm teknolojilerinin tasarımında hem de spektral olarak seçici optoelektronik ve fotonik sistemlerde yeni bir bakış açısı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The environmental crisis has been one of the biggest challenges facing humanity. The release of carbon dioxide (CO2) and waste heat are among the root causes of this situation through global warming. Thermophotovoltaic (TPV) energy conversion, in which the photons thermally generated by an emitter are harvested using a photovoltaic cell, is a promising method because TPVs can utilize both renewable solar energy and waste heat. This thesis presented the design of optimized TPV systems in both the near-field and far-field. Near-field refers to sub-wavelength distances where radiative transfer significantly exceeds the estimate of the Planck law and is explained by the theory of fluctuational electrodynamics. A novel approach is adopted in both regimes by examining the optimal dielectric functions of the constituent materials to establish material selection criteria for maximum performance. Bayesian optimization, a machine learning-based method, is used in both analyses, in which a surrogate model imitates the objective function, while an acquisition function explores and exploits the input space with a limited number of objective function evaluations. In the far-field design, a multilayer selective emitter is utilized to approach the ideal spectral emittance identified by a parametric TPV analysis, a method known as the inverse design. In the near-field design, the evanescent coupling between a metal emitter and a thin cell that eliminates the bulk recombination losses on a metal substrate is analyzed in detail for maximum efficiency. The efficiency and power density values obtained in the far-field and near-field designs are 17.5% and 4.88 kW/m2, and 31.1% and 18.3 kW/m2, respectively. These findings open up a new perspective on the design of sustainable energy conversion technologies as well as spectrally selective optoelectronic and photonic systems.
Benzer Tezler
- Yakın fay yer hareketleri ve performansa dayalı tasarıma uyarlanmaları
Near fault ground motions and their incorporation in performance based design
NECMETTİN GÜNEŞ
Doktora
Türkçe
2009
Deprem MühendisliğiFırat Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZÜLFÜ ÇINAR ULUCAN
- Effect of near-field ground motions on displacement amplification spectra ın ınelastic seismic performance evaluation
Elastik olmayan deprem performans değerlendilmesinde yakin-alan yer hareketlerinin yerdeğiştirme büyütme spektrumlarina etkisi
YUNUS EMRE BÜLBÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Deprem MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜLÜM TANIRCAN
- Near field investigation of borehole heat exchangers
Başlık çevirisi yok
SELÇUK EROL
Doktora
İngilizce
2016
Mühendislik BilimleriUnıversıte Lıbre de Bruxelles (ecole Polytechnıque de Bruxelles)Prof. BERTRAND FRANCOIS
- The design and evaluation of seismic performance of high level of ductile rigid frames
Süneklik düzeyi yüksek rijit çerçevelerin tasarımı ve sismik performanslarının ölçülmesi
ÇAĞDAŞ ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiYapı Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DEVRİM ÖZHENDEKCİ
- Design and analysis of high power sepic converter
Yüksek güçlü sepıc çeviricinin dizayn ve analizi
İBRAHİM HALİL HAYIRLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Okan ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH BARIŞ ÖZTÜRK
DOÇ. DR. BURAK KELLECİ