一种同位素热光伏系统中晶元尺寸的确定方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种同位素热光伏系统中晶元尺寸的确定方法及装置，其中，该方法包括：步骤1：获取同位素热光伏系统的简化组成器件；步骤2：将简化组成器件的材料固有参数、边界条件参数、空间尺寸导入有限元软件，形成三维模型；步骤3：划分三维模型的有限单元网格，形成网格节点；步骤4：通过辐射热通量接口获取网格节点的辐射光照强度；步骤5：将辐射光照强度导入拓扑数学模型，确定各个晶元的长度y

【技术实现步骤摘要】
一种同位素热光伏系统中晶元尺寸的确定方法及装置


[0001]本申请涉及同位素发电
，尤其是涉及一种同位素热光伏系统中晶元尺寸的确定方法及装置。

技术介绍

[0002]同位素热光伏系统(RTPV)具有发电效率高、功率密度大、使用寿命长等优点，其发电原理和太阳能发电方式类似，未来在太空探测、航天航海、军事国防中将发挥重要作用。
[0003]现阶段，同位素热光伏系统的热源通常被设计成矩形结构，由于热源这种矩形空间结构的限制，由热源表面辐射器辐射出的光谱照射在光电转换晶元表面时是不均匀的，呈现出晶元阵列中心光照强度高、边缘光照强度低的空间分布方式，这将降低晶元阵列边缘处输出的电功率，而晶元阵列中包括的多个晶元采用串并联的方式进行连接，各个晶元通过串并联方式连接后，就会降低整面晶元阵列的发电功率。
[0004]因此，同位素热光伏系统发电领域亟待解决这种因光谱照射不均匀造成的发电功率低的技术难题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种同位素热光伏系统中晶元尺寸的确定方法及装置，能够以每个晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同位素热光伏系统中晶元尺寸的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：步骤1：获取同位素热光伏系统的简化组成器件，以及所述简化组成器件的材料固有参数、边界条件参数、空间尺寸；其中，所述简化组成器件包括：热源、辐射器、滤波器、晶元阵列、隔热保温材料；所述材料固有参数包括：热导率、热容、材料表面发射率、透射率、反射率、密度；所述边界条件参数包括：初始温度、热源功率；步骤2：将所述简化组成器件的材料固有参数、边界条件参数、空间尺寸导入有限元软件，在所述有限元软件中形成所述同位素热光伏系统的三维模型；步骤3：在所述有限元软件中对所述同位素热光伏系统的三维模型进行有限单元网格划分，形成多个网格节点；步骤4：获取所述有限元软件输出的各个网格节点的温度值，并通过辐射热通量接口获取各个网格节点的辐射光照强度；步骤5：将各个网格节点的辐射光照强度导入拓扑数学模型，采用如下公式，以所述晶元阵列中每列晶元接收的辐射光照强度相一致为目标条件，确定所述晶元阵列中各个晶元的长度y
j
，其中，位于同一列内的晶元的长度y
j
相一致：FindY＝{y
j
},(j＝1、2、
……
、n)；Min{w
j
‑
W/n},(j＝1、2、
……
、n)；采用如下公式，以所述晶元阵列中每个晶元接收的辐射光照强度相一致为目标条件，确定所述晶元阵列中位于同一列内的各个晶元的宽度x
ij
：FindX＝{x
ij
},(i＝1、2、
……
、m,j＝1、2、
……
、n)；Min{w
ij
‑
W/(m*n)},(i＝1、2、
……
、m,j＝1、2、
……
、n)；其中，所述晶元阵列中行i的总数为m、列j的总数为n，W为所述晶元阵列接收的辐射光照强度、w
j
为所述晶元阵列中每列晶元接收的辐射光照强度，w
ij
为所述晶元阵列中每个晶元接收的辐射光照强度；步骤6：基于所述晶元阵列中各个晶元的长度y
j
、宽度x
ij
，更新导入所述有限元软件中的所述晶元阵列的空间尺寸，并更新各个晶元接收的辐射光照强度w
ij
，基于各个晶元接收的辐射光照强度w
ij
计算平均因子，若所述平均因子大于预设阈值，则将各个晶元的长度y
j
、宽度x
ij
