Concentrador solar estático reflectivo-refractivo: construcción y evaluación experimental
DOI:
https://doi.org/10.20983/culcyt.2024.2.2.1Palabras clave:
refractivo-reflectivo, concentrador de embudo, captación de energía solar, radiación solarResumen
Este estudio presenta los resultados de un experimento que mejora la eficiencia de la captación de energía solar de un concentrador solar estático refractivo-reflectivo. Para esto, se consideró un concentrador solar con eficiencia reportada del 69.36 %, el cual combina un prisma y un concentrador cónico metálico. La nueva versión del concentrador solar fue construida en un torno convencional usando acero 1018 que tiene bajo contenido de carbono (0.15 % al 0.20 %) en la aleación, a la cual se le aplicó un proceso de lijado y pulido para lograr un acabado tipo espejo. Se usó un sistema de medición de intensidad de luz basado en un microcontrolador Arduino Uno R3 de código abierto, soportado por el circuito ATmega328P, un fotodiodo y un foco de halógeno con ajuste de posición en altura y desplazamiento horizontal. La eficiencia lograda fue de 73.39 %, que supera los resultados ya reportados. Este trabajo ofrece una solución innovadora y eficiente que aumenta el tiempo de captación de energía solar. Además, proporciona otra alternativa que usa materiales diferentes a los reportados anteriormente, como la lámina de aluminio anodizado, con superficies altamente reflectantes. El concentrador solar desarrollado en este estudio se puede adaptar a sistemas más complejos de concentración solar. La mejora significativa en la eficiencia de captación de energía solar se debe a la rigidez y estabilidad de los materiales usados y a los procesos de acabado aplicados. Como ventaja se destaca su potencial aplicación en entornos industriales y comerciales basadas en energías renovables.
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L. V. Kontrosh, V. S. Kalinovsky, A. V. Khramov y E. V. Kontrosh, “Estimation of the chemical materials volumes required for the post-growth technology manufacturing InGaP/GaAs/Ge with a concentrator and planar α–Si:H/Si solar cells for 1 MW solar power plants”, Clean. Eng. Technol., vol. 4, 2021, art. n.° 100186, doi: 10.1016/j.clet.2021.100186.
X. Apaolaza-Pagoaga, A. Carrillo-Andrés, C. Rodrigues y F. Fernández-Hernández, “The effect of partial loads on the performance of a funnel solar cooker”, Appl. Therm. Eng., vol. 219, parte C, 2023, art. n.° 119643, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2022.119643.
A. K. Azad y S. Parvin, “Bibliometric analysis of photovoltaic thermal (PV/T) system: From citation mapping to research agenda”, Energy Reports, vol. 8, pp. 2699-2711, 2022, doi: 10.1016/j.egyr.2022.01.182.
H. Kaiyan, Z. Hongfei, T. Tao y X. Xiaodi, “Experimental investigation of high temperature congregating energy solar stove with sun light funnel”, Energy Convers. Manag., vol. 50, n.º 12, pp. 3051-3055, 2009, doi: 10.1016/j.enconman.2009.08.009.
A. Menéndez-Velázquez et al., “Towards a luminescent solar concentrator with ultra-broadband absorption and spectral conversion for optimizing photovoltaic solar cell response: ‘The photonic cannon shot’”, Optical Materials, vol. 142, 2023, art. n.º 114005, doi: 10.1016/j.optmat.2023.114005.
A. H. Alami, A. Olabi, A. Mdallal, A. Rezk, A. Radwan, S. M. A. Rahman, S. K. Shah y M. A. Abdelkareem, “Concentrating solar power (CSP) technologies: Status and analysis”, Int. J. Thermofluids, vol. 18, n.º 3, 2023, art. n.º 100340, doi: 10.1016/j.ijft.2023.100340.
H. Zheng, G. Wu, T. Tao, Y. Su y J. Dai, “Combination of a light funnel concentrator with a deflector for orientated sunlight transmission”, Energy Convers. Manag., vol. 88, pp. 785-793, 2014, doi: 10.1016/j.enconman.2014.09.004.
