पैसिवली कूल्ड सोलर पैनल सॉल्यूशन का विश्लेषण: ऑप्टिमाइजेशन एल्गोरिदम का उपयोग करके आकार संश्लेषण: यह सरल उदाहरण उच्च पावर आउटपुट बनाए रखने के लिए हीट-सिंक डिजाइन मापदंडों के अनुकूलन को दर्शाता है।.

उद्देश्य:

इस अध्ययन का उद्देश्य पैसिव हीटसिंक से एकीकृत सोलर पैनल का क्षणिक ऊष्मा स्थानांतरण विश्लेषण करना और गर्मी के दिन 24 घंटे तक स्वीकार्य तापमान सीमा बनाए रखने के लिए हीटसिंक फिन्स के आकार को अनुकूलित करना है।.

समस्या की पहचान: 

पीवी सोलर मॉड्यूल पर तापमान का प्रभाव

जब विकिरण की तीव्रता स्थिर रहती है, तो तापमान सौर ऊर्जा मॉड्यूल के आउटपुट प्रदर्शन वक्रों को काफी हद तक प्रभावित करता है। विशेष रूप से, जब तापमान 10°C से 70°C तक बदलता है, तो 1000 W/m² पर केवल मामूली परिवर्तन होते हैं। इसके अलावा, वायुमंडलीय तापमान घटने पर I–V वक्र में वोल्टेज बढ़ता है, और सौर सेल कम तापमान पर अधिक शक्ति उत्पन्न करता है। इसलिए, सौर सेल तापमान के साथ विपरीत संबंध प्रदर्शित करता है। परिणामस्वरूप, यह शोध उन्नत अनुकूलन एल्गोरिदम का उपयोग करके निष्क्रिय हीट सिंक के तापीय प्रदर्शन को अनुकूलित करके सौर पैनल के अधिकतम तापमान को कम करने का प्रयास करता है।.

परियोजना का दायरा:

इस परियोजना में निम्नलिखित उद्देश्यों के लिए क्षणिक तापीय विश्लेषण करना शामिल है:

• पैनल को स्वीकार्य तापमान सीमा (~330 K) से नीचे ठंडा करने में हीटसिंक की प्रभावशीलता का आकलन करें।.

• मॉडल में ऊष्मा प्रवाह का विश्लेषण करें।.

• सोलर पैनल के विभिन्न भागों में तापमान के अंतर का निरीक्षण करें।.

• परिमित तत्व (FE) मॉडल पर ऊष्मा-प्रेरित तनावों का मूल्यांकन करें।.

• स्वीकार्य तापमान प्राप्त करने और पीवी सेल की दक्षता बढ़ाने के लिए पैरामीट्रिक मॉडल को अनुकूलित करें।.

मॉडल का ज्यामितीय विश्लेषण: विस्तृत दृश्य

भार और सीमा शर्तों का निर्धारण:

पीवी सोलर मॉड्यूल पर विकिरण के प्रभाव

चित्र में 25°C के स्थिर तापमान पर विकिरण तीव्रता को 200 W/m² से 1000 W/m² तक बदलते हुए सौर पीवी मॉडल के I–V और P–V वक्र दर्शाए गए हैं। वोल्टेज 30 V तक बढ़ने पर धारा स्थिर रहती है, फिर घटती है। विकिरण तीव्रता बढ़ाने से धारा भी बढ़ती है। ये परिणाम दर्शाते हैं कि विकिरण शॉर्ट-सर्किट धारा को अत्यधिक प्रभावित करता है, जबकि ओपन-सर्किट वोल्टेज अपेक्षाकृत कम रहता है। पावर प्रदर्शन वक्र अधिकतम शक्ति दर्शाते हैं, जो सौर विकिरण तीव्रता बढ़ने के साथ बढ़ती है।.

सिमुलेशन स्थितियों का निर्धारण

सिमुलेशन के लिए निम्नलिखित धारणाएँ बनाई गई हैं

1. पैनल का प्रारंभिक तापमान 300K है।

2. सौर विकिरण के कारण उत्पन्न ऊर्जा 1000W/m2

ए. सोलर पैनल पर पड़ने वाली सौर विकिरण को निम्नलिखित वक्र द्वारा दर्शाया जा सकता है:

3. फिल्म गुणांक 5W/m2 है

4. स्वीकार्य सतह तापमान की ऊपरी सीमा 330-350 के. है।.

