OPTIMIZACIÓN DE DISEÑO PARA campo de helióstatosCaracteres: 48

 

LA VIGA - óptica ABAJO

 

por

Akiba Segal

Instituto de Ciencia Weizmann

Departamento de Apoyo a la Investigación Química

Solar Óptica Diseño y Unidad de Modelamiento Matemático

 

Informe

SFERA, WP.13, Tarea 2, julio 2011

  

Última revisión 30 de julio 2011

 

 

1.  INTRODUCCIÓNLa experiencia adquirida durante las últimas tres décadas en el desarrollo de aplicaciones de la energía solar concentrada muestra que el aumento de la eficiencia de conversión de energía solar en electricidad sólo puede lograrse a altas temperaturas (más de 1.100 K) (Segal y Epstein, 2000).A estas temperaturas, el radia la emitida desde el receptor a la temperatura de trabajo se convierte en el principal mecanismo de pérdidas térmicas, dependiendo del tamaño de la abertura del receptor.Es obvio que, con el fin de aumentar la eficiencia del receptor, la energía solar debe ser introducido en el receptor en concentraciones más altas. Para alcanzar altas concentraciones en la apertura del receptor puede no ser suficiente para mejorar los parámetros de rendimiento del concentrador primario (el campo de helióstatos), pero una concentración secundaria es a menudo requerida. Como cualquier dispositivo óptico, el concentrador secundario tiene sus propias pérdidas inherentes, que reducen la eficiencia óptica total.  Presentación de la concentrador secundario tiene un efecto sustancial en la forma óptima, tamaño y disposición de la ncentrator co primaria.El receptor unido a su concentrador secundario, es decir, el concentrador de receptor (RC), es un Concentrador Parabólico Compuesto (CPC) tipo (Winston et al, 2005).Esta óptica ha sido publicada por primera vez por Segal y Epstein (1997). Se convierte en una unidad combinada, donde tanto la térmica y las pérdidas ópticas adicionales tienen que ser analizado y considerado (Segal y Epstein, 1999).

Otras pérdidas importantes en una em Syst térmica son los asociados con el transporte de calor desde el receptor solar para el convertidor de energía (por ejemplo, una turbina de gas).A fin de minimizar estas pérdidas, la turbina está instalado cerca del receptor.  En grandes plantas de energía solar habituales, el receptor y la turbina, junto con el equipo auxiliar son pesada carga para ser soportado sobre la parte superior de una estructura de torre.Una opción alternativa es para invertir la trayectoria de los rayos solares procedentes de un campo de helióstatos de una manera que el receptor solar y el equipo anteriormente pueden ser colocados en el suelo.Con el fin de llevar a cabo esta inversión de camino óptico, un reflector adicional tiene que ser instalado.  Esto hace que los rayos orientados al punto del campo objetivo se reflejen hacia abajo para la entrada RC situado cerca del suelo.Desde un punto de vista óptico, sólo una superficie reflectante que tiene dos focos es capaz de esta misión, a saber, cada rayo que se orienta a uno de sus focos (que coincide con el punto del campo de helióstatos objetivo) se reflejará a la segunda centrarse posicionado en el

plano de entrada de la RC.Desde el punto de vista matemático, esta superficie es una cuádrica, es decir, un hiperboloide (con dos hojas, de las que se utiliza sólo la superior), o un elipsoide.  Un espejo hiperboloide colocado a una cierta ce distan debajo del punto de los heliostatos objetivo, se puede lograr este objetivo.Del mismo modo, un espejo elipsoidal colocado en cierta altura por encima del punto objetivo puede proporcionar resultados comparables.Las prestaciones de estos dos tipos de reflectores han sido comparados por un Segal Epstein ND (2001).La comparación muestra que la superficie hiperboloide es definitivamente más efectivo que el elipsoidal, por lo que vamos a examinar más a fondo sólo un espejo hiperboloide. Este sistema óptico basado en este espejo hiperbólico como reflector de t él irradia de nuevo a la tierra se llama Torre Prisma (TR), utilizando también el nombre de la viga-Down (BD) para todo el sistema óptico.

