اثر افزودن یک بازتابنده ثانویه بر توزیع شار ورودی لوله دریافت کننده در متمرکز کننده های فرزنل

امروزه محدودیت های سوخت های فسیلی در تولید برق شامل آلودگی، محدود بودن منابع و... توجه بشر را به تولید فن آوری-های جدید در تولید انرژی الکتریکی جلب کرده است. انرژی های نو رایگان و در اغلب نقاط جهان به نوعی در درسترس اند. در میان انواع انرژی های تجدیدپذیر انرژی خورشیدی طرفداران بیشتری را در سراسر جهان یافته و پیشرفت قابل توجهی کرده-است. در اکثر نیروگاه های خورشیدی از کلکتورهایی استفاده می شود که پرتوهای نور را در ناحیه ای متمرکز می کنند. این کلکتورها شامل کلکتورهای سهموی، بشقابی، تخت و... می باشد. مشکلات متعدد کلکتورهای سهموی اعم از هزینه ی بالا، تفاوت ضریب انبساط طولی شیشه و فلز، سیستم ردیاب پیچیده، سایه اندازی خطوط روی یکیدیگر و... باعث طراحی و ساخت سیستم های جدید در فن آوری خورشیدی شده است. کلکتورهای فرزنل از این دست فن آوری هاست که با جایگزینی آینه های تخت به جای آینه های سهموی که ساخت هزینه بری دارند، در درجه ی اول هزینه ی سیستم را کاهش دادند و ساخت آن را نیز بسیار ساده تر کرده است. البته بازده ی سیستم های سهموی بیشتر از فرزنل است؛ اما برخی مزایای کلکتور فرزنل مانند هزینه ی ساخت پایین، کاهش نیروی درگ باد، استفاده ی مفید از فضای نیروگاه و... این فن آوری را مهم و قابل توجه جلوه می دهد. یکی از مسائلی که در این سیستم ها وجود دارد، هدررفت پرتوهای بازتابی از آینه های پایینی از کنار لوله ی جاذب است. علت این پدیده، تفاوت پهنای آینه های پایینی با قطر لوله ی جاذب است. در اینجا طرحی جهت افزایش بازده ی این کلکتورها از طریق افزایش شار تابشی برخوردی به آنها، ارایه شده است. قراردادن یک آینه به عنوان بازتابنده ی ثانویه در قسمت بالایی لوله ی جاذب موجب می شود بسیاری از پرتوهایی که از کنار لوله عبور کرده و بدون برخورد هدر می روند، دوباره به سطح لوله بازگردند. اگرچه توجه به این نکته لازم است که حضور بازتابنده ی ثانویه از عبور تعدادی از پرتوهای رسیده از خورشید و برخورد با سطح فوقانی لوله و همچنین با آینه های پایینی ممانعت می کند، اما وجود این بازتابنده آنقدر موجب افزایش شار می-شود که این کاهش را جبران کند. همچنین باتوجه به قرارگرفتن لوله ی جاذب در قسمت فوقانی آینه های پایینی، شار تابشی روی آن نایکنواخت بوده و در برخی نقاط به صفر هم می رسد. آینه ی بالایی این مشکل را نیز تا حدودی حل کرده و موجب یکنواختی شار روی لوله می شود. این مساله در برخی کاربردها مانند سیستم هایی که از نمک های مذاب به عنوان سیال ناقل حرارت استفاده می کنند، اهمیت ویژه ای دارد. در این پروژه 6 طرح برای استفاده به عنوان پروفیل بازتابنده ی ثانویه ارایه شده-است. پروفیل های پیشنهادشده به صورت جداگانه در نرم افزار matlab شبیه سازی شده است. جهت مقایسه ی طرح ها در ابتدا تحلیل روی حالت بدون بازتابنده انجام و سپس سایر بازتابنده ها مورد بررسی قرار گرفتند. در هرکدام از این بازتابنده ها پارامترهای موثر بر شار دریافتی آنها مانند طول و زاویه بررسی و بهترین حالت هریک و در نهایت بهترین بازتابنده از لحاظ میزان و یکنواختی شار انتخاب شده است. در هریک از حالات مذکور، زاویه ی اولیه ی بهینه نیز برای تک تک آینه های پایینی از طریق آزمون و خطا محاسبه و ارائه شده است. بررسی های انجام شده نشان می دهد بازتابنده ی تخت با دو بال کناری (که البته آنها هم تخت هستند) علاوه بر ارایه ی بیشترین شار تابشی(این آینه 87% پرتوهای رسیده از خورشید را به کمک آینه های پایینی به لوله بازمی تاباند)، ساخت بسیار ساده تر و البته کم هزینه تری دارد.