Yoğunlaştırıcılı ısıl güneş uygulamalarında kullanılan pigmentli boyaların optimizasyonu

Isıl güneş enerji sistemlerindeki kollektörlerin verimliliğini üst düzeye çıkartmak için ışık tayfına göre seçici davranan boyalar kullanılır. Bu amaçla kullanılacak ideal bir boya; güneşin ışınım yaptığı dalga boylarında yüksek soğurum özelliğine, kollektörün ışınım yaptığı dalgaboylarında ise düşük ışıma özelliğine sahip olmalıdır. Bu çalışma; dalga boyuna gore seçicil davranış gösteren ve bir çözücünün içerisinde tekdüze şekilde bulunan, nanometre boyutunda parçacıklar ile ilgilidir. Boyaların ışıma davranışları boyanın kalınlığına, pigmentlerinin çapına, konstantrasyonuna ve pigment ile çözücünün optik özelliklerine bağlıdır. Bu parametrelerin etkisini anlamak için, pigmentli boyaların birleştirilmiş bir modeli oluşturuldu. Bu modeli oluştururken bağımsız çoklu saçılımları modellemek için Hartel teorisi ile birlikle Lorentz-Mie teorisi, bağımlı saçılımları modellemek için T-Matrix metodu, çok küçük pigmentleri modellemek için ise etkin ortam teorisi kullanıldı. Işınım transferi denklemini çözmek böylece dalgaboyuna bağlı yansımayı bulmak için ise dört akı metodu kullanıldı. Bu boyanın tasarımı, ideal boyanın istenen dalgaboyuna bağlı ışımasını verecek şekilde parçacık boyu ve konsantrasyonu gibi parametlere bağlı şekilde, ters problem olarak formüle edildi. Quasi-Newton metodu ve Nelder Mead simplex algoritması kullanılarak, lineer olmayan bu problem optimizasyon yapılarak çözüldü. Her iki algoritma benzer sonuca ulaşsa da, Quasi Newton metodunun Nelder Mead'den daha kısa sürede sonuca ulaştığı görüldü.