El presente trabajo describe la experiencia acumulada a lo largo de dos décadas en la optimización de un campo de helióstatos utilizado para la óptica torre clásicas (la Sección 3) como punto de partida para la descripción de la metodología utilizada para la optimización del campo de helióstatos en el marco de la óptica BD (Secciones 4 -6). 

             

2.  ANTECEDENTES MATEMÁTICO              Un rayo de luz se puede describir matemáticamente como una línea recta como sigue:

                                          (1)

donde: (x i, y i, z i) son las coordenadas del origen del rayo (en la superficie de la helióstatos) y (u x, u y, u z) son las componentes del vector unitario del rayo de dirección .Este rayo se cruza con la superficie reflectante (hiperboloide) que tiene la siguiente ecuación general:

donde: x p = x-x o, y p = y-y o, p z = z-z o, el subíndice O representa el centro cuádrica y el subíndice c representa el centro de la entrada concentrador secundario, en las coordenadas del sistema de torre ( x, y, z), a y b siendo los ejes semi hiperboloides.La superficie descrita por la Ec. (2) Se ha escrito de una manera general, incluida la opción de inclinar el eje de la superficie cuádrica en el plano yOz (este es el plano de norte a sur, porque el eje Oy se supone que debe estar orientada hacia el norte) (ver Sección 3).Las coordenadas del punto de intersección entre el rayo y la superficie del reflector, (x s, s y, z s), se obtienen

resolviendo el sistema de ecuaciones. (1) y (2) para el parámetro k.La normal en el punto de la intersección de L a superficie en particular se calcula mediante la resolución de las siguientes derivadas parciales:

(3)

Finalmente, el rayo reflejado tiene la dirección u r con los componentes:

 

(4)

La intersección entre el rayo reflejado y el plano de entrada de la RC se calcula mediante la sustitución en el sistema de la ecuación. (1) las coordenadas (x S, S y, z s) del punto de intersección de la superficie del reflector, la dirección de los rayos reflejados u r y despejando k la ecuación z c = z s + r ku z, z ser c la coordenada z de la entrada RC.El coordenadas x e y c c en el plano de entrada al RC están en consecuencia calcula la ecuación.(1).

Los resultados numéricos de los cálculos y supuestos utilizados como base para ellos se representan más adelante para diversos casos prácticos.

 

 

Fig. 1 óptica de haz de Down

 

3.  LOS PRINCIPIOS DE UN REFLECTOR TORRE

Un reflector torre es un sistema óptico formado por un espejo hiperboloide (con dos hojas; la línea focal es vertical; sólo la hoja superior se considera en este sistema óptico) donde el punto focal superior coincide con el punto objetivo de un fiel de helióstatos d y su punto focal inferior se encuentra a una altura especificada, coincidiendo con el plano de entrada de la RC en el nivel del suelo (Fig. 1).Este sistema fue propuesto por Rabl (1976) y más investigado por Winter et al. (1991), y, en el Instituto Weizmann de Ciencias, por Epstein y Segal (1998), Kribus et al. (1997, 1998), Yogev et al. (1998), Segal y Epstein (1997, 1999a, b, 2000, 2001). Los haces de los helióstatos se reflejan hacia abajo por este espejo.  La óptica de un reflector torre requiere el u so de la RC si se desean altas concentraciones, porque el espejo superficie cuádrica siempre aumenta la

imagen del sol.La ampliación se define aquí como la relación entre el diámetro de la imagen en el segundo plano focal y el diámetro de imagen en el punto del campo de helióstatos objetivo.Este aumento es una función de la relación de las distancias entre el espejo vértice a la parte superior y de los focos más bajos (Fig. 2 M vs. 2 f / f 1).Evidentemente, esta función es lineal en un amplio rango de la relación f 2 / f 1.En un modelo de dos dimensional, la linealidad es absoluta para toda la gama, pero, en un modelo tridimensional real, la linealidad es perturbado por las distorsiones de imagen causados por las aberraciones que se producen en una relación de 2 f / f 1 más pequeño.El aumento depende también de t él relación entre el radio del campo y la altura del punto objetivo.Se disminuye a medida que el radio de los aumentos de campo para la misma altura del punto de objetivo (Fig. 3), aunque para un campo más grande, el diámetro de imagen en el punto objetivo es más grande debido a d e la distancia más grande a la última fila de helióstatos .

