Radiometro mobile per concentratori solari termodinamici lineari

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1 adiometro mobile per concentratori solari termodinamici lineari Andrea Moretti 1, Antonio Parretta 1,2 * 1 Dipartimento di Fisica, Università di Ferrara, Ferrara, Italy 2 ENEA C.. E. Clementel, Bologna, Italy *parretta@fe.infn.it 1

2 Sommario La tecnologia del solare termodinamico Il tubo ricevitore Tipologia dei radiometri esistenti adiometro mobile a collare Conclusioni 2

3 Impianto solare termodinamico 3

4 La tecnologia del solare Collettore solare termodinamico Accumulo termico Ciclo termico con turbina a vapore e generatore elettrico 550 C 290 C 4

5 La tecnologia del solare termodinamico - Concentratore parabolico (eflector) - Tubo collettore (Absorber Tube) - Collettore (Solar Field Piping) La luce solare viene concentrata, con fattore di concentrazione superiore ad 8O X, sul collettore solare, all interno del quale scorre una miscela di sali fusi (fluido termovettore). Al termine del percorso tale fluido avrà raggiunto la temperatura di 550 C, e tramite scambiatori di calore verrà impiegato per la produzione di vapore 5

6 Impianto PCS (ENEA-Casaccia) 4 m N S Concentrazione 80X, T C Impiego di sali fusi (nitrati di sodio e potassio) Effmax 80% Effmedia 67% 6

7 Il tubo ricevitore Tubo esterno in Pirex, con diametro esterno pari a 120 mm. Tubo interno in acciaio, dal diametro esterno pari a 70 mm trattato esternamente con un particolare rivestimento (CEMET) che conferisce una elevata assorbanza (bassa riflettività) nel campo del Vis-NI (quello dello spettro solare) e una bassa assorbanza (elevata riflettività) nel campo dell I (quello dello spettro del corpo nero a 550 C) allo scopo di avere la minima dispersione di calore (minima emissività). Tra i due tubi viene creato il vuoto al fine di migliorare l isolamento termico del tubo in acciaio, all interno del quale scorre il fluido termovettore. 7

8 Il tubo ricevitore Impianto Pilota di sputtering (ENEA Portici) 8

9 Quali nuove esigenze? Misurare il reale flusso intercettato dal collettore Confrontare i dati reali con quelli ottenuti tramite simulazioni Individuare anomalie relative agli specchi parabolici 9

10 Una prima soluzione adiometro a singola cella Singola cella di rilevamento Schermi laterali Elevate temperature di picco (160 C) (max temperatura ammessa sulla cella: 100 C) 10

11 Seconda soluzione adiometro fisso a celle multiple Un flussimetro da applicare concentricamente al collettore solare, dotato di una molteplicità di fotocelle (11) posizionate radialmente sulla superficie esterna, in grado di restituire una corrente proporzionale alla luce solare intercettata. Ventola di raffreddamento: Tmax < 80 C. 11

12 Peculiarità e caratteristiche: disposizione radiale attorno al collettore α i cella solare parabola ricevitore raggi solari piano di simmetria della parabola 11 celle fotovoltaiche equamente distribuite lungo un arco di cerchio di 216 Distanza tra celle e tubo ricevitore di soli 20 mm, in grado di assicurare un rilevamento il più fedele possibile a quanto realmente intercettato 12

13 isultati dei test Temperature celle + Misure dell output delle celle 13

14 Nuove esigenze E stato realizzato in forma di prototipo e brevettato, un nuovo radiometro. Tale strumento segna un decisivo passo in avanti rispetto a quanto già realizzato e fin qui mostrato: Funzionamento autonomo Capacità di rilevare tutto il flusso luminoso intercettato e perso dal tubo ricevitore Capacità di mappare l intera superficie cilindrica del tubo ricevitore in breve tempo 14

15 La concorrenza: il PAASCAN Asse di servizio Sensori 15

16 Idee per un nuovo radiometro sensore Il Parascan non vede questo flusso riflesso!! 16

17 Schema semplificato Vista prospettica tanα = v / 2π f Movimento elicoidale 17

18 Il radiometro mobile a collare cella solare supporto in rame termoresistenza sensori 18

19 endering 19

20 endering La copertura, in realtà, non è come illustrata, ma è metallizzata e altamente riflettente. Peso dello strumento: < 1kg 20

21 endering del radiometro montato v = velocità avanzamento (cm/s) f = frequenza di rotazione (Hz) L = larghezza cella solare (cm) N = numero di sensori (coppie) = distanza della cella dall asse (cm) N = 3 sensori; f=0.5 Hz v 1 m / min v f L N 2π (2π L N) 21

22 * Centralina * Driver motore * Trasmettitore/ricevitore bluetooth * Misura tensione (6) * Misura temperatura * Sensore di prossimità Parte elettronica L esatta posizione del radiometro è assicurata da un encoder (misura il numero di giri del motore) collegato al motore ed un inclinometro (dà in tempo reale l esatta inclinazione dello strumento rispetto alla direzione della forza di gravità). 22

23 Analisi delle tensioni Per il dimensionamento, il disegno, e le relative verifiche si è usato il programma di progettazione, disegno e simulazione F.E.M. (analisi agli elementi finiti) Solidworks. Parte del telaio Analisi FEM delle tensioni 23

24 24 Elaborazione dati G z E V abs = ), ( α θ α θ α sin 4 ), ( sin 4 ), (... V abs V V V abs z z Φ = Φ = θ : semiangolo sotto cui è vista la cella quadrata dall asse ottico Dalla misura della temperatura e della corrente della cella solare, si ricava l irradianza incidente G (α= C -1 ): [ ] 25) ( ) ( ) ( ), ( + = T G STC I G T I sc sc α Irradianza incidente nel punto (z,α) del cilindro virtuale:... ), ( ), ( ), ( 2 2 = Φ = = V CS V abs V V abs abs A z z E z E α α α Irradianza netta sul tubo ricevitore:

25 Filmato 1 25

26 Filmato 2 26

27 Conclusioni Vantaggi del collare mobile rispetto al Parascan: apidità di montaggio e smontaggio sul tubo ricevitore Tempo di mappatura di una porzione di collettore (4m) inferiore ai 2 minuti Assenza di cavi (trasmissione dei dati in modo wireless) Misura precisa del flusso non assorbito 27

28 Grazie per l attenzione Per gli approfondimenti, visitare il sito: alla pagina: Antonio Parretta 28