Análisis de un prototipo concentrador lineal fresnel mediante simulación de desempeño óptico para la elaboración de la propuesta de mejora

Abstract

En el trabajo presente se desarrolló una propuesta de mejora geométrica para el prototipo Concentrador Lineal Fresnel (LFC) el cual fue desarrollado por el grupo de investigación GISEAC de las Unidades Tecnológicas de Santander con el fin de aumentar su eficiencia óptica. Este modelo propuesto es el resultado de un análisis óptico basado en una simulación numérica en MATLAB y en el método MCRT, por medio de la aplicación de softwares como Sol trace y Tonatiuh, que utiliza una combinación de trazado de rayos y técnica de Monte Carlo. En estos softwares se evaluó la influencia de la variación de parámetros geométricos y ópticos del sistema reflector primario y secundario en la energía solar captada en el receptor y en su eficiencia óptica. Para mejorar su eficiencia óptica, se seleccionó primero un diseño de un sistema de reflexión secundario mediante el concepto de tecnología apropiada, tomando como referencia la geometría y materiales de un prototipo CPC con el fin de reemplazarlo por el modelo trapezoidal del modelo base inicial. El modelo, corresponde a una geometría tipo CPC y es validado mediante pruebas simuladas por el software Tonatiuh, Soltrace y Matlab comparado con el modelo inicial aumenta un 24% al 25% según los resultados de Soltrace y Tonatiuh. Segundo se propuso un cambio en el sistema reflector primario variando el ancho, longitud y separación entre espejos, se evalúan distintas alternativas de variaciones de la longitud del espejo entre 1 metro y 1.8 metros y para el ancho del espejo entre 0.08 metros y 0.12 metros. También se simuló con las mismas condiciones anteriores pero esta vez variando la reflectancia de 0.712 a 0.92 con un vidrio blanco de alta transparencia con un grosor de 4mm. Como resultado, se escogió un modelo conformado por el concentrador de reflexión secundario tipo CPC y se aumentó el ancho de los espejos a 0.12 metros y 1.8 de longitud con una reflectancia de 0.92 y un grosor de 4mm, mejorando la eficiencia óptica un 49% según Soltrace, 48% según Tonatiuh y un 37% según Matlab con respecto al modelo base.