Análise da formação de imagem focal do concentrador solar paraboloidal tipo scheffler.

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Dib, Erick Alfred
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Concentrador Scheffler; Energia solar; Formação de imagem; Imaging concentrator; Modelagem; Modeling; Scheffler concentrator; Solar energy
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-24112021-140456/

O concentrador solar tipo Scheffler é um refletor paraboloidal que mantém o foco fixo em um receptor estacionário, enquanto o refletor se move com o sistema de rastreamento. Essa característica se deve à sua geometria, definida pelo traço entre uma paraboloide teórica e um plano a 43,23°, e pelo sistema de rastreamento em dois eixos. Na literatura, há importantes trabalhos voltados para as definições da geometria complexa do refletor Scheffler e diversas demonstrações de aplicações. Já a questão da formação da imagem focal do concentrador Scheffler e do fluxo de energia solar foram pouco exploradas. O conhecimento sobre a formação de imagem de um concentrador solar é importante para processos de otimização de receptores. Assim, nesse trabalho foi realizada uma modelagem matemática para estimativa da curva do fluxo de energia solar concentrada para o concentrador Scheffler Sul, isto é, o concentrador que está ao sul da zona focal. Na simulação, verificou-se que o sistema de rastreamento sazonal afeta a área de do refletor numa amplitude de duas condições de contorno: com e sem deformação na borda. O fluxo total e a curva de fluxo de energia disponível no foco também variam significativamente. A variação teórica máxima da área de abertura e o fluxo total na imagem do foco foram iguais, de 48% e 20%, respectivamente, para as duas condições de contorno. A data da maior fronteira do foco é a mesma data da menor núcleo, e vice versa, e o pico do fluxo variou 52%. As medições do foco foram realizadas em um concentrador Scheffler Sul com abertura de 2 m2, em quatro dias ao longo de 4 meses, com uma câmera CMOS monocromática de 16 bits. Nestas medições, o perfil de fluxo e as variações dimensionais se mostraram coerentes com a simulação. Entre os quatro dias, o fator de interceptação do núcleo foi aproximadamente 0,5, com fluxos entre 413 W a 910 W. Na interceptação de regiões periféricas, o fluxo variou de 987 W a 1685 W, com fator de interceptação entre 0,87 e 0,99. As medições revelaram que a geometria das fronteiras do foco são modificadas com o acionamento do sistema de rastreamento sazonal, mas, ainda assim, as imagens registradas apresentaram boas concordâncias com as tendências vistas nas simulações. Este trabalho, enfim, sugere um modelo de cálculo para o diâmetro do núcleo e da fronteira do foco, que pode ser utilizado como ferramenta em processos de otimização de receptores para este tipo de concentrador solar.