 

 

Fig. Magnificación 2 Imagen de enfoque menor función de la relación f2 / f1

 

 

Moviendo el espejo hiperboloide abajo, hacia el punto focal inferior hace que el tamaño de la imagen a ser más pequeño.  Sin embargo, este desplazamiento resulta en dos efectos indeseables (Fig. 4).  En el caso de espejo hiperboloide, el tamaño de las Increas reflector es como su altura por encima de los heliostatos se reduce.También aumenta el ángulo de aceptación de los rayos que llegan a la RC suelo.  El ángulo de aceptación determina la capacidad de la RC para concentrar la radiación que llega en su entrada (Welford y Win ston, 1989) ..Uno puede definir fh = f 2 / (f 2 + f 1) como la posición fraccional del vértice de la hiperboloide de la altura del punto de objetivo (suponiendo que el foco inferior de la hiperboloide está en el nivel de helióstatos), obviamente ½ <fh <1.

Se verá que la posición óptima del reflector torre (que se define como la ubicación que produce la concentración máxima en la entrada del receptor) se encuentra entre fh fh = 0,75 y = 0,85.

              1.2               1.2

                           

Fig. 3 comportamiento óptico del espejo hiperboloide

 

 

Fig. 4 Ampliación de imagen vs. relación f 2 / f 1 para diferentes radios de campo

 

 

Fig. 5 eje del espejo superior se inclina cuando el campo es asimétrica 

 

En el hemisferio norte, en un rango de latitud típica de 25 35 , los heliostatos están dispuestos en un campo del norte o, en el caso de un campo circundante grande, la parte norte suele ser mayor que la parte sur.En estos casos el eje cuádrica se debe inclinar si se solicita una posición vertical de la RC (Fig. 5).Para un espejo hiperboloide, esta inclinación se realiza por sligh movimiento TLY el foco inferior en la dirección norte con respecto al punto objetivo.

Existe una posición óptima para un reflector que maximice la eficiencia receptor.  Como se ilustra en la Fig. 8, la situación óptima se produce cuando los rayos extremos del campo de helióstatos, después de reflejarse en el espejo de la torre, coinciden exactamente con los rayos de borde de la RC.Matemáticamente, un nuevo concepto puede ser introducido: la transformación mediante la reflexión de una superficie cuádrica.  El óptimo se consigue cuando el volumen en el espacio de fase (Winston et.al, 2005) de los rayos que salen de los heliostatos es igual al volumen en el espacio de fase de los rayos reflejados llegó a la RC. Fig. 6a muestra el ángulo de aceptación, el radio de entrada de la RC y su radio de salida, como una función de la posición del reflector, fh, para el ejemplo específico de la pequeño campo (Segal y Epstein, 1999a).El nivel máximo de concentración media en la apertura del receptor se obtiene cuando la relación fh [f = 2 / (f 1 + f 2)] entre la distancia desde el vértice de d e espejo para el foco inferior y la distancia entre los dos focos es igual (en este caso particular) a 0,73.Sin embargo, como se muestra a continuación, la concentración más alta es sólo una indicación de la eficiencia máxima.  Esta posición no proporciona

automáti camente la óptima para la eficiencia receptor.Sólo un cálculo detallado para la optimización, tal como se presenta por Segal y Epstein (2000), se traducirá en una posición que asegura la máxima eficiencia receptor.

