Carlos Pérez
C. Iriarte-Cornejo, C.A. Arancibia-Bulnes, J.F. Hinojosa, Manuel I. Peña-Cruz
Abstract
The optical characteristics of solar concentrators are key factors influencing the overall efficiency of solar power plants. For instance, heliostats need to be evaluated prior to installation and during its operation lifetime. This guarantees that the optical and thermal performance of these systems is close to design. One methodology that has gained importance due to its potential capabilities has been the Fringe Reflection Technique. This technique uses the reflection of a series of regular stripes to obtain the local slope deviations from a specular surface. Coupled to a ray tracing analysis, these slopes can be used to identify the distortion in concentrated solar spots. The enormous amount of data needed to carry out this analysis difficult its implementation at large scale. In this work, a study for determining the optimal number of sample points for heliostat surface characterization is realized. It has been found that, depending on the level of errors, the number SPFS required to reach convergence in the flux distribution profiles and intercept factors is variable. However, for the wide range of parameters considered in all cases 48 SPFS where enough to reach convergences to 1%. This is equivalent to one point per every 2.5cm of facet side length. For values of slope and canting errors up to 2mrad, half this density is sufficient.
Carlos Alberto Pérez Rábago
Tutor: Claudio A. Estrada Gasca
Abstract
En este trabajo se diseñó, construyó y caracterizó un calorímetro de cavidad cónica, al que se le denomino CAVIRAD, con el propósito de medir el flujo radiativo altamente concentrado, aplicado a sistemas de concentración solar de foco puntual, como Platos/Stirling o Torre Central. Para iniciar con el diseño se realizaron trabajos preliminares para comprender los mecanismos de transferencia de calor y la relación entre la densidad del flujo radiativo incidente y la respuesta térmica que ocurren tanto en un calorímetro como en un radiómetro.
Para el diseño del calorímetro – radiómetro se plantea el problema físico, las consideraciones requeridas para realizar la medición del flujo radiativo concentrado, así como el análisis de las características ópticas y térmicas de la cavidad cónica en función de los parámetros de diseño. Por otra parte, se realizó el análisis de los fenómenos de transferencia de calor que ocurren en el interior del dispositivo.
Se presenta la instrumentación, el montaje, en el concentrador de foco puntual DEFRAC, y la puesta en operación para realizar la caracterización del dispositivo en condiciones definidas de operación. Donde se realizó una campaña experimental de pruebas y caracterización. Por otra parte, para caracterizar el dispositivo, se realizó la experimentación con el seguimiento, haciendo variar el número de espejos empleados para la concentración, teniendo diferentes niveles de densidad radiativa concentrada incidiendo en la cavidad.
Cisneros N.C., Cabanillas R.L., Santoyo E.C.
Abstract
En este estudio se presentan proyecciones para instalaciones solares en Sonora México. Los escenarios energéticos proporcionan una idea de lo que podría ocurrir en el periodo de proyección según las decisiones que se tomen oportunamente en el presente y en el futuro cercano sobre cuestiones energéticas; son también una guía para los estrategas que sirve para evaluar las posibilidades a futuro. En este trabajo se presentan tres posibles escenarios energéticos en la industria eléctrica para Sonora, basados en el crecimiento de la demanda para los próximos años y tomando el 2016 como inicio, se realizan las proyecciones hasta el 2060. Estos escenarios han sido estudiados para incluir políticas públicas que difieren en la profundidad de la influencia del estado en propiciar el impulso de fuentes renovables.
Análisis prospectivo de plantas solares al 2060: caso Sonora México
Cisneros N.C., Cabanillas R.L., Pérez-Enciso R.A., García R.G., Pérez-Rábago C.R., Dávila C.P.
Abstract
El estudio experimental consiste en la evaluación tanto térmica como eléctrica de un concentrador PV que utiliza un disco parabólico y celdas de triple unión para la generación de electricidad. Este sistema fue desarrollado por investigadores de University of Arizona y comercializado por REhnu co. La óptica que se utiliza se denomina XRX-Kohler, logra una concentración de 1000x y produce 1.2 kW y 2.4 kW eléctricos y térmicos, respectivamente, a una concentración de 900 W/m2. Se realizaron diferentes tipos de corridas experimentales en las que se evaluó la capacidad de producción de potencias térmica y eléctrica en operación normal, la producción máxima de potencia eléctrica y la producción de potencia eléctrica en función de la temperatura de operación.
Evaluación experimental de un CPV de disco parabólico con celdas de multi-unión
Madrid I., Montijo N., Bojórquez E., Perez-Enciso R., Taddei P., Alfaro J., Cabanillas R., Calleja R.
Abstract
El objetivo de este trabajo es evaluar el comportamiento térmico de un concentrador solar tipo Fresnel lineal, ubicado en la Plataforma Solar de Hermosillo, para esto, se adaptó un receptor en forma de serpentín hecho de cobre y pintado de negro. Se realizaron pruebas calorimétricas mediante la utilización de un sistema diseñado especialmente para ese fin. El sistema está instrumentado con sensores de temperatura y caudal, y mediante un adquisidor de datos se registraron las mediciones, para poder determinar el calor absorbido por el fluido de trabajo, que en este estudio se utilizó agua. Se obtuvieron resultados consistentes con el análisis teórico, pues se alcanzaron potencias de alrededor de 7kW térmicos. De igual manera se analizó el comportamiento al variar el caudal desde 11 hasta 1.5 lt/min, donde se observó mayores pérdidas de calor por convección y radiación cuando se trabajó a bajos caudales.
