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Solar flux density distributions on central tower receivers

1977; Elsevier BV; Volume: 19; Issue: 2 Linguagem: Francês

10.1016/0038-092x(77)90057-3

1471-1257

M. Riaz, Theodore Gurr,

Solar Radiation and Photovoltaics

An analytical formulation of the solar flux density distributions produced on the surface of a central tower receiver by large mirror fields is developed which accounts for dispersion, shading and screening effects of mirrors, and for degradation of insolation levels. In the case of symmetrical geometries involving circular mirror fields and vertical cylindrical receivers, a general method of calculation yields closed-form solutions for the concentration ratios in terms of normalized parameters describing the mirror field configuration, the receiver dimensions, the insolation levels, the mirror characteristics, and the time of the day. Aiming strategies of mirror focusing are devised to reshape the solar flux in accordance with desired distributions. Mirror field asymmetries created by the configuration itself or by operational conditions blanking a portion of the field (due, for instance, to maintenance or cloud cover) are shown to set up flux gradients around the receiver which can be computed using a flux superposition technique. The methodology elaborated in the case of the vertical cylindrical receiver for simplicity and insight of treatment is applicable to many other geometries presently envisioned in receiver studies for solar power tower systems. Una formulación analítica de las distribuciones de densidad de flujo solar producidas por grandes campos de espejos en la superficie de una torre central receptora, es desarrollada incluyendo efectos de dispersión oscurecimiento de los espejos debido a sombras y degradación de los niveles de aislamiento. En el caso de geometrías simétricas que involucran campos circulares de espejos y receptores cilíndricos verticales, un método general de calculo permite obtener expresiones analíticas para los radios de concentración en función de los parámetros normalizados que describen la cofiguración del campo de espejos, las dimensiones del receptor, los niveles de aislamiento, las características del espejo, y la hora del dia. Estrategias de orientación para enfoque de los espejos son desarrolladas a fin de modificar el flujo solar de acuerdo a las distribuciones deseadas. Se demuestra que asimetrías en el campo de los espejos creadas por la configuración misma o por eliminación parcial del campo debido a condiciones operacionales (por ejemplo, debido a mantenimiento o cielo nublado) producen gradientes de flujo alrededor del receptor que pueden ser calculados usando una técnica de superposición de flujos. La metodología elaborada para el caso de un receptor vertical cilíndrico es aplicable por simplicidad e intuición de tratamiento a muchas otras geometrías actualmente consideradas para sistemas de torres solares. Une méthode analytique pour la détermination de la densité du flux solaire produit par un large champ de mirroirs sur la surface d'un capteur placé sur une tour centrale est dévelopée en tenant compte des effets de dispersion, d'ombres des mirroirs, et de la dégradation des niveaux du rayonnement solaire. Dans le cas de géométries symétriques comprenant des champs circulaires de mirroirs et de capteurs cylindriques verticaux, une méthode générale de calcul permet d'obtenir des expressions analytiques pour la concentration qui est évaluée à partir de paramétres normalisés représentant la configuration du champ des mirroirs, les dimensions du capteur, le niveau du rayonnement solaire, les caractéristiques des mirroirs, et l'heure du jour. Des stratégies d'orientation pour la focalisation des mirroirs sont déduites afln de redistribuer le flux solaire selon des profiles désirés. Les asymétries du champ des mirroirs établies par des configurations particulières ou par des conditions d'ópération éliminant une partie du champ (causées, par example, par des réparations ou par le passage de nuages) produisent des changements de la densité du flux sur la périphérie du capteur qui peuvent être évalués par un procédé de superposition des flux. La méthode dévelopée ici en détail pour le cas d'un capteur cylindrique vertical par raison de la simplicité du raisonnement et de l'analyse peut aussi être appliquée à d'autres géométries de capteurs qui sont actuellement considérées dans les études de tours centrales solaires.