Distribución del flujo solar incidente en un sistema de concentración de tipo Fresnel

Abstract

Como es sabido, una de las fuentes más utilizadas de energía renovable es la radiación so- lar, la cual se ha estudiado y ha permitido diseñar diferentes formas de obtener este recurso para usos industriales. Además de la energía solar fotovoltaica, se encuentran los sistemas de CSP: concentración solar de potencia. Esta tecnología se puede utilizar tanto para producir electricidad como uso de energía térmica para otras aplicaciones industriales. Entre los sis- temas de CSP se encuentran la torre central, el disco parabólico, el cilindro parabólico y el lineal Fresnel. El sistema de concentración de tipo Fresnel destaca por su simplicidad de diseño y cons- trucción, además de sus menores costos en el mercado. Este sistema consta de un conjunto de espejos planos que reflejan la radiación a un reflector segundario y finalmente hacia un tubo absorbedor que contiene un fluido que recibe este calor. En este trabajo de título se busca analizar este tipo concentrador, caracterizando la distribución del flujo solar incidente en el tubo que transporta el calor concentrado. Para esto se realizó una investigación del estado del arte de los concentradores de este tipo y su funcionamiento, de manera de tener una referencia sobre prototipos de mercado en funcionamiento. Hecho esto, se procedió a diseñar un concentrador Fresnel con medidas propias inspiradas en el mercado para poder analizarlo. Se utilizó Autodesk Inventor para generar la geometría del reflector secundario, Tonatiuh para generar el resto de elementos y realizar las simulaciones de trazado de rayos, Wolfram Mathematica para procesar los datos generados en la simulación con un código computacio- nal y poder exportarlos y por último Excel para analizar los datos. Se definió un total de 11 casos para simular, variando el ancho de módulo de espejos re- flectores (separación entre espejos), altura del tubo receptor y número de espejos del módulo, variando también por otro lado las posiciones del sol para observar su efecto en el concen- trador. Al analizar los escenarios se muestra que los mejores parámetros son 4040 mm de altura de tubo receptor y 6 m ancho de módulo. En la variación de espejos, el caso de utilizar 13 de éstos es el más eficiente ópticamente, superando el 40 %. De esta manera también se logra una uniformidad de 0.8 y potencia generada de 30 kW. Esta configuración, al tener mejor uniformidad en la radiación incidente, extiende la vida útil del sistema, debido a que los esfuerzos térmicos del material del tubo absorbedor se ven reducidos.