development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap...

21
Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses ± oversized re¯ector R. Oommen a, * , S. Jayaraman b a Department of Physics, Avinashilingam University, Coimbatore, Tamil Nadu 641043, India b SRK Vidyalaya College of Arts & Science, Coimbatore, Tamil Nadu 641020, India Received 23 February 2000; accepted 9 September 2000 Abstract A severe energy shortage already exists in many parts of the developing world. In an attempt to ®nd a technical solution, several solar energy collection technologies have been developed. A system has been designed to use compound parabolic concentrating collectors to collect solar energy and to generate steam. A compound parabolic concentrator CPC) pro®le with oversized re¯ector and thereby reduced gap losses was designed with a half-acceptance angle of 23.5 o for a tubular absorber of OD 19 mm. Five troughs fabricated with a ®berglass substrate pasted over with UV stabilized self-adhesive aluminized polyester foil having high specular re¯ectivity joined together side by side make the CPC module with aperture area of 0.72 m 2 . Copper tubes coated with NALSUN selective coatings and enclosed by borosilicate glass enve- lopes act as absorbers. The re¯ector±absorber assembly placed in a single glazed glass wool insulated wooden box forms the CPC collector. Using water as heat transfer ¯uid, eciency tests were conducted with dierent inlet temperatures. Even at high temperature, the system operates with a reasonably high eciency of 50%. In situ steam generation testing was also conducted. The fabricated CPC collector was used for steam cooking by connecting it to a pressure cooker. Cooking tests were conducted and the results are compared with earlier works. This cooker unites the characteristics of re¯ector cookers, steam cookers, pressure cookers and heat accumulating solar cookers. The fabricated CPC can be of immense and wide spread use for rural applications, such as water heating, steam cooking and sterilization. Ó 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. Energy Conversion and Management 42 2001) 1379±1399 www.elsevier.com/locate/enconman * Corresponding author. Tel.: +91-422-443-456; fax: +91-422-446-116. E-mail address: [email protected] R. Oommen). 0196-8904/01/$ - see front matter Ó 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. PII:S0196-890400)00113-8

Upload: gilbertobueno8768

Post on 29-Nov-2015

29 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

���������� �� ��� ������ ������ � ��������������� ���� ���������� ��� ������� �� ������ �

��������� �������

�� ������ ��� �� ���� �

���������� �� ����� �������������� ��������� � ��������� ����� ���� ��� �!� "����� #$% &�� ��� � ������ ���� ' #������� ��������� ����� ���� ��� ( � "����

�������� !" #������ !$$$% ������ & �������� !$$$

��������

' ������ ������ ������ ����� �(��� �� ��� ��� � �� ���������� ������ )� � ��� � *�� ������� �������� ������ ���� ������ ��������� ����������� ��� ���� ���������� ' ����� �� ������������ � ��� �������� ������� ���������� ��������� � ������ ���� ������ �� � ������ ����' �������� ������� ��������� +,-,. ���*�� ��� ��������� ������� �� ������ ������� �� �������� �������� ��� �� /������� ���� � !"�0� �� ����� ������� � �� 1& ��� #��� ������ ������ ��� *������� ������ ���� ���� ��� 23 �������� ��� /������� ��������� �������� �������� ���� ������� ��������� 4����� ������ ���� �� ���� �5� �� ,-, ������ ��� ������ �� � $�6! �!� ,����� ���� ���� ��� 7'8�27 �������� ������ �� �������� �� ���������� ���� ����/����� � � ��������� 9�� ��������������� ������� ����� �� ������ ����� ���� ���� ������������� ��( ���� �� ,-, ��������� 2���� ��� � �� ��� �� ����� �:������ ��� ���� ����������� ��;���� ���� ���������� <��� ���� ��������� �� ����� ������ ��� �������� �����:������ � 0$=� )� ��� ��� �������� ����� �� ��� ��������� 9�� ������ ,-, �������� ������ �� ��� ���5��� �� ��������� � � �������� ���5��� ,��5��� ��� ���� �������� �� �� �������� ������� ��� ������ ���5�� 9��� ���5�� ����� �� ����������� � ������� ���5���� ��� ���5������������ ���5��� �� �� ��������� ���� ���5���� 9�� ������ ,-, �� �� � ������� �� ��������� ��� �� ���� ���������� ���� � ��� ������ ��� ���5��� �� ����������� � !$$1 <�������������� 8�� '�� ����� ���������

<����� ,��������� �� >������ ?! +!$$1. 1"6&�1"&&����������������@����@�������

�,������������ ����� 9���A B&1/?!!/??"/?0C% (A B&1/?!!/??C/11C�

)*���� �������+ 5���D�������� +�� ������.�

$1&C/E&$?@$1@F / ��� ��� ��� � !$$1 <������� ������� 8�� '�� ����� ���������

-))A �$1&C/E&$?+$$.$$11"/E

Page 2: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

� ���� ������

' ,-, �� � ������� �� ��� ����� ������� � ������ �������� ����� �� ��� � ��������� >�� ����������� �� �� ������ �� ��� ������ � �� ,-, �������� ��� ������� ����� �� �������� �� 1&6?� 9�� ,-, ������� ���*�� �� ����� ������� �� ���� � ��������� ������ �� ������� �� ���� ������� 9��� ������ �� ��������� �� ������� ��� �������� �� ����� ������� �� �� ������� �� � �� ����� � ������ ��� ��������� ������ ��� ������� � ������ ������� �� ��� �� ��������� ���� �������� ����� �� �/������� ����� ���� ������� �� ����� �:������ � �� ,-, ������ ���� ����������G������� �� �� ������ �� ������� �� �� �������� ���� � ������ � �� ������� ���� ���� �������� ����� ��� �������� ��� ���������� ������ ����� �� ����� ��� ������ ����� ���� ������ ����*����� � �� ���� ,-, ������ ���� �������� �� �� ��������� � ���H����� I1J �������� ������� ������ ����� ��������� �� ���� ��( ���������� �� �� �/������ � ����� �1� ���������� �� ���� �������� � ����� �!� �� �(����� � ������� ���������� �� �������� 9��� ������ ������ �(��� ���������� �� ��� � ����� �������

������������

� ��,-, �������� ������� ���������,� ���������� ����� �����*� �� � ���, �� ��� �� ���� �� ���5����� �����" ���� ��������- ������ ��� �� � ���������� ����� ��� ��� ����� ����� ������ � ���������� �� ���� ���. �� � ������� ������1 ����� � ���������! ����� � ��������� ��������� ����8 �� ���� ���:����

/���0�� ��������� �� ���5����

� �� ���� ������� �:������� ��������� ������� ����� � �/

���� ���������' �� /������� ������� ������� ������ ��;������ �� ��������

#��������� ������� �������� ������ ���� ������ ��;���� ���������; �;�������� ��� ���� ����� ����� ������ ���������� ������� ����� ����� ������ ��������� �������� ��������� ��� ��

1"E$ $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 3: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

9���� ��� ���� ������ � ������ � �� ,-,�� ����� �� ����� ������������ K��� ���� �(�������� ��� ������ ������� ��������� �� ��� �� I!J� � ��� �� ���� ��� � ����� ,-, ��� ������� �� ������ �� ���� �� ��� ������ �� ��� � ����� �� �������� � *������� � ������ ������ �� �� ������� �� � ���� �� ��� ������� 9�� ,-, ����������*�� �� � ��������� ������� �� ���� �������� �� �� /������� ���� � !"�0� �� ���������� ������� ��� � �� 1& �� �� ��� ������� �� ������� ' �� � ������ �(����/���� ��� �� �������� ���������� �� �� ���� ���� �� ��� ��� � �� �� ��� �� �������� ��� ����� �� �� ,-,� ' �������� ����� �� ��������� �� ����� �� ��;���� ������� �L������ �� �������� ������� ������ �(�������� �� �������� ������������ �� ���� ���������

' ������ ����� � ,-, �� � ���� ������� ��������� ������ �� �� ������� ����� ���� ) ������ ,-, ������� � �� ���� � ��� �������� ��� ��������� 9�� ���/����������������� �� ���� ��� �������� ���� ����� �� ������ � �� )���� ����(� �� ������5���� ���������� � ��L��� ���� �� ���������� � ������ �����

' ��� ���� ����� �� *���� ������ ����� ���� �� ������ �� ��������� � ����������:���� ��� � ������ �� ���� ������� �� �������� ������ �������� ��� ��� �������� ������� ������� �� ������� ������ � �� *�� ���� ����������� ��������� �� � ����5�� ��� ������ ����� �� ������������� ������� ������

� ������ �� ������� ��������� ������������

#��� 1 ����� �� ���� ����� � �� ,-, �� � ������� �� ����� �' �� �� �� /������������ �1 �� �� ���� � �� ������ �� �! �� �� ���� � �� �������� 9�� ������ ����� � ��� �������� �� � ������A

� 9�� �������� �� ������� � ������� ������ �� �� 5�� �������� 9�� ���� � ��� �� � �� ������� ���� �� ������� ���� � �� ������� �� �������� ��

�� ���� �� �� 9�� (�� � ������� � �� �� ����� � �� ������� �� �� ���� (�� � �� ����������� 9�� ����� � �� �������� �� ����� ����� �� ������ � �� ���� (��� 9���� �����

�� �� ����� ��� ����� � �� ��������� 9�� ��������� ���� �� ������� � ���� � �� ���� ������� ����� ��� �� ����� ���/

������ ������������ #�� �� ����� �������� � ���� ������� ����� ����� � �� ��� ������� �� ������ ����

���� �� ������� �������� ����� �� ���� ��� ���� ���� �� ������� �� ��� �� ���� ��/�������� 9���� ��� ��� �� ��*�� � ����� ������ � ��������� ��� �� ,-,�

� 9��� ��������� ��� ������� ���������� ��� ,� � 1� ����'�

9��� �������� �� �����/��5� �������� ���� ����� ��������� ���� ������ �� �(�������� ������ �� ���� ���� ���������� I"J� 9�� ,-, �� ����� � ������� ���� ���������� � ����� � 6 � �� �� ���������� � ����� ���� ����� ������ ��5��� � ������ ����� �� �� �������� �� �� ���������� ������ �����L��� K����� � �� ����� ������������ ��� �������� �� ����� ������� �� ��;��� ���� ��� �� ���������� ���������

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"E1

Page 4: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

����� ������ ������ '� ���� ����� �� � �� ������ ��������� �� �� ������ ��� �������������� ����� �� ,-, �� �� ������� � ���� ���� ������ H����� �� G���������� I?J������ � ���/������ ���� ��������� ���*������ �(��� �� �� ������ �����/���/���� ���� � �������� #�� ���� ���������� ������� ����� � ������ �� �� *�� ��������3� �� ����� I0J� ' ����� ������� �� ��������� �� �� ������ ������ ��L������ ���� �� ����� ������� ����� � �� �� ,-, ��� � �������� 9��� ������ �� ����� ����� ����������� ��������� ������ � �� ��5 �� ���� �� ��� ������ ��� � �� ���������� � ������ ���������

' ����� ������� +����� �. ��L����� ���� ����� �������� 9�� ������� ������ + �� �� /������� ���� �'. �� ��������� �� *�� ����� ��;������ �L���� ICJ� 9�� ������� �� ��/������� �� �� ���� ��������� +�� �.� '�� ���� K +#��� !. �� �� ������� �� ����� �� �� ������� � K, ��� �� ���� , ����� �� ���� ,K ������ �� �������� �� K, �� �L�� � �� ������� ', ���� �� ������� ������ ������� 9�� ������� ���� �� *(�� �� �� �������� ��/L�������

+1. #�� ���� �' � ��!� �� �� ����� �������� ��� ���� , +�� �. � �� ������� �/���� �� ������� ��� �� ������� ��5 ��� ���� �

#��� 1� K��� ����� � ,-, �� � ��������

1"E! $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 5: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

+!. #�� ��' � ��!�� �� �"��!� �'�� �� �� ����� �������� ��� ���� , +�� �. � ��������� ����� �� ������� ��� �� ������� �� � � �5� � ���� �' ��� �� (��� 9����������� � K �� ���������� ��

� � � ��� �� � ��� �

� � �� ��� �� � ��� �

�����

� � �� �� �� �' � ��!

