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Tesis de Postgrado de Cinthya Rivas

Rivas, CinthyaProgramaDoctorado en Ciencias Aplicadas con mención en Ingeniería Matemática, Universidad de Concepción
Año de Ingreso2012
Año de Egreso2018
Título de la TesisCálculo Eficiente de Campos Electromagnéticos en Celdas Solares

Resumen de la Tesis:

El objetivo de esta tesis es contribuir al desarrollo de métodos numéricos para resolver ecuaciones provenientes del modelado de dispositivos de recolección de energía solar. El diseño óptimo de una celda solar fotovoltaica requiere de técnicas numéricas efi cientes que proporcionen aproximaciones precisas de la solución de los problemas de Maxwell o Helmholtz, ya que estas ecuaciones generalmente se resuelven para una amplia gama de parámetros ópticos y físicos. Nuestro trabajo se basa en dos técnicas: Modelos Asintóticos en estructuras que contengan capas delgadas y un enfoque de Capas Perfectamente Acopladas (PML:Perfectly Matched Layers" en inglés) para manejar de forma efi ciente las condiciones de radiación. Aunque estas técnicas se pueden usar en diferentes tipos de estructuras, en este trabajo consideramos estructuras de difracción periódicas. En primer lugar, formulamos un modelo asintótico para la implementación en el método de elementos fi nitos para calcular la difracción a partir de una estructura plana multicapa que contiene una rejilla de difracción delgada. La capa delgada que contiene a la rejilla se reemplaza por una interfaz plana con condiciones de transmisión que difi eren de las condiciones de continuidad estándar, eliminando así la necesidad de representar la capa de rejilla mediante una malla fina. Los parámetros que defi nen la rejilla superfi cial se eliminan de la geometría y pasan a las condiciones de transmisión. El utilizar el modelo asintótico reduce considerablemente el costo computacional de optimizar la forma de la rejilla, ya que no es necesario volver a re-mallar en cada paso de optimización. En la segunda parte de la tesis describimos un modelo asintótico alternativo para la misma estructura multicapa para el que proporcionamos estimaciones teóricas del error. Finalmente, presentamos un enfoque PML para el cálculo por elementos finitos de difracción mediante rejillas metálicas de relieve super cial. Usamos una función de absorción no integrable que nos permite utilizar capas de absorción delgadas, lo que reduce el tiempo de cálculo al simular este tipo de estructura. Además, determinamos numéricamente la mejor elección de los parámetros de la capa absorbente y mostramos que son independientes de la longitud de onda.

Director(es) de Tesis Peter Monk, Rodolfo Rodríguez, Manuel Solano
Fecha de Aprobación Proyecto de Tesis2014, Abril 21
Fecha de Defensa de Tesis2018, Septiembre 12
Seguimiento Profesional
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Publicaciones Originadas de la Tesis (ISI)

Cinthya RIVAS, Rodolfo RODRíGUEZ, Manuel SOLANO: A perfectly matched layer for finite-element calculations of diffraction by metallic surface-relief gratings. Wave Motion, vol. 78, pp. 68-82, (2018).

Akhlesh LAKHTAKIA, Peter MONK, Cinthya RIVAS, Rodolfo RODRíGUEZ, Manuel SOLANO: Asymptotic model for finite-element calculations of diffraction by shallow metallic surface-relief gratings. Journal of the Optical Society of America A, vol. 34, 1, pp. 68-79, (2017).

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