Concentrador linear fresnel aplanático

Abstract

O concentrador linear Fresnel aplanático (CLFA) é descrito como um novo projeto óptico adequado às usinas de termelétricas solares. O projeto final é composto por espelhos primários cilíndricos e um conjunto secundário/absorvedor totalmente estacionário. Mostrou-se que ele é capaz de atingir os altos fatores de interceptação das calhas parabólicas convencionais em alta concentração, enquanto oferece os benefícios práticos e de baixo custo dos concentradores lineares Fresnel. Por exemplo, projetos práticos de CLFA atingiram fatores de interceptação tão altos quanto 0,84 em valores de concentração de aproximadamente 26. Uma metodologia para quantificar analiticamente as perdas inerentes não só ao concentrador proposto, mas a qualquer LFR, em função da variação do ângulo de incidência transversal e longitudinal foi desenvolvida. Com isto, todas as informações necessárias à análise completa do CLFA são fornecidas. O fator de interceptação transversal e longitudinal foi descrito, possibilitando a estimativa diária e anual de energia coletada. Uma equação de transformação que permite reduzir a área de perdas entre espelhos (perdas para o solo) é apresentada; quantifica-se também a região de perdas por bloqueio resultante desta transformação. As perdas para o solo, por sombreamento do concentrador secundário, bem como o sombreamento entre espelhos adjacentes, são quantificadas usando o conceito de frente de onda efetiva, que estima a quantidade de energia que ingressa na abertura do concentrador em função do ângulo de incidência. A análise das perdas por rejeição de raios e dispersão permitiu quantificar os raios refletidos pelos espelhos primários que: (1) não entram na abertura do secundário, ou que (2) entram na abertura secundária, mas não atingem o absorvedor. Considerando uma distribuição de brilho constante com semiângulo total de 9 mrad, a modelagem analítica das perdas validadas através de traçado de raios permitiu a avaliação de dois extremos de projeto: CLFA {-1; -0,1} com C = 50 e γ(0,0) = 0,72, e CLFA {-2,2; -0,03} com C = 35 e γ(0,0) = 0,84, este último obtendo melhor desempenho em função da variação do ângulo de incidência.