Fig. 9b muestra la situación en que se consideran dos puntos de AIM diferentes para el campo de helióstatos.Para el punto objetivo más alto, ángulo de aceptación de la RC es menor para el mismo fh posición relativa (equivalente a la misma relación f2 / f1) del espejo hiperboloide.Como ya se ha discutido, el mismo f 2 / f 1 implica el mismo aumento, pero, debido a que la imagen virtual en el punto objetivo es más grande para el punto de objetivo más alto, la imagen en la entrada de RC será más grande en el caso de mayor objetivo punto (Fig. 6b), y, como resultado de la combinación de la radio de t su imagen y el ángulo de aceptación correspondiente, el radio de salida de RC tendrá aproximadamente la misma dimensión.Por lo tanto, la altura del punto de objetivo no tiene casi ninguna influencia óptica sobre la posible concentración observada en estos casos.  En este un estudio de carácter hemos considerado sólo la óptica del reflector torre y la RC (como un dispositivo ideal).Por otra parte, un punto objetivo más alto tiene la ventaja general de bloqueo inferior y sombras en el campo de heliostatos; Como resultado, más energía llegará a la eiver rec cuando se utiliza un punto de objetivo mayor.En cualquier caso, con el fin de encontrar la posición óptima del reflector, su altura es variada de acuerdo con una determinada estrategia.  Para cada posición, se establece la geometría óptima de la RC siguiendo el método describir d por Segal y Epstein (1999b).Un caso particular es digno de mención.  Esto es cuando el espejo se coloca exactamente en la misma distancia entre el punto objetivo y el plano de entrada de la RC (fh = 1/2).En este caso, el hiperboloide se convierte en un espejo plano, el aumento es 1 y la imagen de punto objetivo se refleja exactamente al plano de entrada RC.Esta opción no es práctica debido a que el radio del espejo será la mitad del radio de campo de helióstatos, y por lo tanto, esta opción está desatendido.

La distribución de flujo GY ener de la imagen del sol en el plano de entrada de la RC (el plano focal inferior) tiene un pico en el centro (Fig. 7).Como uno se mueve radialmente desde el centro hacia los bordes de la imagen, el flujo disminuye.  El intento de capturar la imagen completa i ONT un único RC resultados en diluir el flujo medio en su entrada.Esto es desventajoso desde un punto de vista termodinámico.  Desde la torre reflectante aumenta la imagen del sol en el plano de entrada RC, un solo concentrador capaz de colectina g mayoría de la energía tendrá una gran abertura y las pérdidas por radiación de retorno serán altas.Por lo tanto, el método de optimización, como se describe en la siguiente sección, tiene como objetivo reducir el tamaño de la abertura RC, aceptando algunas crecientes del derrame de los ses.Una posible solución fue propuesta por Ries et al. (1995) para la explotación de la parte de borde de la

imagen para aplicaciones de temperatura más bajas o con fines de precalentamiento, mientras que la porción central de la imagen se puede utilizar para el relleno de la CLE cy termodinámico.Este enfoque puede aumentar la eficiencia total de un sistema de conversión de energía.

 

 

                                      Fig. 6 Fig. 7

 

Fig. La figura 8 ilustra la distribución de flujo en el plano de entrada RC y la potencia que puede ser absorbida por el receptor como una función de la distancia desde el centro, para las dos posiciones de la TR, como se representa en la Fig. 4a y 4b (fh fh = 0,9 y = 0,6, respectivamente).Como era de esperar, cuando el reflejan o se encuentra en una posición más baja, el flujo disminuye bruscamente con la distancia desde el centro de la imagen.Como resultado, los radios de los precalentadores de colector central y son relativamente pequeñas, en comparación con la situación donde el hiperboloide es en un ition pos superior.Pero este no es el único parámetro que determina la posición hiperboloide.  Un área de gran reflector significa un promedio más bajo (y pico) de flujo en el propio reflector.  Además, la partición entre el tamaño de la RC central y las eheaters pr periféricos, así como sus ángulos de aceptación, están sujetos a una búsqueda de optimización orientada a maximizar la eficiencia de todo el sistema (Segal y Epstein, 1999a, b, 2000 ).

