Interpretable neural operators enable topology-optimized cooling for concentrating photovoltaics

计算机科学 光伏 人工神经网络 工程类 控制工程 人工智能 电子工程 自动化 钥匙(锁) 光伏系统 特征(语言学)
作者
Yang Zhao,Guangjian Fu,Yiling Wang,Fang Wang,Yong Zhang,Dan Gao,Heng Zhang,Yuting Wang
出处
期刊:Cell reports physical science [Elsevier BV]
卷期号:7 (7): 103416-103416
标识
DOI:10.1016/j.xcrp.2026.103416
摘要

Concentrating photovoltaic systems generate high electrical output but also severe heat loads that reduce efficiency and reliability. Here, we report an interpretable neural operator framework for designing topology-optimized cooling channels for concentrating photovoltaics. A deep operator network learns the mapping from variable-depth flow field geometries to temperature and pressure fields, enabling rapid design screening while reducing computational energy use by more than 99% compared with conventional computational fluid dynamics (CFD). The optimized topology is fabricated by high-resolution stereolithography and tested under concentrated illumination. It lowers peak surface temperature from about 60°C to 54°C at 10 suns and is supported by numerical results showing a 15.7% increase in Nusselt number. Physical interpretation shows that topological undulations induce wall-normal secondary flows and improve field synergy, actively disrupting the thermal boundary layer. This framework provides a general route for interpretable, data-driven thermal fluid design in high-heat-flux energy devices.
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