Heliostat field aiming strategies for solar central receivers

Alberto Sánchez-González, Universidad Carlos III de Madrid
2019 Óptica Pura y Aplicada  
This thesis work deals with the development and validation of four optical models for Solar Power Tower technology. The first model accurately computes the solar flux distribution incident on any central receiver reflected by a single heliostat; the novelty relies on the oblique projection of the receiver mesh onto the image plane where an analytic convolution function is evaluated. The second model determines the canting errors in the facets of real heliostats using a deterministic
more » ... inistic optimization algorithm that minimizes the difference between computed flux maps and experimental images captured on a Lambertian target. The third model extends the basic model to complete fields of heliostats where a symmetric aiming strategy is developed; just a single parameter, novel k factor, is needed to aim all the heliostats. The last aiming model maximizes the output in molten salt receivers while meeting the corrosion and thermal stress constraints; which are translated into allowable flux densities. Este trabajo de doctorado trata del desarrollo y validación de cuatro modelos ópticos para la tecnología de plantas solares de torre. El primer modelo calcula con precisión la distribución de flujo solar incidente en receptores centrales reflejada por un heliostato; la novedad radica en la proyección oblicua de la malla de cálculo desde el receptor hasta el plano imagen donde se evalúa una función analítica de convolución. El segundo modelo determina los errores de canteo en las facetas de heliostatos reales mediante un algoritmo determinista que minimiza la diferencia entre mapas de flujo simulados e imágenes experimentales tomadas en un blanco lambertiano. El tercer modelo extiende el modelo básico a campos completos de heliostatos siguiendo un apuntamiento simétrico; con un único parámetro, llamado factor k, se apuntan todos los heliostatos. El último modelo de apuntamiento maximiza la energía térmica obtenida en receptores de sales fundidas a la vez que respeta las limitaciones de corrosión y stress térmico; las cuales son traducidas en densidades de flujo permisibles. Palabras clave: Torre solar de concentración; Sistema de receptor central; Distribución de flujo; estrategia de apuntamiento; Calidad óptica de heliostatos. REFERENCES AND LINKS [1] K. Lovegrove and W. Stein, Concentrating solar power technology: principles, developments and applications. Elsevier (2012).
doi:10.7149/opa.52.4.51024 fatcat:6alyjn5rrfdspfxzsolncejw4i