प्रारंभिक स्थितियाँ

• प्रारंभिक तापमान: 300 के (~26 डिग्री सेल्सियस)
• सामग्री: एल्युमिनियम
• ऊष्मा प्रवाह आयाम: 1000W/m2
• ऊष्मा प्रवाह फलन: साइनसोइडल
• फिल्म गुणांक: 5W/K.m2
• मेश तत्व प्रकार: DC3D4
• उत्सर्जन क्षमता: 0.25

सिमुलेशन स्थितियों का निर्धारण

सिमुलेशन के लिए निम्नलिखित धारणाएँ बनाई गई हैं –

1. पैनल का प्रारंभिक तापमान 300K है।

2. सौर विकिरण के कारण उत्पन्न ऊर्जा 1000W/m2

ए. सोलर पैनल पर पड़ने वाली सौर विकिरण को निम्नलिखित वक्र द्वारा दर्शाया जा सकता है:

1. फिल्म गुणांक 5W/m2 है

2. स्वीकार्य सतह तापमान की ऊपरी सीमा 330-350 के. है।.

चित्र 3: सौर विकिरण
 

क्षणिक स्थानांतरण के परिणाम

यह देखा जा सकता है कि समय के साथ बदलने वाले ऊष्मा प्रवाह के कारण तापमान इष्टतम तापमान सीमा यानी 330 K से अधिक हो जाता है। इसलिए, सौर पैनलों को सर्वोत्तम तरीके से ठंडा करने और इस प्रकार उच्चतम दक्षता सुनिश्चित करने के लिए हीट सिंक के आकार और ज्यामिति को अनुकूलित करना अत्यंत आवश्यक है।.

क्षणिक ऊष्मा स्थानांतरण के कारण वॉन मिसेस तनाव के परिणाम  

ऊष्मा स्थानांतरण के कारण विस्थापन के परिणाम

उद्देश्य: अनुकूलन किसी समस्या का सर्वोत्तम समाधान खोजने की प्रक्रिया है, जिसमें कुछ निश्चित सीमाएँ दी गई हों। यह एक शक्तिशाली उपकरण है जिसका उपयोग इंजीनियरिंग उत्पादों सहित विभिन्न प्रकार की प्रणालियों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है।

एकल उद्देश्य: अनुकूलन एल्गोरिदम का उपयोग करके हीट सिंक के आकार का संश्लेषण करना।

इस अध्ययन में MISQP (मिश्रित पूर्णांक अनुक्रमिक द्विघात प्रोग्रामिंग) का उपयोग किया गया है, जो निम्नलिखित के लिए उपयुक्त है:

• अत्यधिक गैर-रैखिक डिजाइन स्थान

• पूर्णांक और बूलियन चरों से संबंधित समस्याएं

• लंबे समय तक चलने वाले, ग्रेडिएंट-आधारित सिमुलेशन

इसके अतिरिक्त, एमआईएसक्यूपी:

• प्रारंभिक डिज़ाइन बिंदु के आसपास के स्थानीय क्षेत्र का लाभ उठाता है

• पूर्णांक चरों के लिए ब्रांच-एंड-बाउंड का उपयोग करता है

• स्थानीय इष्टतम डिजाइन की शीघ्रता से पहचान करता है

• असमानता और समानता संबंधी बाधाओं को सीधे संभालता है

यह एल्गोरिदम प्रत्येक पुनरावृति पर लैग्रेंज फलन का द्विघात सन्निकटन और सभी आउटपुट बाधाओं का रैखिक सन्निकटन तैयार करता है। इसकी शुरुआत लैग्रेंजियन के हेसियन के लिए पहचान मैट्रिक्स से होती है और इसे बीएफजीएस विधि का उपयोग करके अद्यतन किया जाता है। प्रत्येक पुनरावृति पर, यह अभिसरण तक पहुंचने तक डिजाइन को बेहतर बनाने के लिए एक द्विघात प्रोग्रामिंग समस्या को हल करता है। परिणामस्वरूप, एमआईएसक्यूपी एल्गोरिदम अधिकतम तापमान को 300 केए तक कम कर देता है।.

