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Optical analysis of solar facility heliostats

1979; Elsevier BV; Volume: 22; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1016/0038-092x(79)90143-9

1471-1257

Eugene A. Igel, Ryan Hughes,

solar cell performance optimization

Useful insights into significant operating parameters are gained by treating the mirror collector system of a central receiver solar power station as an optical system, no matter how large. We at Sandia Laboratories have developed a method for estimating the approximate size of the solar image cast by individual heliostats. As a consequence from the Coddington equations, we have developed a simple analysis of astigmatism, the major aberration which describes optical off-axis image behavior of a focusing collector system. These predictive equations agree well with experiments performed with a spherical mirror over a range of angles of incidence exceeding 60°. Other than flat mirros, several heliostat configurations were proposed and explored and were found amenable to the same analysis. All desings which attempt to superpose the reflected energy from several mirros mounted and tracked together on the same frame are subject to the same simple rules. Although this analysis is not rigorous, it does give useful insight into the cause of the large image spread found under some operating conditions and it does indicate methods for optimizing the system. Conclusions reached are explicitly related to the off-axis performance of the mirror collectors of a central receiver solar power station. Percepciones beneficiosas de parámetros significantes se pueden ganar en tratar el sistema de espejos collectores de una estación solar como si fuera un sistema óptico, por grande que sea. Nosotros aquí en los laboratorios Sandía hemos desarrollado un método para estimar, mas o menos, el tamaño del imagen lanzado por los heliostatos individuales. Como consequencia, de las ecuaciones de Coddington hemos desarrollado un análisis simple del astigmatismo, que es la aberración mas grave descentrada del eje de esos espejos, Estas ecuaciones prediciendas conforma bien con experimentos hechos con un espejo esférico por un campo de ángulos de incidencia que excedaba mas de 60°. Además de espejos planos, varias configuraciones de heliostatos fueron proponidas y examinadas, y se hallaron tratable al mismo análisis. Todos proyectos que intentan sobreponer la energía reflejada de varios espejos montados y movidos juntos en la misma armazón son sujetos a las mismas reglas. No obstante de que este análisis no sea rigoroso, sin embargo provee una percepción beneficiosa del origen de la dilatación grande del imagen que se encuentra en algunas condiciones de operación y tambien indica a métodos para desarrollar el sistema al grado mas óptimo. Nuestras conclusiones explicitamente pertenecen al funcionamiento descentrado del eje de los espejos de un receptor central de energía solar. En traitant le système collecteur à miroir utilizé dans une centrale solaire à tour comme un système optique, on obtient des idées importantes sur les paramètres significants de l'opération. Nous avons développé une méthode pour estimer la grandeur approximée de l'image donnée par les héliostats isolés. En conséquence des équations de Coddington, nous avons developpé une analyse simple de l'astigmatisme, l'aberration majeure d'une image hors d'axe optique. Ces équations bien prédisent les valeurs expérimentaux obtenues avec un miroir spherique et des angles d'incidence comportés entre nulle et 60°. Plusiers configurations des héliostats, en plus des miroir plans, sont sujets à la même analyse simple de Coddington. Les plans qui essaient la supérposition de l'energie réfléchie de plusiers miroirs montés et dirigés sur le même support sont sujets aux même regles simples. Quoique cette analyse ne soit pas rigoureuse, elle donne actuellement des renseignements utiles sur les origines de l'élargissement de l'image trouvé sous certaines conditions d'opération, et en plus, elle indique des moyens d'améliorer le système. Les conclusions de cette analyse se sont rapportées au fonctionnement hors d'axe des miroirs d'une centrale solaire à tour.