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High temperature solar collector with optimal concentration: Non-focusing fresnel lens with secondary concentrator

1979; Elsevier BV; Volume: 23; Issue: 5 Linguagem: Francês

10.1016/0038-092x(79)90149-x

1471-1257

Manuel Collares-Pereira,

Photovoltaic System Optimization Techniques

A non-evacuated collector consisting of a linear Fresnel lens and a second stage concentrator of the CPC type is described and tested in detail. Use of a Fresnel lens accomplishes two different objectives simultaneously: it allows for the design of a nearly ideal light collector (of the CPC type) of high concentration and height-to-aperture ratio close to 1 and plays the role of a cover, making the collector less sensitive to the environment than one with exposed reflector surface. The geometric concentration is 15.56 and the acceptance half angle is 3°. The optical efficiency measured with an Active Cavity Radiometer (ACR) is 65.6 per cent and the efficiency at ΔTI of 0.235 is 48 per cent (ΔT = Tavfluid − Tamb = 200°C, IACR = 850 W/m2). Heat loss measurements for double glazed configurations are reported and the resulting efficiency at ΔTI of 0.3 is predicted to be 48 per cent. These numbers are expected to be raised by 3 percentage points for a next generation of lenses. The collector is mounted with its tracking axis oriented oriented NS since EW tracking axis orientation is impractical for a linear Fresnel lens, but its wide acceptance angle permits tracking by a simple clock mechanism at constant speed. Two different strategies are considered (i) polar mount, (ii) two adjustments of the tracking axis a year (summer and winter); the predicted yearly performance is calculated for four locations and four working fluid temperatures. The projected cost is estimated to be $70.00/m2 (1976 dollars), possible because the construction of the collector lends itself to the use of inexpensive materials such as plastic and glass. Um colector que não faz uso de vácuo e que consiste numa lente linear do tipo de Fresnel e dum concentrador secundário do tipo CPC é descrito e testado. A utilizaço de uma lente do tipo de Fresnel permite: (i) a obtenção dum colector quase ideal (do tipe CPC) de concentraçao elevada e razão entre as dimensoẽs altura e abertuta de entrada approximadamente igual à unidade (ii) a lente actua como cobertura, tornando a sistema menos sensível ao meio ambiente quando comparado com um sistema em que a superfićie reflectora esteja exposta. A concentraçao geométrica é 15.56 e o angulo de aceitaçao é 6°. A eficiência óptica, medida com um Active Cavity Radiometer (ACR) é 65.6 por cento e a eficiência para ΔTI = 0.235 é 48 por cento ΔT = Tavfluid − Tabm = 200°C e Iacr = 850 W/m2). A possibilidade da utilizacao de uma superficie transparente extra para reduzir as percas de natureza termica do sistema foi testada em duas configuraçoes diferentes e a eficiência extrapolada para ΔTI = 0.3é de 48 por ciento. Espera-se que a próxima geraçao de lentes permita obter eficîencias 3 pontos de percentagem mais elevadas. O colector é montado com o eixo em torno do qual roda para sequiro sol na sua trajectória, na direcçao NS, unna vez que a orientaçao EO nao é prática para lentes lineares de Fresnel. Contudo o seu largo àngulo de aceitaçao permite que o movimento seja comandado por um simples mecanismo de relógio a velocidate constante. Duas estratégias diferentes sao consideradas (i) eixo de rotacao da terra (ii) dois ajustamentos da inclinacao do eixo (verao e inverno); a quantidade de energia captavel é calculada para 4 localidades e 4 temperaturas de funcionamento. Uma breve descricao do custo projectado indica um preco em dólares de 1976 de $70.00/m2, possibel porque a construçao do colector depende da utilizaçao de materiais baratos como sejam o plastico e o vidro. Un capteur d'énergie solaire est décrit et testé qui n'utilize pas le vide, et qui est constitué par un lentille linéaire, de Fresnel et par un concentrateur sécondaire du genre CPC. L'emploi d'une lentille de Fresnel permet: (i) la construction d'un capteur quasi-idéal (genre CPC) de haute concentration, ayant un quotient entre les dimensions de la hauteur et de l'ouverture d'entreé qui est près de l'unité, (ii) la lentille fonctionne aussi comme couverture, rendant le capteur moins sensible à l'environment que les capteurs qui ont des miroirs exposés. La concentration géometrique est de 15.56 et l'angle d'acceptation est de 6°. L'éfficience optique mesurée avec un Active Cavity Radiometer (ACR) est 65.6 pour cent et l'efficience pour ΔTI = 0.235 est 47 pour cent ΔT = Tavfluid − Tamb = 200°C et Iacr = 850 W/m2). La possibilité de l'emploi d'une envellope transparente pour réduire les pertes d'origine thermique est étudiée dans deux geométries differentes et l'éfficience pour ΔtI = 0.3 qui en résulte est 48 pour cent. La prochaine génération de lentilles pourra améliorer ces nombres de trois points de pourcentage. Le capteur est orienté NS, car l'orientation EO n'est pas pratique pour des lentilles de Fresnel. À cause de son large angle d'acceptation le capteur peut suivre la trajéctoire du soleil avec un simple mécanisme d'horloge (à vitesse constante). Deux stratégies différentes sont enviagées (i) l'axe de rotation paralel à l'axe de rotation de la terre (ii) deux positions différentes pour l'axe de rotation (été et hiver); la quantité d'énérgie qui peut étre capteé par au est calculeé pour 4 locals e 4 températures de fonctionement. Cette comparison lui est encore plus favorable quand sa capacité de capter al radiation circumsolaire et de fonctionner avec des niveaux de radiation moins eleveés est prise en consideration. Le prix de capteur calculé en dollars 1976 est de $70.00/m2 possible à cause de l'emploi preseque exclusif de matériaux comme le plastique et le verre dans sa construction.