आर्काइव-आधारित माइक्रो-जेनेटिक एल्गोरिदम का उपयोग करके निष्क्रिय हीटसिंक का बहु-उद्देश्यीय आकार संश्लेषण

• इस अनुकूलन अध्ययन का उद्देश्य सौर पैनल के अधिकतम तापमान को कम करना और साथ ही हीटसिंक के निर्माण के लिए आवश्यक सामग्री की मात्रा को कम करना है।.
• इसलिए, पिछले उद्देश्य, अधिकतम तापमान के साथ-साथ न्यूनतम किए जाने वाले उद्देश्य के रूप में "मोटाई" पैरामीटर को भी जोड़ा गया है।.

आर्काइव-आधारित माइक्रो जेनेटिक एल्गोरिदम (AMGA):

• AMGA – अभिलेख-आधारित सूक्ष्म आनुवंशिक एल्गोरिथम वर्गीकरण

• उद्देश्य: जटिल समस्याओं और डिज़ाइन क्षेत्रों के लिए बहुउद्देशीय अन्वेषणात्मक तकनीक

आवेदन:

• • यह अत्यधिक गैर-रैखिक खोज क्षेत्रों में अच्छी तरह से काम करता है।

  • यह विधि असंतत और गैर-उत्तल खोज क्षेत्रों को प्रभावी ढंग से संभालती है।

  • यह एल्गोरिदम अत्यधिक प्रतिबंधित खोज क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है।

  • इसके अतिरिक्त, इसे कई स्थानीय इष्टतम बिंदुओं के साथ अत्यधिक बहु-मोडल कार्यों को प्रबंधित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

ग्रेडिएंट-आधारित: कोई विशेषता नहीं: प्रत्येक उद्देश्य को अलग-अलग माना जाता है और व्यवहार्य गैर-प्रभुत्व वाले डिज़ाइनों का चयन करके एक पैरेटो फ्रंट का निर्माण किया जाता है।.

आर्काइव-आधारित माइक्रो जेनेटिक एल्गोरिदम (AMGA) में, एल्गोरिदम प्रत्येक उद्देश्य पैरामीटर को अलग-अलग मानता है। यह डिज़ाइनों पर उत्परिवर्तन और क्रॉसओवर जैसी मानक आनुवंशिक क्रियाएं करता है।.

यह एल्गोरिदम खोज इतिहास को बनाए रखता है और चयन प्रक्रिया अनेक प्रकार के अनुमानों पर आधारित है। इसमें प्रथम स्तर की उपयुक्तता जनसंख्या में समाधान के प्रभुत्व स्तर के आधार पर निर्धारित की जाती है।.

- दूसरे स्तर की उपयुक्तता एल्गोरिदम के खोज इतिहास में समाधान के योगदान पर आधारित है और  

फिटनेस के तीसरे स्तर में समाधान की विविधता पर विचार किया जाता है। ऑप्टिमाइजेशन रन के अंत तक, एल्गोरिदम एक पैरेटो सेट बनाता है, जहाँ प्रत्येक डिज़ाइन उद्देश्य मूल्यों का 'सर्वोत्तम' संयोजन प्राप्त करता है। पैरेटो सेट में किसी एक उद्देश्य को बेहतर बनाने के लिए अन्य उद्देश्यों में से एक या अधिक का त्याग करना पड़ता है।.

परिणाम

चित्र 10: एएमजीए संश्लेषण

AMGA आकार संश्लेषण 220 पुनरावृत्तियों के लिए चला और 186वीं पुनरावृत्ति पर तापमान को 341.439 K तक कम कर दिया, जबकि हीटसिंक की मोटाई को 13.69 मिमी तक बढ़ा दिया।.

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Debaditya Chakraborty

डसॉल्ट सिस्टम्स में उद्योग प्रक्रिया सलाहकार

डसॉल्ट सिस्टम्स में उद्योग प्रक्रिया सलाहकार। देबादित्य को मल्टी-बॉडी डायनामिक्स, सीएडी और एफईए में नवाचार का गहरा शौक है, और वे डेटा-संचालित विधियों का उपयोग करके मल्टी-लिंक मैकेनिज्म डिजाइन में विशेषज्ञता रखते हैं। उन्हें मेटल एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग सिमुलेशन, जहाज संरचनात्मक विश्लेषण और एफईए प्रक्रिया स्वचालन का अनुभव है।.

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