Evaluación Térmica de un Concentrador Solar Tipo Fresnel Lineal
Pérez-Rábago Carlos, González-Camarillo Héctor, De-los-Cobos-Garduño Emma, Pérez-Enciso Ricardo A., García Rafael, Ochoa Doria
Abstract
caracterizaciones realizadas a celdas fotovoltaicas de triple unión sometidas a diferentes niveles de concentración, tanto en un simulador solar con concentración y un concentrador tipo horno solar. Con ambos sistemas de se consiguieron diferentes niveles de concentración de 220 hasta 2200 soles dentro del área de la celda de triple unión, estos niveles de concentración presentaron diferentes distribuciones de flujo radiativo. Se busco que el flujo radiativo concentrado fuera lo más homogéneo posible al menos en un área de tan solo 1 cm2, la cual es la superficie de captación de las celdas de triple unión a ser analizadas. Se desarrollo un sistema de caracterización a través de una mesa automatizada de posicionamiento del arreglo experimental que permitió centrar la zona focal tanto para medir el flujo radiativo y ver su distribución, así como para centrar la celda en la zona con mayor homogenización del spot solar concentrado. En la evaluación de la distribución de flujo radiativo concentrado con el simulador solar se obtuvieron distribuciones de flujo radiativo menos homogénea que en el caso con el horno solar. Por otra parte, en la evaluación de la eficiencia eléctrica de la celda de triple unión el comportamiento en el simulador solar a bajas concentraciones (265 kW/m2) fue de 27.9% mientras que altas concentraciones (800 kW/m2) se redujo hasta un 17.9%. Por otra parte, en el caso del horno solar la eficiencia en casi todos los niveles de concentración fue alrededor del 30%.
Cruz-Robles I., Vázquez A. J., Alonso E., Pérez-Rábago C. A., Estrada C. A.
Abstract
El cobre es un insumo indispensable en gran parte de los sectores económicos. Sin embargo, su cadena productiva tiene consecuencias adversas sobre el medio ambiente. El escenario de producción y consumo proyectado induce a que se exploren nuevas alternativas en la producción de cobre. De acuerdo con la cadena productiva de la vía pirometalurgica se ha seleccionado al proceso de fundición como un campo de oportunidad para introducir una planta de torre central como fuente térmica de alta temperatura. Esta energía se suministra precalentando un flujo de blast (mezcla aire-oxigeno). En este trabajo se realiza una evaluación técnica del concepto. Con la hibridación se reduce en 7.5 % la demanda anual de energía y en 21.5 % la producción de CO2. Las temperaturas de precalentamiento (de 700 a 800 °C) y los actuales dispositivos de control facilitan la integración de la tecnología solar.
E Anguera, CA Estrada
Abstract
In this paper, we present two statistical methods to quantify the heterogeneity of the irradiance flux distribution, in a Concentrator Photovoltaic (CPV) dense-array, based on its operation and the optimization of current-matching. Preventing non-uniform flux distribution from design avoids the generation of hot spots, current mismatch and increases the overall efficiency of the system. This new approach considers the effects of the lowest irradiance values in the performance of the complete array, and its performance was corroborated by the simulations of a CPV array modelled in Matlab/Simulink; the irradiance distribution data as an input parameter was obtained from the images taken in a homogenization experiment, in the HoSIER, an 18,000 X solar furnace. The results are interpreted through the new concept of photovoltaic homogeneity, proven that the methodology successfully predicts the flux distributions, which enhances the efficiency of a series connected CPV array. Additionally, we found that the proposed methodology can also be used to optimize the electrical performance of dense-array CPV systems, working under the effects of non-uniformity illumination by rewiring the series connections into series-parallel configurations.
A new approach for evaluating flux uniformity for dense array concentrator photovoltaic cells
A Piña-Ortiz, JF Hinojosa, RA Pérez-Enciso, VM Maytorena, RA Calleja, CA Estrada
Abstract
In this study, a thermal analysis of a finned receiver prototype for a thermosolar tower system is presented. The experimental system consists of parallelepiped aluminum enclosure of 1.2 m high, 1.23 m wide and 0.1 m depth. At the interior, 1232 cylindrical fins with a diameter of 0.0095 m (3/8”) and 0.09 m length increases the heat transfer area up to 225%. The vertical wall receives the incoming solar concentrated radiation from a group of heliostats whilst at the interior a constant flow of water removes the absorbed energy. Experimental temperature profiles were obtained at different heights and depths and a comparison was made with numerical results obtained with the use of commercial CFD software. It was found that the maximum thermal efficiency of the receiver was 94.4 %, decreasing as the radiative flux increases.
Thermal analysis of a finned receiver for a central tower solar system
Nidia Aracely Cisneros Cárdenas
Tutor: Rafael Enrique Cabanillas López
Abstract
Este análisis experimental consiste en la evaluación del desempeño térmico y eléctrico de un concentrador solar fotovoltaico de disco parabólico utilizado para la generación de potencia eléctrica a partir de celdas de triple unión. Este sistema fue desarrollado por investigadores de la University of Arizona; la óptica utilizada se denomina XRX-Kohler y logra una concentración de 1000x produciendo 1.2 kW y 2.4 kW eléctrico y térmico, respectivamente, a una radiación directa normal de 900 W/m2 y a una temperatura ambiente de 20°C. Se realizaron diferentes tipos de pruebas experimentales en las que se evaluó la capacidad de potencia de potencias térmica y eléctrica en operación normal, la producción máxima de potencia eléctrica, la producción de potencia eléctrica en función de la temperatura de operación y la producción de potencia eléctrica durante una jornada completa. Encontrándose valores máximos de eficiencia eléctrica instantánea de 24.3% y de 22.6% para operación continua para un día de operación.
