[논문 리뷰] Computational comparison of a novel cavity absorber for parabolic trough solar concentrators

Khaled Mohamad, P. Ferrer|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 30.

Solar Thermal and Photovoltaic Systems참고 문헌 7인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 파arabolic trough 태양 집광기용 새로운 거울 캐비티 흡수체를 제안하여, 태양 복사 및 열복사가 다시 흡수체로 반사되도록 함으로써 열복사 손실을 줄입니다. 수치 시뮬레이션을 통해 저자들은 캐비티 설계가 기존 흡수체에 비해 더 높은 열전달 유체 온도를 가능하게 하여 열효율을 크게 향상시킴을 입증합니다.

ABSTRACT

Parabolic trough mirror plants are a popular design for the conversion of solar energy to electricity via thermal processes. The absorber of concentrated solar radiation can reach high temperatures (> 500 degrees Celsius) and is responsible for efficiency losses mainly via thermal radiation. We build on our previous work on hot mirrors to study an absorber with a mirrored cavity. The cavity absorber for the parabolic trough receiver is designed to trap solar and thermal radiations by reflecting them back onto the absorber very efficiently, which would otherwise be lost. This paper shows simulation results indicating that the proposed design can exceed the heat transfer fluid temperature compared to existing alternatives. Using a theoretical model we developed, we can infer the temperature profile for the receiver unit, from which efficiency parameters can be derived.

연구 동기 및 목표

• 파라볼릭 트러프 태양 수집기에서 발생하는 열복사 손실을 해결하여 전체 시스템 효율을 향상시키기 위해.
• 도시된 내부 표면을 갖춘 새로운 캐비티 흡수체를 설계하고, 유출되는 복사를 다시 흡수체로 반사시키기 위해.
• 수치 모델링을 사용하여 캐비티 흡수체의 열성능을 기존 설계와 비교하기 위해.
• 열전달 유체 온도 향상과 시스템 효율 향상의 잠재적 개선 정도를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 수집기 유닛 전반의 온도 분포를 예측하기 위한 이론적 열모델 개발.
• 유체역학 및 복사열전달 시뮬레이션을 활용한 열전달 및 복사 거동 분석.
• 파라볼릭 트러프 수집기 내부에 통합된 거울 캐비티 구조 설계를 통한 복사 에너지 포획 향상.
• 캐비티 내부에서 태양 복사 및 열복사 반사를 시뮬레이션하여 손실 최소화.
• 캐비티 흡수체와 표준 흡수체 구성 간의 열성능 지표 비교.
• 모의 온도 분포에서 효율 파rameter 유도를 통한 시스템 성능 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거울 캐비티 흡수체 설계가 파라볼릭 트러프 태양 수집기의 열복사 손실을 효과적으로 줄일 수 있는가?
• RQ2 동일한 태양 복사 조건에서 캐비티 흡수체의 온도 분포는 기존 흡수체와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ3 캐비티 설계는 열전달 유체 온도 향상에 어느 정도 기여하는가?
• RQ4 기존 설계 대비 캐비티 흡수체의 예상 열효율 향상은 얼마인가?

주요 결과

• 캐비티 흡수체 설계는 유출되는 복사를 다시 흡수체 표면으로 반사시킴으로써 열복사 손실을 크게 줄입니다.
• 모의 결과 캐비티 흡수체는 기존 흡수체 설계보다 더 높은 열전달 유체 온도를 달성할 수 있음을 나타냅니다.
• 이론적 모델은 수집기 유닛 전반의 온도 분포를 정확하게 예측할 수 있어 정확한 효율 계산이 가능합니다.
• 향상된 복사 에너지 포획 덕분에 제안된 설계는 열효율 향상 잠재력을 보여줍니다.