Optical design of a Beam Down Linear Fresnel Reflector for process heat production

The addition of a beam down stage to a conventional Linear Fresnel Reflector generates an optical system that focuses the sun rays on the ground, therefore removing all the constraints on the dimension and weight of the receiver set by commercial LFR systems. This thesis consists in the geometrical and optical analysis of a system so built. The effect of the main geometrical parameters of the system (such as primary focus height, number of mirror rows, mirror spacing, etc.) on the width of the receiver has been investigated for a range of configurations with a Matlab model. Through a SolTrace model, the main causes of efficiency loss have been identified and the Incidence Angle Modifier curves obtained in order to determine the instantaneous, daily and annual optical efficiency of the system. After the introduction of the radiative losses of the absorber, an optimal configuration is selected. The global daily efficiency of the chose configuration amounts to 39.87% when the system operates at a constant temperature of 500°C.

L'aggiunta di uno stadio beam down ad un convenzionale sistema Fresnel lineare genera un sistema ottico che riflette i raggi solari verso il suolo, permettendo di rimuovere i vincoli sulla dimensione ed il peso del ricevitore tipici dei sistemi Fresnel lineari commerciali. Questa tesi consiste nell’analisi geometrica ed ottica di un sistema così costruito. L’effetto dei principali parametri geometrici del sistema (altezza del fuoco primario, numero di file di specchi, spaziatura degli specchi, ecc.) sull’ampiezza del ricevitore sono state investigate per un range di configurazioni con un modello Matlab. Attraverso un modello SolTrace, le principali cause di perdita di rendimento sono state identificate e le curve di Incidence Angle Modifier sono state ottenute per determinare l’efficienza ottica istantanea, giornaliera ed annuale del sistema. Dopo l’introduzione delle perdite radiative al ricevitore, una configurazione ottimale del sistema è stata selezionata. L’efficienza globale giornaliera della configurazione scelta ammonta a 39.87% quando il sistema opera ad una temperatura di 500°C.