Estimación de pérdidas ópticas por los extremos del absorbedor de un concentrador solar Fresnel lineal mediante una correlación analítica simple

Abstract

Los concentradores solares tipo Fresnel Lineal (LFC) de pequeña escala representan una tecnología prometedora para aplicaciones domesticas e industriales. En estos sistemas, con longitudes de hasta decenas de metros, las perdidas ópticas por longitud no iluminada del absorbedor y su influencia en el comportamiento energético del equipo es muy importante. Para abordar este efecto, se utilizó un método analítico basado en ecuaciones que consideran la inclinación de los reflectores y la posición aparente del sol. Se propone una expresión simple, obtenida mediante el método de ajuste de cuadrados mínimos, para estimar la longitud no iluminada anual y la factor de iluminación del absorbedor para cualquier latitud entre 0º y ±40º y para un LFC con cualquier orientación. Particularmente se realizó un análisis de la variación de la longitud no iluminada de absorbedor en términos instantáneos, diarios y anuales para sistemas con orientación Norte-Sur a diferentes latitudes. Finalmente, se estudiaron las perdidas ópticas debido a este efecto para un prototipo LFC instalado en la ciudad de Salta y se contrastó los resultados con datos experimentales, mediante análisis digital de imágenes. Se obtuvo un buen ajuste entre simulaciones y medidas, con un RMSE medio de 6%.

Small-scale solar concentrators based on linear Fresnel (LFC) are a promising technology for domestic and industry applications. In such small systems, optical end losses and their influence on the energy performance are crucial issues. Although ray tracing is the most used method to estimate end losses, a less detailed and less time-consuming procedure is the analytical method, based on the equations that describe the sun and mirror positions. This method was used in this paper to study the behaviour of the optical end losses with latitude and LFC geometry. A simple least square fitting expression was proposed to estimate the average annual non-illuminated length and the end loss factor for any latitude - between 0 and ±40º- and for any LFC azimuth. In particular, instantaneous, daily and annual periods at different latitudes for a North-South tracking LFC were analyzed. Finally, the instantaneous non-illuminated length on a short LFC system in Salta city, Argentina (24.7ºS, 65.4ºW) was experimentally determined through digital imaging analysis. A good agreement between the theoretical and the experimental values was found with average RMSE values of 6%.