A. Carrillo-Andrés, X. Apaolaza-Pagoaga, C. Rodrigues, E. Rodríguez-García y F. Fernández-Hernández, “Optical characterization of a funnel solar cooker with azimuthal sun tracking through ray-tracing simulation”, Solar Energy, vol. 233, pp. 84-95, 2022, doi: 10.1016/j.solener.2021.12.027.
G. Luque-Zuñiga, R. Vázquez-Medina, G. Ramos-López, H. Yee-Madeira y D. A. Pérez-Márquez, “Increase of solar harvest time with a double static concentration refractive-reflective system”, 2020 IEEE International Autumn Meeting on Power, Electronics and Computing (ROPEC), Ixtapa, Mexico, 2020, pp. 1-5, doi: 10.1109/ROPEC50909.2020.9258725.
A. J. Grede, J. S. Price y N. C. Giebink, “Fundamental and practical limits of planar tracking solar concentrators”, Opt. Express, vol. 24, n.º 26, pp. A1635, 2016, doi: 10.1364/OE.24.0A1635.
S. S. Salvi et al., “Technological advances to maximize solar collector energy output: a review”, J. Electron. Packag., vol. 140, n.º 4, 2018, doi: 10.1115/1.4041219.
A. Shahsavari y M. Akbari, “Potential of solar energy in developing countries for reducing energy-related emissions”, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 90, pp. 275-291, 2018, doi: 10.1016/j.rser.2018.03.065.
S. Gorjian et al., “A review on recent advancements in performance enhancement techniques for low-temperature solar collectors”, Energy Convers. Manag., vol. 222, 2020, art. n.º 113246, doi: 10.1016/j.rser.2018.03.065.
F. Masood et al., “The compound parabolic concentrators for solar photovoltaic applications: Opportunities and challenges”, Energy Reports, vol. 8, pp. 13558-13584, 2022, doi: 10.1016/j.egyr.2022.10.018.
G. Luque-Zuñiga, R. Vázquez-Medina, G. Ramos-López, D. A. Pérez-Márquez y H. Yee-Madeira, “Simulation and Experimental Evaluation of a Refractive-Reflective Static Solar Concentrator”, Energies, vol. 16, n.º 3, 2023, doi: 10.3390/en16031071.
X. Xiaodi, Z. Hongfei, H. Kaiyan, C. Zhili, T. Tao y X. Guo, “Experimental study on a new solar boiling water system with holistic track solar funnel concentrator”, Energy, vol. 35, n.º 2, pp. 692-697, 2010, doi: 10.1016/j.energy.2009.10.033.
J. Li et al., “Thermodynamic investigation of spectral splitting hybrid system integrated Cassegrain concentrator and mid/low-temperature solar thermochemical storage”, Renewable Energy, vol. 217, 2023, art. n.º 119152, doi: 10.1016/j.renene.2023.119152.
D. Malacara, “Mathematical Representation of an Optical Surface and Its Characteristics”, en Optical Shop Testing, 3.ª ed., E. Malacara, ed. Nueva Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2007, cap. 18, pp. 832-851, doi: 10.1002/9780470135976.ch18.
Atmel Corporation, “8-bit AVR Microcontroller with 32K Bytes In-System Programmable Flash”, ficha técnica de ATmega328P, 2016 [Rev.: 7810D–AVR–01/15].
Vishay Intertechnology, “Silicon PIN Photodiode”, ficha técnica de BPW34 y BPW34S, 2024 [Rev.: 2.1, 23-ag.-11].
A. S. Morris, Measurement and Instrumentation Principles, 3.ª ed. Massachusetts: Butterworth-Heinemann, 2001, pp. 1743-1744.
J. G. Webster y H. Eren, eds., Measurement, instrumentation, and sensors handbook: spatial, mechanical, thermal, and radiation measurement, 2.ª ed. Boca Ratón: CRC Press, 2017.
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