确定为晶元的最优尺寸，否则，重复步骤2至步骤6，直至所述平均因子大于预设阈值。2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述获取同位素热光伏系统的简化组成器件，包括：对所述同位素热光伏系统进行分解，得到完整组成器件；其中，所述完整组成器件包括：空间结构完整的热源、空间结构完整的辐射器、空间结构完整的滤波器、空间结构完整的晶元阵列、空间结构完整的隔热保温材料；对所述完整组成器件进行简化，省略所述空间结构完整的热源的内部结构、所述空间结构完整的辐射器的空间尺寸结构、所述空间结构完整的滤波器的空间尺寸结构、所述空间结构完整的晶元阵列的板厚和形状，以及所述完整组成器件中包括的螺纹、螺纹孔、倒角、圆角、支撑件、加热丝，得到所述同位素热光伏系统的简化组成器件。3.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述简化组成器件的材料固有参数、边界条件参数包括：
所述热源的材料固有参数、边界条件参数：热导率、热容、密度、热源功率、初始温度；所述辐射器的材料固有参数、边界条件参数：热导率、热容、密度、初始温度、材料表面发射率；所述滤波器的材料固有参数、边界条件参数：热导率、热容、密度、初始温度、透射率、反射率、材料表面发射率；所述晶元阵列的材料固有参数、边界条件参数：热导率、热容、密度、初始温度、材料表面发射率；所述隔热保温材料的材料固有参数、边界条件参数：热导率、热容、密度、初始温度、材料表面发射率。4.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述在所述有限元软件中对所述同位素热光伏系统的三维模型进行有限单元网格划分，形成多个网格节点，包括：基于第一网格尺寸，对所述辐射器、所述滤波器进行有限单元网格划分，并基于第二网格尺寸，对所述热源、所述晶元阵列、所述隔热保温材料进行有限单元网格划分；其中，所述第一网格尺寸的密度大于所述第二网格尺寸的密度。5.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述拓扑数学模型通过如下方式计算W、w
ij
、w
j
、y
j
、x
ij
：针对每个网格节点，对该网格节点的辐射光照强度采用间距d进行插值，得到多个插值点以及每个插值点的数值；针对每个插值点，将该插值点的数值与所述间距d的平方的乘积确定为该插值点的高度值h
ab
,(a＝1、2、
……
、m/d,b＝1、2、
……
、n/d)；将m/d行、n/d列的插值点的高度值h
ab
进行累加，计算得到W；针对每一列插值点，计算该列插值点的数值的和值，得到每一列插值点第一数值p
b
(b＝1、2、
……
、n/d)；分别对算式|p
s
‑
W/n|、|p
s
+p
s+1
‑
W/n|、|p
s
+p
s+1
+p
s+2
‑
W/n|、
……
、|p
s
+p
s+1
+p
s+2
+
……
+p
n/d
‑
W/n|进行计算，得到(n/d
‑
s+1)个绝对值，将(n/d
‑
s+1)个绝对值中数值最小的绝对值对应的算式中包含的p
b
确定为所述晶元阵列中第q列晶元对应的p
b
，基于所述晶元阵列中第q列晶元对应的p
b
，确定w
q
、y
q
，将所述晶元阵列中第q列晶元对应的p
b
中最大的下标值确定为r,将q加1，将s更新为(r+1)，s、q的初始值均为1，若q等于(n+1)，则终止计算，得到y
j
(j＝1、2、
……
、n)和w
j
(j＝1、2、
……
、n)；针对所述晶元阵列中的任一列晶元j(j＝1、2、
……
、n)，根据该列晶元对应的p
b
的下标所在的范围，确定该列晶元对应的插值点的列数(t、t+1、
……
、t+c)，计算p
at
+p
a(t+1)
+
……
+p
a(t+c)
(a＝1、2、
……
、m/d)，将计算结果确定为第a行的第二数值p
aj
(a＝1、2、
……
、m/d)；针对所述晶元阵列中的任一列晶元j，分别对算式|p
ej
‑
W/(m*n)|、|p
ej
+p
(e+1)j
‑
W/(m*n)|、|p
ej
+p
(e+1)j
+p
(e+2)j
‑
W/(m*n)|、
……
、|p
ej
+p
(e+1)j
+p
(e+2)j
+
……
+p
(m/d)j
‑
W/(m*n)|进行计算，得到(m/d
‑
e+1)个绝对值，将(m/d
‑
e+1)个绝对值中数值最小的绝对值对应的算式中包含的p
aj
确定为j列晶元中第u行晶元对应的p
aj
，基于所述j列晶元中第u行晶元对应的p
aj
，确定w
uj
、x
uj
，将所述j列晶元中第u行晶元对应的p
aj
中最大的下标值确定为v,将u加1，将e更新为(v+1)，e、u的初始值均为1，若u等于(m+1)，则终止计算，得到x
ij

【专利技术属性】
技术研发人员：邵荣雨，杨爱香，朱定军，邵剑雄，刘树铭，汤亮亮，邱玺玉，田岱，韩承志，张文佳，邱家稳，陈熙萌，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：