據(jù)中科院工程熱物理所消息，該單位研究人員應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)在光伏熱電混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究中取得新進(jìn)展。

熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換技術(shù)是利用能源轉(zhuǎn)換材料將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的兩種主要技術(shù)形式。二者在提高太陽(yáng)能利用率的技術(shù)研究發(fā)展方面的關(guān)鍵點(diǎn)，一是研究和開(kāi)發(fā)高效熱電材料和光伏材料及其組件，二是發(fā)展聚光型光伏熱電技術(shù)。

太陽(yáng)能熱電光電復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)的核心是熱電光伏復(fù)合發(fā)電單元，聚集太陽(yáng)光入射后，光伏電池首先利用光譜響應(yīng)的波長(zhǎng)產(chǎn)生電能，不能被光伏電池利用的光譜能量通過(guò)熱電器件進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換。復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)能夠更充分地利用太陽(yáng)能全光譜，并且將光伏電池不能利用的能量轉(zhuǎn)入熱電器件，不僅可以降低光伏電池工作時(shí)的溫度，還能產(chǎn)生額外的電能。

光伏熱電復(fù)合系統(tǒng)的發(fā)電效率不僅受太陽(yáng)光聚光比、系統(tǒng)工作時(shí)溫度、外接負(fù)載大小等因素影響，光伏電池與熱電器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)也會(huì)顯著影響混合系統(tǒng)的輸出性能。為了研究這一參數(shù)的具體影響，中科院工程熱物理所新技術(shù)實(shí)驗(yàn)室新能源材料與設(shè)備團(tuán)隊(duì)研究人員選取單晶硅、砷化鎵太陽(yáng)能電池和不同尺寸的熱電器件進(jìn)行了研究。

圖1 熱電器件輸出功率隨n值的變化

如圖1所示，在不同光伏電池與熱電器件面積比值（n值）下，熱電器件輸出功率會(huì)產(chǎn)生明顯的差異。經(jīng)過(guò)優(yōu)化研究人員發(fā)現(xiàn)，出當(dāng)二者面積比為4時(shí)，熱電器件獲得最大的功率輸出。在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，光伏電池和熱電器件輸出的電能相互隔離的情況下，熱電器件獲得最大輸出功率，混合系統(tǒng)的輸出性能最佳。

圖2 基于機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)系統(tǒng)組件結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化

圖3 機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，研究人員選用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對(duì)混合系統(tǒng)光伏與熱電器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)再次進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、訓(xùn)練、學(xué)習(xí)，建立DNN、LSTM、LSTMA三種模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，經(jīng)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，LSTM模型的準(zhǔn)確率更高。訓(xùn)練出的模型進(jìn)一步預(yù)測(cè)n值為4.41時(shí)可獲得最優(yōu)輸出性能。

這項(xiàng)研究通過(guò)對(duì)光伏熱電混合系統(tǒng)的優(yōu)化，探討了機(jī)器學(xué)習(xí)在結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方面的應(yīng)用，為其在能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能提升的應(yīng)用方面提供了實(shí)例和參考。該項(xiàng)研究成果在Engineered Science期刊上發(fā)表，被選為封面論文，張航研究員為論文通訊作者，博士生何澤明和副研究員楊明為共同第一作者。