El criterio para esta optimización puede ser la maximización de la eficiencia receptor térmico (definido como la relación entre la potencia neta suministrada a el proceso térmico y la potencia total de llegar al plano de la entrada de la RC) (Segal y Epstein, 1999a), o, si parámetros económicos se introducen, la minimización del costo de la energía térmica absorbida por kilovatio el receptor.En cualquier caso, la concentración en la entrada del receptor es sólo un parámetro que indica para una mejor eficiencia, pero no el último criterio para la optimización.

 

 

Fig. 8 Flux y el poder recogieron vs. radio de colector

 

 

Radio Collector (m)

 

Fig. 9 La dependencia de los flujos y de colectores para apuntar puntos altura

 

 

 

4.  LA METODOLOGÍA PARA LA OPTIMIZACIÓN campo de helióstatos BASADO EN VIGA ABAJO ÓPTICA

4.1 El límite óptimo para un campo circundante

La óptica BD ha sido utilizado con éxito recientemente para pruebas en diferentes proyectos en el Instituto Weizman de la Ciencia. Actualmente hay datos suficientes sobre esta tecnología para evaluar su aumento de escala para usos comerciales.

El dimensionamiento de un TR está directamente relacionada con el diseño del campo de helióstatos y la geometría del concentrador secundario de tierra (CPC). Depende de su posición con respecto al punto del campo, la cantidad de derrames alrededor y d e permisible flujo solar golpear el objetivo TR. Su posición influye en el tamaño de la imagen en el plano de entrada de la CPC suelo y el vertido alrededor de la abertura CPC.El derrame alrededor de la CPC también está directamente relacionada con el diámetro de salida de la CPC (eq UAL a la abertura de entrada del reactor solar, igualando la salida CPC) y por lo tanto ligado a la concentración de energía de entrada, las pérdidas térmicas y la temperatura de trabajo en el reactor .Restricciones en el tamaño de la salida de la CPC pueden influir en todo el diseño del sistema óptico.Pero un campo de helióstatos optimizado es una parte esencial del sistema óptico BD y tenemos la experiencia suficiente para construir dicho campo. La metodología para la construcción de la disposición del campo correspondiente estará expuesto en esta Sección.

 

Fig. 10 Symmetrical campo circundante circular (no optimizado)

 

Un campo circundante circular simétrica (Figura 10) no está optimizado desde los helióstatos del sur son menos eficaces (en el hemisferio norte) que los heliostatos norte y, por tanto, un campo circundante reales se desplazará desde el centro hacia el norte y se estiró en el norte eje sur para formar una forma iptical ell.Sin embargo, esta disposición puede ser vista como la primera iteración para encontrar el mejor campo correspondiente. Se han propuesto una serie de métodos para la optimización de los campos grandes en el pasado (Lipps y Van't Hull, 1978) Un intento reciente es por Sánchez y Romero (2006), donde la disposición de los heliostatos está empezando con la primera fila y las filas suplementarios se añaden de modo que la energía anual normalizado se maximiza.En este método el acercamiento de helióstatos por debajo de los límites mecánicos se refr ained introduciendo un anillo vacío entre dos filas consecutivas de heliostatos (véase también WinDelsol (2002)).

El diseño óptimo de un campo de helióstatos colector implica la determinación de la localización óptima de cada helióstato en el campo y el contorno de límite de este campo de manera que las actuaciones diarias, mensuales o anuales de todo el campo se óptimamente cumplir los requisitos.

En general, la figura de mérito utilizado para esta optimización es la proporción del coste total del sistema a la energía total entregada por todo el sistema.En este caso, la voluntad de optimización consiste en encontrar el mínimo para este factor de mérito. Haciendo referencia a la optimización del subsistema de campo de colectores, la figura anterior de mérito es equivalente a la maximización de la otra figura de mérito que es la energía media entregada por una sola de helióstatos desde el campo.(Este enfoque ignora en la primera aproximación del costo de la tierra y el cableado). Para el cálculo de esta energía promedio por helióstatos, las coordenadas de cada ÖSTAT heli en el campo deben ser determinados.Al mismo tiempo, esta optimización no puede ser independiente de la optimización del balance de la planta solar central, especialmente la altura de la / punto AIM-torre. Esto es importante entrada de datos para la optimización del subsistema colector.Por lo tanto, vamos a expresar todas las longitudes en el campo en unidades de torre / AIM-punto altura (en otras palabras, la altura de la torre es igual a una unidad de longitud UL)

