Modelling and control of a CSP trough considering an optical performance over the wind disturbances

The concentrated solar power plants are gaining increasing interest in these years, especially with the problematics of pollution and relative greenhouse effect. The main drawback is the production of the energy only during the day. But now, with the new backup systems, the energy can be stored using potassium salt and draw back by night. The study of a parabolic trough type and the relative solar tracking can guarantee optimal performance for producing the highest possible amount of sun energy. Solar Tracker is a device which follows the movement of the sun as it rotates from the east to the west every day. Solar Tracker is used to keep solar concentrator oriented directly towards the sun, which the using of actuators and sensors integrated with a proper automatic control system. The purpose of the thesis is to derive a mechanical model of the overall concentrator and create a control system in order to command the actuation and guarantee the optimal tracking in every condition. Other purpose is to design a simulation ambient in Simulink, for simulating the daily solar tracking and study the disturbances and the error that can affect the control system. The results come under the form of efficiency curve, obtained from the daily simulation with different wind disturbances and considering some construction error. The construction error is obtained from previous experience, while the wind disturbances are modelled in agreement with the standards. The calculation was done considering the prototype of an early designed trough, which design solutions are currently on development. Due to this fact, the achieved results were not satisfactory due a very high efficiency loss. Nevertheless, the bad performances are attributed to the excessive flexibility of the receiver. An upgrade for the receiver support is proposed, which leads to very considerable improvement of the final efficiency.

Gli impianti a concentrazione solare stanno aumentando d’interesse in questi ultimi anni, specialmente con le problematiche di inquinamento e il relativo effetto serra. L’inconveniente principale di questa tipologia di impianti è la produzione di energia solo durante il giorno. Tuttavia, questi impianti hanno ora un nuovo dispositivo di accumulo dell’energia che utilizza sali di potassio da cui è possibile estrarre il calore durante la notte. Lo studio dei concentratori di tipo parabolico e il relativo inseguimento solare possono garantire ottime performance producendo la massima quantità possibile di energia derivata dal sole. L’inseguimento solare viene realizzato tramite un dispositivo che segue il sole e ruota da est a ovest ogni giorno. Il tracciamento solare è utilizzato per tenere il concentratore orientato verso il sole tramite l’utilizzo di attuatori, sensori e di un proprio sistema automatico di controllo. Lo scopo della tesi è quello di derivare un modello meccanico dell’intero concentratore e creare un sistema di controllo in grado di comandare il sistema di attuazione garantendo il tracciamento solare in ogni condizione. Un altro obbiettivo è quello di creare un ambiente di simulazione in Simulink per simulare il tracciamento solare giornaliero comprendendo i disturbi e gli errori che affliggono il sistema di controllo. I risultati finali arrivano sotto forma di curve di efficienza, ottenute dalle simulazioni giornaliere con diversi disturbi di vento e ipotizzando imperfezioni nella costruzione del concentratore. Questi errori di costruzione sono stati ottenuti e misurati da una precedente esperienza mentre i disturbi del vento sono stati modellizzati tenendo in considerazione le normative. Questo lavoro è stato effettuato considerando il prototipo di un concentratore solare nei primi stadi di progetto e che soluzioni migliorative sono attualmente in fase di sviluppo. Alla luce di queste considerazioni, i risultati ottenuti non sono soddisfacenti data l’elevata efficienza persa. Tuttavia, le cattive performance sono attribuite all’eccessiva flessibilità del ricevitore. Un miglioramento strutturale per irrigidire il supporto ricevitore è proposto che porta ad un aumento dell’efficienza e quindi all’energia accumulata.