Ho studiato un semplice concentartore solare formato da due specchi piani accostati a V, con un collettore piano posto all'interno ad altezza opportuna.
La prima cosa che ho verificato è che se questa' tramoggia' non viene sempre rivolta verso il piano percorso dai raggi solari la concentrazione ottenibile può essere veramente bassa. Dunque occorre montarla in modo che, settimana per settimana, possa venire orientata in modo da avere sempre i raggi solari lungo l'asse.
Quanto al collettore, la sua posizione dev'essere abbastanza distante dal vertice, in modo da poter raccogliere i raggi diretti e riflessi dagli specchi, anche dopo riflessioni multiple.
Con una sola riflessione il livello di concentrazione non supera un fattore 3; abbassando verso il vertice e restringendo il collettore in modo da captare anche raggi che arrivano dopo riflessioni multiple, il gradi di concentrazione può essere più alto.
Il procedimento di calcolo che ho seguito, e che è codificato in Basic qui sotto, è quello di assumere un rendimento di riflessione degli specchi eta; così l'energia che arriva al collettore dopo n riflessioni sarà eta^n volte l'energia incidente sul collettore.
Il codice di calcolo è:
1 'collettore solare formato da 2 specchi a V inclinati di alfa
2 'e una striscia ricevente larga 2 ad altezza yC=1/tg(alfa) dal vertice
3 INPUT "rendimento di riflessione % ";ETA
4 INPUT "alfa,° ";ALFA: ALFA=ALFA/180*3.1416: TA=TAN(ALFA): T2A=TAN(2*ALFA): T4A=TAN(4*ALFA):
T6A=TAN(6*ALFA): T8A=TAN(8*ALFA): CTA=1/TA: CT2A=1/T2A: CT4A=1/T4A: CT6A=1/T6A: CT8A=1/T8A
5 PRINT " L bocca=1 L specchi totale ";0.5/SIN(ALFA);" da bordo a collettore ";0.5*(1/SIN(ALFA)-1)
6 Y1=CTA: Z1=1 'max. larghezza fascio con impatto diretto
7 ' MAX. LARGH. Z2 DEL FASCIO CHE ARRIVA AL COLLETTORE CON UNA RIFLESSIONE SINGOLA
8 X2=(Y1+CT2A)/(CTA-CT2A): Y2=X2*CTA: Z2=X2
9 '
10 ' MAX. LARGH. Z3 DEL FASCIO CHE ARRIVA AL COLLETTORE CON UNA RIFLESSIONE DOPPIA
11 X2=(Y1+CT4A)/(CTA-CT4A):Y2=X2*CTA:X3=(Y2+X2*CT2A)/(CTA-CT2A):Y3=X3*CTA:Z3=X3
12 IF ALFA>3.1416/12 THEN PRINT " rifl. doppia: largh. collettore ";1/X3;" fattore di conc.*rend.";
1+(Z2-1)*ETA+(Z3-Z2)*ETA^2: D=FATT/X3: GOTO 25
13 '
14 ' LARGH. Z4 DEL FASCIO CHE ARRIVA AL COLLETTORE CON UNA RIFLESSIONE TRIPLA
15 X2=(Y1+CT6A)/(CTA-CT6A): Y2=X2*CTA: X3=(Y2+X2*CT4A)/(CTA-CT4A): Y3=X3*CTA:
X4=(Y3+X3*CT2A)/(CTA-CT2A): Y4=X4*CTA: Z4=X4
18 IF ALFA>3.1416/16 THEN PRINT " rifl. tripla: largh. collettore ";1/X4;" fattore di conc.*rend.";
1+(Z2-1)*ETA+(Z3-Z2)*ETA^2+(Z4-Z3)*ETA^3: D=FATT/X4: GOTO 25
19 '
21 ' MAX.LARGH. Z5 DEL FASCIO CHE ARRIVA AL COLLETTORE CON UNA RIFLESSIONE QUADRUPLA
23 X2=(Y1+CT8A)/(CTA-CT8A): Y2=X2*CTA: X3=(Y2+X2*CT6A)/(CTA-CT6A): Y3=X3*CTA:
X4=(Y3+X3*CT4A)/(CTA-CT4A): Y4=X4*CTA: X5=(Y4+X4*CT2A)/(CTA-CT2A): Y5=X5*CTA
24 PRINT " rifl. quadrupla: largh. collettore ";1/X5;" fattore di conc.*rend.";
1+ETA*(Z2-1+ETA*(Z3-Z2+ETA*(Z4-Z3+ETA*(X5-Z4)))): GOTO 4: END
Un esempio:
2 specchi con rendimento di riflessione 0.9, inclinati sull'asse di un angolo di 10°
Per una larghezza 1 della bocca della tramoggia, il programma dà
- una larghezza degli specchi (fino al vertice, cioè inclusa la parte sotto il collettore) di 0.5/sen(alfa)=2.879
(la larghezza compresa fra il bordo e il collettore è 1-sen(alfa) volte cioè 2.379
- una larghezza del collettore posto fra i due specchi di 0.1736
- un fattore di concentrazone dei raggi solari, tenendo conto delle perdite di riflessione, di 4.889
(se non ci fossero le perdite sarebbe 1/.1736=5.76)
Un fattore di concentrazione dell'ordine di 4-5 sembra essere sufficiente a raggiungere temperature adatte per una produzione di energia o un condizionamento ad assorbimento o un riscaldamento con normali termosifoni, con collettori relativamente poco costosi e producibili in serie.
NOTA- Il collettore piano potrebbe essere saldato a un tubo di diametro minore, posto al disotto, entro il quale far passare il liquido che raccoglie il calore.
Non è stato considerato il problema dell'isolamento del sistema, ma potrebbe essere una copertura trasparente sulla bocca delle tramogge.


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