La distancia azimutal y separaciones radiales pueden ser determinados por pagarés var correlaciones empíricas dadas por Kistler (1986) o Winter et al.(1991) Estas correlaciones, aunque matemáticamente no son lo mismo, dan

resultados muy cerrados. Para un campo dado (es decir, el límite exterior se fija en r max), se encontró que tanto estas correlaciones conduce a la notable linealidad (más de 98%, como puede verse en la Fig. 11a) entre la separación radial y la distancia a la torre :

              (5)

donde u y v son funciones de r max y h l es la dimensión típica de helióstatos.Una dependencia gráfica de estas funciones vs. r max se muestra en la Fig. 11b.

 

 

Fig. 11 coeficientes lineales de la Ec. (5) vs. radio de campo

 

 

El criterio de optimización es la maximización de la contribución solar anual de un heliostato media en una abertura receptor virtual. Esta abertura es circular, colocado en el plano horizontal y centrado con respecto al objetivo de punto del campo. Teniendo en cuenta un campo con límite exterior que tiene tres parámetros: u, v y w (w siendo la separación entre dos acimut helióstatos vecinos en la fila más alejado) y basado en la separación lineal radial dada por y el diseño escalonado radial con el resbalón (ecuación 5). aviones [13], todo el campo está completamente y precisamente definidas a partir de la fila más alejada hacia el interior, a la fila más cercana al reflector torre.Espacio libre alrededor de la torre se asigna no sólo por razones ópticas, sino un lso para los requisitos técnicos.

El método propuesto por Segal y Epstein (1996), Segal (1999), maximiza la relación E t / h N, donde E t es la energía anual total entregada a la diana y N h el número de helióstatos en el campo.Inicialmente, el campo se culo Umed circular y dimensionado para suministrar potencia mayor que la potencia nominal especificada en el punto de diseño.Esto requiere una optimización en tres dimensiones (u, v, w) que se pueden resolver suponiendo que el campo está construido basado en el algoritmo descrito anteriormente.El re sultado es una configuración de campo óptimo con aportación media máxima de cada heliostato integrada a lo largo del año y que tiene el poder en el punto mayor que la potencia nominal requerida diseño.Fig. 12 se presentan las curvas isoenergéticas

de contribución anual de cada heliostato en todo el campo en relación con los helióstatos más eficientes designados con eficiencia igual a 1.Matriz de los helióstatos menos eficientes en el campo se establece en el orden inverso de su contribución y, por último, el heliostato s con el aporte energético anual más baja se eliminan hasta que se logra la potencia deseada en el punto de diseño.Los heliostatos restantes configuran el campo óptimo.En el último paso se hace un ligero compromiso para dar forma al campo en cumplimiento con el límite elíptica más apropiado.Este límite tiene su centro desplazado una cierta distancia hacia el Norte con respecto a la torre reflector [15].

 

 

Fig. 12 curvas isoenergéticas de contribución anual de heliostatos

 

4.2 Dimensión de torre reflector y concentrador de tierra

Como se describe en la sección anterior, el límite del campo se fija después de que el proceso de optimización para que coincida con el requisito de potencia nominal. La adopción de las definiciones descritas en la Sección 3, el tamaño del reflector torre y los principales grupos nd CPC pueden ser mejor ilustrados a través del siguiente ejemplo específico.Un campo que tiene un contorno elíptico se supone, tienen semiejes de v = 2,8 * UL en el eje Sur-Norte y w = 2.2 * UL en el eje Este-Oeste.También el centro de la frontera elipse es shi fted por e = 0.8UL norte a la línea vertical trazada desde el punto de objetivo (ver fig.13 donde UL = 100 m).Además, como se describe por Segal y Epstein [15], en un campo como, el eje de la torre reflector debe ser inclinado para que enfoque el hiperboloide inferior se mueve ni º con respecto a la vertical desde el objetivo de punto (enfoque superior) con el fin para preservar la verticalidad de la agrupación CPC.

