Studio parametrico delle prestazioni energetiche di collettori solari con concentratori parabolici composti ( CPC ) nella produzione di calore a media temperatura

In last years there was a strong increase in installed thermal power in solar thermal technology. This development is favored mainly by the growth in residential, however there is a field still not considered but with excellent potential, this is the medium temperature heat production for use in industrial sector. The present workof thesiswants to investigate the possibility of using compound parabolic concentrator (CPC) technology in the field of medium temperature heat production. The first step was the choice of the type of collector: we decided to consider collector for flat receiver and collector for tubular receiver. Then were chosen the influence parameters: acceptance angle, concentration ratio, material of reflecting surfaces and type of receiver. On the basis of choices, we passed to the construction of reflecting surfaces by the use of constitutive equations. Then we passed to the optical analysis of various configurations by the use of a ray tracing program; this study was very important to verify optical efficiencies. Then we passed to the modelling of thermal losses for the diffrent types of receiver by the use of correlations obtainde from literature. Thanks to the optical and thermal studies was possible the implementation of a program wich would allow the evaluation of annual thermal Energy transferred to Exchange fluid for two different places, they present far climatic conditions. This study was decisive to evaluate of the operating parameters influence on Energy performances of different configurations. Then we considered a commercial version of a different type of solar collector, it is a Parabolic Trough working in medium temperature field; by the use of a numerical program was evacuate thermal Energy transferred to Exchange fluid. Thanks to the obtained results was possible to establish the effective competitiveness of CPC technology compared to other types of solar collector.

Negli ultimi anni si è assistito ad un forte incremento della potenza termica installata relativamente alla tecnologia solare termica, tale sviluppo è favorito principalmente dalla crescita all’interno del settore residenziale. Esiste comunque un campo ancora poco considerato ma dalle ottime potenzialità, si tratta della produzione di calore a media temperatura per utilizzo nel settore industriale. Il presente lavoro di tesi vuole quindi indagare la possibilità di utilizzo della tecnologia dei collettori a concentratori parabolici composti (CPC) all’interno del campo della produzione di calore a media temperatura. Il primo passo è stato quello di scegliere la tipologia di collettore da utilizzare: si è deciso inizialmente di considerare collettore per ricevitore piano e per ricevitore tubolare. In seguito sono stati scelti i parametri d’influenza delle prestazioni: angolo di accettazione, fattore di concentrazione, materiale delle superfici riflettenti e tipologia di ricevitore. Sulla base delle scelte effettuate, si è quindi passati alla costruzione delle superfici riflettenti attraverso le equazioni costitutive. In seguito si è passati quindi all’analisi ottica delle varie configurazioni attraverso l’utilizzo di un programma di ray tracing; questo studio è stato decisivo per verificare le efficienze ottiche. Si è quindi passati alla modellizzazione delle perdite termiche per i differenti tipi di ricevitore attraverso correlazioni ricavate da letteratura. Grazie agli studi ottici e termici è stata quindi possibile l’implementazione di un programma che permettesse la valutazione dell’energia termica annua trasferita al fluido di scambio per due differenti località, le quali presentassero tra loro condizioni climatiche distanti. Questo studio è stato decisivo per la valutazione dell’influenza dei parametri operativi sulle prestazioni energetiche delle differenti configurazioni. Successivamente si è scelto di considerare una versione commerciale di una differente tipologia di collettore solare, si tratta di un Parabolic Trough operante nel campo della media temperatura; attraverso un programma numerico è stata quindi valutata l’energia termica annua trasferita al fluido di scambio. Grazie ai risultati ottenuti è stato quindi possibile stabilire l’effettiva competitività della tecnologia CPC rispetto ad altre tipologie di collettore