Concentración Y Conversión Térmica De La Radiación Solar

Aunque la radiación solar es una fuente térmica de elevada temperatura y elevada energía solar en origen, la utilización de la misma en las condiciones del flujo que llega a la superficie terrestre destruye prácticamente todo su potencial de convertirse en trabajo, por la drástica reducción de la temperatura disponible en el fluido. Por esto en las CET, se usan sistemas de concentración óptica, que permiten lograr mayores densidades de flujo y con ello temperaturas más elevadas.

El rendimiento del sistema viene marcado por diferentes factores como el balance de pérdidas radiativas y convectivas en el receptor solar, la absorbencia, trasmisión, la emisión del absorbedor, C el factor de concentración y G la irradiación.

Todo ello se muestra en una ecuación, si se convoluciona con la expresión del rendimiento ideal de Carnot encontramos que la eficiencia del sistema depende de la temperatura del receptor y de la relación de la concentración. Para cada concentración existirá una temperatura óptima y a su vez la temperatura óptima aumentará con la concentración. Existe por ello una clara conexión entre la concentración alcanzada y la eficiencia teórica del sistema.

La concentración de factor C tiene el inconveniente de rechazar incidentalmente la radiación solar difusa que no tiene una dirección preferente, además, requiere costosos equipos ópticos y mecánicos. Por ello se plantean límites prácticos a los máximos teóricos alcanzables. A esto se le añade la limitación de que el Sol no es una fuente luminosa puntual y que en base al ángulo sólido cambia la concentración.

En el diseño de un concentrador solar se presta atención no sólo al tamaño del Sol, sino también a su forma o Sunshape. La dispersión y la absorción en la fotosfera solar modifican la distribución uniforme de la irradiación esperada en un radiador de cuerpo negro, por lo que la distribución uniforme se reemplaza frecuentemente por una distribución de “periferia oscurecida”, más realista. A esto se le añaden otros efectos como errores de curvatura y de ondulación de la superficie reflectante, la aberración en la imagen por interceptación del rayo reflejado y errores del mecanismo del seguimiento solar. Se aproximan los efectos de los errores aleatorios en el concentrador añadiendo la desviación estándar en cuadratura, así se obtiene la función de distribución resultante. La consecuencia de la convolución de todos los errores hace que el concentrador parabólico ideal con foco puntual pase a ser una imagen de perfil Gaussiano.