Technical analysis of an oven with coupled receiver for scheffler solar concentrator tested under cloudy weather conditions

Abstract

Most of the solar collectors experiments are carried out under clear-sky conditions to evaluate the maximum performance of collectors, even though this condition is not critical for some uses, such as cooking. The optical and thermal performance of a solar oven heated by Scheffler concentrator is here analyzed in more adverse weather conditions. The receiver for conversion and heat transfer of the concentrated solar energy is coupled to an oven specially developed for this work. The Scheffler concentrator geometry is a lateral cut angled 43.23° of a paraboloid matrix, and it works in a two-axis tracking system, to always maintain its focal image at the stationary receiver with the progression of the Earth rotation and solar declination movements. A model for distributing the daily radiation over the hours is used to compare the results. The time-constant experimental method is considered. The heating and cooling tests were carried out at the official local time. The maximum temperature achieved by the absorber was 328°C, and the maximum average temperature in the oven was 150°C. The results for heat loss factor were evaluated, and the trends for thermal efficiency and optical efficiency factor were analyzed for the system considered.

Análise da formação de imagem focal do concentrador solar paraboloidal tipo scheffler.

“…. Figura 2.25-Curvas da temperatura do absorvedor (T1), de calor do forno ( Ṁ 𝑈 ) das perdas de calor ( Q𝑙 ), do vazamento de ar (entalpia) ( ṁℎ) e da radiação solar total absorvida no absorvedor, ( Ṡ𝑆) (DIB et al, 2020). Figura 2.26-Curvas da diferença entre a temperatura média do forno e a temperatura ambiente (𝑇 𝑎𝑣;𝑜𝑣𝑒𝑛 − 𝑇 ∞ e do índice de brilho (𝑘 𝑇 ).…”

“…Figura 2.26-Curvas da diferença entre a temperatura média do forno e a temperatura ambiente (𝑇 𝑎𝑣;𝑜𝑣𝑒𝑛 − 𝑇 ∞ e do índice de brilho (𝑘 𝑇 ). A constante de tempo foi de 𝑡 𝑜 = 3888𝑠 (DIB et al, 2020) (DIB; FIORELLI, 2015a; DIB; FIORELLI, 2015b). .…”

“…Outro teste com a estrutura da bancada de Dib (2009) foi publicado por Dib et al (2020), que analisaram o desempenho térmico e ótico do sistema sob condições climáticas adversas, isto é, com nuvens com transmissividade não nula, ou seja, nuvens com densidade baixa, de modo a permitir que radiação solar direta passasse através dela. O forno foi testado vazio.…”

“…Figura 2.25 -Curvas da temperatura do absorvedor (T1), de calor do forno ( Ṁ 𝑈 ) das perdas de calor ( Q𝑙 ), do vazamento de ar (entalpia) ( ṁℎ) e da radiação solar total absorvida no absorvedor, ( Ṡ𝑆) (DIB et al, 2020).…”

“…O fator de perdas globais calculado foi de 𝐹 ′ 𝑈 𝐿 = 3, 937 kW/m 2 para 𝑡 𝑜 = 3888 s. O fator de eficiência ótica máximo foi de 𝐹 ′ 𝜂 𝑜 = 0, 852, no intervalo entre 10 h 05 min e 11 h, e o mínimo foi de 𝐹 ′ 𝜂 𝑜 = 0, 302 e 𝜂 𝑡 = −0, 09 no intervalo entre 13 h e 14 h. A eficiência térmica variou entre 0,349 e 0,042 nos intervalos entre 13 h e 13 h 25 min e entre 12 h e 13 h, respectivamente (DIB et al, 2020).…”