La ecuación de un hiperboloide tiene el eje Oz inclinada con el τ ángulo con la vertical se puede escribir como:

(6)

donde: t = τ bronceado ; θ 2 = 1 + t 2; ξ = (t 2 -θ) / 2; η = (1 + θ) t / 2; a, b siendo los semiejes hiperboloides definidos como en la Sección 2

Similar al procedimiento desarrollado en la Sección 2, un punto genérico P se determina en el límite del campo

w 2 x 0 2) 1/2 y z o = -d.Una línea recta PA, de conexión que tiene las coordenadas (x o, y o, o z), donde y 0 e (v v

P y el punto objetivo A, intersecta la hoja superior de la hiperboloide (Ec.6).La intersección de un rayo reflejado desde este punto en el hiperboloide con el plano focal inferior se calcula. La imagen de la límite de campo en este plano será también una elipse centrada en y = t = τ bronceado.Cuando la variación de la τ ángulo de inclinación, es decir, moviendo la posición de foco inferior a norte, se puede observar que la imagen elíptica se convierte en cerca de un círculo y el ángulo de incidencia de los rayos originó a partir de los diversos puntos P en el límite del campo y reflejada por el TR se acerca al mismo valor. En este punto, la posición del clúster CPC será vertical como deseable.

 

La superficie reflectante del campo de helióstatos enteras puede calcularse por:

              (7)

El área TR como una fracción de la superficie reflectante de helióstatos (S / A ref) se puede calcular fácilmente ahora.

Con el fin de evaluar la dimensión de la imagen del sol en el CPC avión entrada de la planta después de ser reflejada por el campo de helióstatos y por el TR, se debe considerar el disco solar con su semi-ángulo Δ s. Los cálculos se realizan para un haz de rayos originó a partir de cada punto en el límite del campo.Los resultados de la radio de la imagen en el plano de entrada CPC que incluye por ejemplo, 95% de los rayos que llegan y un ángulo de aceptación correspondiente se presentan en la Tabla 2.

T su CPC puede recoger y transmitir al menos el 95% de la potencia que llega a su plano de entrada.En el ejemplo indicado anteriormente (cuando f = 0,8), el radio de entrada de la CPC será 0,0482 unidades y el ángulo de aceptación 24 °, que corresponden a un radio de salida de 0 0,0196 unidades.Como se discutió previamente [8], para grandes campos de la abertura de salida de un solo CPC podría ser demasiado grande para la aplicación específica, y por lo tanto una solución práctica puede ser el uso de un grupo de siete unidades de CPC idénticos: uno central y seis RAL periphe que interceptará al menos el 95% de la imagen completa en el plano de entrada CPC.En el caso de siete unidades CPC,

cada uno de ellos tiene el radio radio de entrada 0,0187 UL, salida 0,0073 UL y el alto de 0.0614 UL. La superficie reflectante de total de este grupo será S CPC = 0,072 UL 2.Esta área se calcula como una fracción de la superficie reflectante de campo (S CPC / A ref = 1,4%).Se muestra en la Tabla 1 es esta fracción, calculado para diferentes valores de f (0,5 <f <1).

Tabla 1

 

Tabla 1. Campo optimizada: comparación entre los resultados obtenidos mediante el cálculo de un verdadero campo de helióstatos r i / r s - radio inferior / superior que delimita en el TR de la superficie iluminada; z i / z s - alturas de los límites de la superficie iluminada correspondiente; acc - ángulo de aceptación; CPCR - CPC radio de entrada; CPCex - CPC radio de salida; h CPC - Altura CPC; Una CPC - área total CPC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 13 campo de helióstatos Optimizado utiliza como primera aproximación en Sect.4.3

 

4.3 Optimización de un campo de helióstatos real basado en la óptica beam-down.

El campo presentado en la figura 13 está optimizado siguiendo el método propuesto por Segal y Epstein (), por lo tanto, tiene la mejor separación fila, también los ángulos azimutales, como resultado, el sombreado y el bloqueo se reducirán al mínimo posible (al menos en el punto de diseño), pero constituye sólo el punto de partida para un requisitos concretos.

