Study of the effects of tolerances and assembly errors on the optical performances of a parabolic trough solar collector

This Thesis work considers Parabolic Solar Collectors, in particular the one adopting the Eurotrough configuration, and developed a methodological innovative aspect for the design activity of a parabolic trough and, more in general, for a parabolic CSP plant. It is focused on two main aspects. The first one is an activity consisting in the creation of a numerical model able to determine the optical efficiency (evaluate in terms of intercept factor) of a linear Parabolic Solar Collector starting from the tolerance range of the given input parameters, drawing moreover a sort of importance list, finding the most influent once (through a Sensitivity Analyses). The tolerance range of the given input parameters are here considered as production tolerances, production errors and/or precision in assembly operations of the various parts. The second main aspect, instead, is the economic optimization of a fixed power plant, made of parabolic collector. A new numerical model have been created which, starting from available basic data and from the optical performance got, is able to compute the total plant cost. A minimization process is then perform, and the minimum cost and the corresponding optimal input values have been found, by means of Genetic Algorithms (GA) tool in MATLAB, that is an innovative method for the CSP field, with no reference use in literature. This Thesis work has no experimental reply to verify the effectiveness of the obtained results, but all the indirect experimental experience gain in the construction of a prototype in the Politecnico of Milan laboratories by the PoliMi group have been considered and used to build this methodological model, innovative and original in different aspects.

Questo lavoro di Tesi considera i Collettori Solari Parabolici, in particolare quelli che adottano la configurazione Eurotrough, e sviluppa un aspetto metodologico innovativo per l'attività di progettazione di un collettore parabolico e, più in generale, di un intero impianto. Si concentra su due aspetti principali. Il primo consiste nella creazione di un modello numerico in grado di valutare l'efficienza ottica (in termini di fattore d'incidenza) di un collettore solare parabolico in funzione dei valori di tolleranza dei parametri in input forniti, selezionando, tramite un'analisi di sensitività, i più influenti. L'intervallo di tolleranza dei parametri in ingresso viene considerato come tolleranze di produzione, errori di produzione e / o precisione nelle operazioni di assemblaggio delle varie parti. Il secondo aspetto principale, invece, riguarda l'ottimizzazione economica di un intero campo solare, formato da collettori parabolici, con potenza fissata. È stato creato un nuovo modello numerico che, partendo dai dati disponibili e dalle prestazioni ottiche ottenute dal punto precedente, è in grado di calcolare il costo totale dell'impianto. Viene quindi eseguito un processo iterativo di ottimizzazione, tramite Algoritmi Genetici in MATLAB, metodo innovativo per il campo considerato, senza alcun riferimento in letteratura. Vengono quindi definiti il costo minimo e i valori di input ottimali per i quali tale costo è ottenuto. Questo lavoro di Tesi è privo di una parte sperimentale per verificare l'efficacia dei risultati ottenuti, ma tutta l'esperienza sperimentale indiretta acquisita nella costruzione di un prototipo nei laboratori del Politecnico di Milano da parte del gruppo PoliMi è stata considerata e utilizzata per la creazione di questo modello metodologico, innovativo e originale in diversi aspetti