Characterization of optical losses due to tracking systems on a linear solar thermal concentrator

Abstract

La energía solar térmica es capaz de proporcionar una fracción considerable de las demandas actuales y futuras de energía en ambos sectores industriales y domésticos. Este hecho se refleja en el creciente interés de nuevos diseños de captadores solares en la última década con el fin de satisfacer las crecientes demandas de calefacción. Para una amplia gama de temperaturas de funcionamiento, los captadores solares pueden usar sistemas de concentración ópticos para optimizar su eficiencia. Sin embargo, como la concentración óptica se basa en la radiación directa, es necesario utilizar un seguidor solar siguiendo la dirección del sol para maximizar la cantidad de radiación solar útil recibida. La selección de unos sistemas de seguimiento apropiados comparados con el factor de concentración óptica es esencial para lograr una eficiencia óptima del captador. De lo contrario, el concentrador tendrá perdidas ópticas altas debido al inadecuado enfoque de la radiación solar directa sobre su receptor, independientemente de su calidad. A pesar de que los captadores solares de concentración se mencionan en algunas Normas Internacionales, los métodos de ensayo no siempre se pueden aplicar fácilmente a los diseños inusuales de captadores. Por otra parte, estos métodos de ensayo consideran el seguidor solar como parte del captador solar de modo que no se caracteriza el impacto de su precisión en la eficiencia global del captador. Por estas razones, esta tesis tiene como objetivo contribuir a la estimación de los errores de seguimiento de los seguidores solares en un solo eje para captadores solares térmicos, y en particular para captadores lineales. Y, por lo tanto, su objetivo es estimar las perdidas ópticas resultantes del seguidor.

Eguzki energia termikoak, gaur egungo eta etorkizuneko energia eskaeren zati handi bat hornitzeko gai da, bai arlo industrialean zein etxeko arloetan. Hau, azken hamarkada honetan eguzki kaptadoreen diseinu berriek izan duten interesa handiagotu delako antzeman daiteke berokuntzaren eskaerak denboran zehar handitu ahala asetzeko asmoz. Funtzionamendu tenperatura tarte handia izan dezaten, eguzki kaptadoreek haien eraginkortasuna hobetzeko, kontzentrazio optikoa lortzen duten sistemak erabili ditzakete. Hala ere, kontzentrazio optikoa erradiazio zuzenean oinarritzen denez, eguzkiaren posizio eta norabidea jarraitzen duten jarraitzaileak erabili behar dira, eguzki erradiazio maximoa lortzeko. Kaptadorearen eraginkortasun hobezina lortu ahal izateko, funtsezkoa da sistema jarraitzale egokien hautaketa egitea, hauek kontzentrazio optikoaren faktorearekin alderatuz. Bestela, nahiz eta kaptadorearen kalitatea oso altua izan, kontzentradoreak galera optiko handiak izango ditu, eguzki erradiazio zuzena hargailuan ondo fokatu ez delako. Nahiz eta eguzki kontzentrazio kaptadoreak Arau Internazionaletan aipatu, hauekin erabili beharreko entsegu metodoak ezin dira beti ezohiko diseinuko kaptadoreetan aplikatu. Bestalde, entsegu metodo hauek, eguzki jarraitzailea eguzki kaptadorearen parte dela kontuan hartzen dute eta beraz, ez da jarraitzailearen zehaztasunaren eragina balioztatzen kaptadorearen eraginkortasun orokorrean. Arrazoi hauengatik, tesi honek ardatz bakarreko eguzki kaptadore termikoen jarraitzaileen eta bereziki, kaptadore linealen jarraitzaileen, jarraipen erroreen estimazioa dauka helburu gisa. Beraz, jarraitzaileek eragindako galera optikoak balioztatzea da.

Solar thermal energy is able to provide a considerable fraction of the current and future energy demand in both, industrial and domestic sectors. This fact is reflected by the growing interest during the last decade in the design of new solar collectors in order to satisfy the increasing heating demands. For a wide range of operational temperatures, solar collectors can use optical concentration systems to optimize their e ciency. However, as optical concentration relies on beam radiation, it is necessary to use a solar tracker following the sun direction to maximize the amount of useful solar radiation received. The selection of the appropriate tracking systems matching the optical concentration factor is essential to achieve an optimal collector e ciency. Otherwise, the concentrator will experience high optical losses due to the inadequate focusing of the beam solar radiation onto its receiver, regardless of its quality. Even though the concentrating solar collectors are mentioned in the International Standards, the general testing methods cannot always be easily applied to unusual collector designs. Moreover, those testing methods consider the solar tracker as part of the solar collector so they do not characterize the impact of its precision on the overall e ciency. For those reasons, this thesis aims to contribute to the improvement of tracking errors estimation on single-axis solar trackers on a solar thermal collector, in particular linear through collectors. And therefore, it also aims to estimate the optical losses resulting from the tracker.