Vamos a ejercer el método de optimización de diseño en un ejemplo concreto:

Consideraremos UL = 100m. El objetivo es un área de círculo que tiene equivalente con la zona de entrada de 1 + 6 CPC con dimensiones aún no especificados. La restricción es que cada CPC se conecta con un receptor / precalentador (idéntica) que tiene total de ivalent área equ con el área de un círculo de diámetro 0.1UL. El ángulo de salida de CPC máximo será 75 o.Una primera aproximación da para el diámetro de salida del CPC al receptor / precalentador será 0.017UL. Suponiendo, también como primera aproximación, el ángulo de aceptación como 21 o, podemos calcular que el área equivalente a la entrada en 1 + 6 CPC es 0.955UL 2, que corresponde a un diámetro de 0.11UL. El campo de helióstatos optimizado tiene que llegar a la entrada en el círculo equivalente de

0.11UL (siguiente llamado: el objetivo), (al menos) 17 MW en el punto de diseño (Equinox, Mediodía).Otro requisito importante es que la energía anual recogida en este objetivo debe ser al menos 50GWh. Mencionó que la insolación directa normal se da para una característica día por cada mes, en cada hora 06 a.m.-7 p.m. (matriz de valores 12x14).Para la primera suposición, el vértice de hiperboloide se fija en fh = 0.8UL.

Como primer paso, se calcula la potencia entró objetivo en el punto de diseño, para diversos ángulos de aceptación, y se establece el valor del ángulo de aceptación de la CPC que maximizan este poder. 

El segundo paso consiste en calcular los rendimientos anuales, es decir, la energía entró en meta a lo largo del año (por cada hora entre las 06 a.m.-7 p.m., para cada día representante de cada mes, multiplicado por el número de días en el mes t sombrero).El código calcula la energía recogida debido a cada heliostato del campo representado en la figura 13. 

En el tercer paso, los heliostatos están dispuestos disminuyendo, de acuerdo a su aporte energético. Por supuesto, la suma de energía dada fro m todo el campo de

la Fig.3 es mucho mayor que el requisito (50GWh).Por tanto, el código realiza una suma de la contribución energética de cada heliostato hasta un límite de 50GWh. La disposición de estos helióstatos está representado en la Fig. 14. Los heliostatos en incluyeron en esta cantidad marcarán el campo de entrada para el siguiente paso.En este ámbito se incluyen 2.561 heliostatos. El método de cálculo utilizado hasta ahora, es el trazado de rayos con un número inicial grande de los rayos. Aumentar el número de rayos utilizados para el juicio, tal vez el campo puede recibido una límites más suavizado, pero el cálculo se consume gran tiempo y, para nosotros, la fig. 14 dar información suficiente para suavizar el campo y llegar a la disposición de la figura 15.

 

El último paso es establecer finalmente las dimensiones del CPC sobre la base de actuaciones anuales que deben ser recalculados reemplazar el círculo blanco con verdaderos helióstatos.Con el fin de cubrir todas las superficies de colectores, la entrada en el CPC es un hexágono como en la figura 16.

 

 

Fig. 14 resultaron después de la clasificación de las mejores heliostatos

 

                                     

Fig. 15 campo Smoothed basado en campo presentado en la figura 14

 

Fig. 16 Ray traza en el plano de la entrada en el grupo CPC

 

 

5. CONCLUSIONES

El presente informe se describen en detalle los principios matemáticos que constituyen la base para BeamDown Óptica. Para utilizar esta óptica para torres solares centrales, se imponen unos requisitos nuevos cuando una disposición de

helióstatos adecuada tiene que ser construido. En el presente, con este fin, se utilizan unos códigos que trabajan en una cadena y el informe se presentan los resultados que se obtendrán en cada paso.El software adecuado que unificó estos códigos en un solo paquete está casi listo, pero un manual tiene que ser escrita de diez.