��

� � ��� �' � ��!� ������ �'��1� ������ �'� �� ��' � ��!�� �� �"��!� �'�#��� ! ����� �� � �� ������� ���*�� �� ����� ��������

� ������ �� �������� ��������

9�� ������� ���*�� �� ���� �������� �� �� /������� ���� �' � !"�0� �� ����������������� ��� � �� 1& �� �� ��� ������ �� ������� 9��� ������� ���*�� �� ���� � ��

#��� !� ������� ���� �� ����� ��������

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"E"

Page 6: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

������� ������ �� �� �������� �� �� ������� �� �� ��� �������� 9�� ������� �� ����� ��� �� ���� ������� � ������� �� �� �� ���������� �� ��������� ���� �������� � ��!C�C ��� H�� �� ����� � +#��� ". � �� ����� ������� � ����� �1 � �� ������ � ,����� �������� ����� �� �� ����� (�� � �� ��������� � �� (��� �� �� ��������,� ,# � �� ������� ������ �,# �� ���� ������� � ������ �� ���� ���������� ����'�� ���� �� �� ������� ��

� � �1 ��� �� � ��� � �1�� � ��1 ��� �� � ��� � �!�

�����

� � �1�1 � �1��� ��

9�� ����� � �� ���� � �� ������� ��� � ���� �� �� �������� �� �� ���� � � ���� � ,

�� �����1��!�� �� ��' � ��!�

� � �1�� �' � ��!� !�� ������ �'��1� ������ �'�

#��� "� ������ � ,-,�

1"E? $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 7: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

#�� �� ���� � � ��� , � #

��' � ��!�� �� �"��!� �'������ � �� �� ���� �� ������ ������� ��� �� ������ (�� +���� ��. �� �� ��/����5������������ � �� ���� 4������ �� ������ �� �� ���� � ������ � �� ������� �� ������� �� ���� ������� � ����� �� #��� "� �1 �� �� ���� �� ������ ������ ���� �K �� �� ���� 4�������� ������ �� �� ���� � ������ � �� ������� �� ������� �� �� �� ������� �� ����K1�� � �� ���

�1 � �� �

� � �� �����1��!�

�1 � ��!��1�!�

� 1�1�!

� � ��!��1�!�

� 1�1�!

� �� �����1��!������� �, � �� ������� �� � ������� � �� ������� �������� 9����� �� ����� ���� � �� ������� �� K� �� �� ������� �� �� ��� ������� �� ������ K�� � �� ������� �� ��������<L�� +1. �� +!. �������� �� ������� ���� �,#� �� �,�M �� �� ������ ���� � �,#�

9�� ������� ���*�� �� �������� �� �� ����� � !!�"0 �� �� � ������ ���� � !� 6�&! ��� H���� ���� �������� �� ���������� ���� ������� � �� ����� �� � ��������� ���*�� �� ������ �� � ����� � 11�1 ��� ' �� ������� �� ������ ���� � ���� ���������� ,-, ����� �� 1?�? ��� 9�� ����� � ������ ��� �� �������� ��� 1�?1 �$�66� 9�� ���������� ��� �� ������� ��� !�C00 � !�?1� 9�� �������� ��� �� �� ������� �00= � �� ������� �������� ��� �� �� ��� � ��������

� �����������

�1�1 $�;����

2���� �� ������� ���*�� +#��� ?. ������� ������ ����� �� ������� ����� �� ����5�� ��� ��� ��� � �� ���� ����� �� ��� ����� ��� �� �� ������� 9�� �������� ���� ��� ������ �� ������� ����� *������� ���� �� ������ ������ #��� ������ ������ ���� ���/���� �� �� ��� ����� �� �� ,-, ������� #��� ���� ������ � 1 � ����� ���� ������ ��4����� ���� �� ����� �������� �� �� ������ �� � $�6! �! �� �� ,-, ������� 9�� 23�������� ��������� �������� ��� � ���� ��������� $�E0 �� ��� ��� ���� ���� ���� ��*������� �������

�1(1 ������� �������

9�� ������� ������� ������� � *�� ���������� ���� ������ ���� � �� 1&�0 �� +���������������� �� ����� � ���� �� ������ ��������� �� ��� ��������� ������ ������� �� ��

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"E0

Page 8: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

�������� ����� ���������� � �� ������� ������ �������. �� ����� 1$C �� �������� �� ���������� ���� ��� � �� !C�C �� �������� �� ������� ��� ����� ��� � ������ ������ ������� ������ �� ���� �������� �� ������� ���� *�� �� �� ������� ���� 9�� ��������� � ������ � ����� $�6& �� 1 � ���� ����� #��� ����� � ������ 1$ �� ��� �� � 10$�� ������ �4��� ����� ���� ��� �� �� ������� #��� ���� ������ � ������ ���� � ����� ������ � � � �� ����� �� �� ����� ���� *(�� � ���� ����� �� ��� ����� �� ������ ������ 9��� �� *�� ������� ����� ���� ��� �� ���� ���������� ���� �������� ����� ���� ������ ����� ������ 4���� �� ��� ����� 9��� ������ ��� 4������ � �� �/������ ���� ��� �� ����� ����� ������ �� ���� �������� ����� �� �������� ��� ���� ��� �� ����� ���� �� ����5�� ��� ���� �� �� ���� ��� ������ �� �(���� �������� ���������� 9������������ ���� �������� �� ���� �� ���� ���� � �� ������� �/�������

�1(1�1 5��<�� �������9�� ,-, ������ �� ������ ��� �� ������� � ����� � �� ��� ��������� G�����

����*�� ������� �� ���� � ������ ���/�� ������ �� ��� ������� ����� � �� �/

#��� ?� ������� ���*�� � ,-,� '�� ���������� �� �� ���

1"EC $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 9: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

������ ���� I6J� 9��� �� ������� �� �������� ������� ���� � �� 1! ��� ������������ �������� ������� ��� ��� ��� ���� � �� ������� ���� ����� �� ������ ������

�1!1 ��� ������ �������� ���������� �������

9�� ������� ������� �� ��� ��� ���� ��������� ���� �� ������� ��������� ���� ������ ������ �� ������� �� �� ������� ���������

' ������ ��( � ���� �1�?0� 1�$$0� $�!! �"� �� ��� � � ��������� �� �� ��������������� �������� 9�� ���� � �� ��(�� �� ������� �� ������� ���� � C �� ���5�����9�� �� ������ �� ������� �� �� ���� � �� ��(� �� ������ �� �� ���� �� �������������� ���� �� ���� ������� �� ���� ����� 9�� �� � �� ��( �� ������� ��� ����������� � ���5���� " ��� ��� ���� ���� ������ �� �� �������� � ����� $�&$� 9�� ������� �� *(�� �� ����� ������ ��� �� � � ����� �� ������ �� ������ ������ ' ������ � ����� ��� �� 5�� ������ �� �� ����� ���� �� ������

9�� ��������������� ������� ������ �� ���� ������� ��������� ��( ���� �� ,-, ���/������

� !���������� ��� "

9�� �������� ������� �� ����� �� ������ ����� ���� �� ����� � ������� ���������� �� �(�������� �� �������� �� 5�� ��� �� ������� ������ ������ ��� �� ������ ����� �� ����� � �� ���� +11�. ����� ���� �� � � �(����� ��� �� ���� �������

H�� �� ���� � �� �� ��� �� ����� 9�� ���� ����� ��������� � ����� ������ �������� ����� ����� ,-, �������� �������� ������ ����� �� �� ���� �� ���� � �4�� �� ����� � ��� ������ �� ������� ��;���� ���� ���������� K� ����� ������ ������ ������� ����� �� ������ ����� ��� ���� ���� �� ������ ���� ������

=1�1 2������ �������

����� �:������ �� ������ ���������� ��� �� ����� ������� � �� ������ ���� �� ������� �� ��������� �(���������� ���� ����� �:������ �� ��*��� �

�� � ������� ��������

����� �� �� �� ����� ����� ��������� �� �� �� �������� � �� ��������� �� �� ���������� � �� �������� � �� �� �� ���� ���� ����� �� �L�� � 1� �!��1 IEJ ����� � �� ���� ���5���� �� �1 �� �� ����� � �� ��������

�� ������ �� �� ������� ��������� ������ �� ������� ��� �� �� ���� �������� �� ���L�� � 1� ����������1

����� �� � 1� �� �� �� �� �� �������� � �� ��������� 9�� ��/����� ���� �� �� �� 1�$$16� ����� �� 5�� � ���� �� ����� ��������� ����

� �� �� �;������������� � �� ,-, ����� �� �� �� ���� �������� � �� ����� � �� ������� � ��,-,� ��� �� �� ����� ������ � ��������� �� �� ������� ����� �� ������

��� � 1� $�$6 ,�

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"E6

Page 10: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

9�� �������� � �� ��������� �������� ��� ���� �� ���� ����� �������� ������������ �� �� ����� �������� � �� ������� ����� �� ���� � �� $�E0�

9�� �������� � �� ���� �� ����� �� ��������� ����� ��������� �� �� ��������� �� ���� � �� $�&� 9�� ������ � �� �� ����� �� 5�� � $�E0� �� �������� � $�$0�� �� �������� � $�$0�

9�� �������� � �� ���������� ���� �������� �� 5�� � $�&!� �� �������� � $�$"��� �������� � $�$0 �� �� ������ � $�E0�

7'8�27 �������� ����� �� ���� �� �� ������ ������� ����� )� �������� � � $�&E������� $�1! �� �������� �?= �� ���� �� �� ���������

9�� ����� �:������ ��� ������ ����� �� �� ����� � �� ����� �������� �� $�C!�

=1�1�1 )>���������� ������������ ������ �?����� ����� �:������ �� ������� ���� �� ����� ������ � � ��������� �� ��� � �� I&J ���

�� �������� � ����� �� ������

�� � ������� � ������ � � 1��

H��� �� � ��

�� � 1�� � �8��� � ����� ��������� �� �� �� ��� ��� �� � �� ����� �� �� �� �����*� �� � ���� �� �� �� ������ ��� 1 �� �� �� ��� �� ���� ��� �� �� ��������� ��� � 5� ��� � ��� ������� �8 �� ���������� ���� ���:���� ��������� � ������ ��� �� �� �� ����� � ���� +��. �� ���� +��.��������� �� "� �� �� �;����� ���� ���������

9�� �������� �� ���������� �� �� ���� ���� ��� ��� � �� �� ��� �� ���� �� ������ ���� �� ������ ����� �� ���� ���� ����� 9�� ��� �� �� 5�� ��:������ ���� �������� �� �� ���� �������� �� ������� ��� ����� �������� ���� �$� ��� � ��� 1�,�

9�� ����� ���� �� ����� ��������� ���� ��������� 9�� ��� �������� �� �� ��;����������� � ���� ������ ���� �������� ����� ������������� �� ���������� ������/������ 9�� �(�������� ���� �������� �� ������ � ���� ����� ���� 2���� ���� ������������ �� ����� �:������ ������� ��� �� �������� � �� ���� � �� $�00 $�$!�

����� �:������ �� ��� ��������� ��� �� ��������� �:������ �����������

=1(1 ������� �������

9�� �(�������� ���������� � �� ���� ���:���� �� �� ��������� �:������ ��;���� ������� ��������� �� � �������

=1(1�1 @��� ��� ��?�����9�� �� ���� ���:���� �� ������� ��� �� ����� ���� �� ���������� ������ ����

��� �� ��� �� ��������� �:������ ������ ������ �� ����

1"EE $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 11: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

=1(1�1�1 ������� ��� ���� �� A�� ���� ����������� 9�� ��� �� �� �������� �� �� ,-, ��������� �� �������� �� ����� ��

��� � �� � ��1

������� � ��� � �� � 1�� � � 1�8��� � �� �"������ ��� �� �� �� � ��� �� �� ��� � �� �������� �� �� �� �� �� � �� ������� ��� ������ ������� )� �� ������ � ���� ������� "� � $

��� � � ��1 �?�

1�8���� � �� � ������� � ��� �0�9�� �� ���� ��������� �(�������� ���� �������� ������ �� ���� ���� 9�� ��������

�� 5�� ��� �� ��� �� �� ����� � � �� �� �� �� ���� 9�� ��� �� + ��. �� ���������� ��� �� ��� ���� +1C ��@�. � �� �� �� ���� ������ ����� ���� ���� � �� ������ ���� -��/���� ��� �� ������ ������ �� ��������� 9�� ���� ��������� ������������� ����� �������� �� ��� �� ���� �������� ����� 0 ��� ������� 9�� �(/������� �� ������ �� ������ ���� ����������

#��� ���� �� ����� � ��� �� �� ��� �� ���� �� 1�8���� � �� �� ������� �����<L� +0.�

9���� ������� ����� �� ����� ���� �(���� �������� ��� � ����!� �� 9�� ����� � �� ����� ����� 1�8 �� � ������ �� +#��� 0. ����� �� �L�� � !�E6 H@�! N�

#��� 0� 9����� ���� �� ����� � ,-, ��� ����*�� ��������

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"E&

Page 12: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

=1!1 "����������� �?�����

H��� �� ����� �� ������ ����� ���� �� ���������� �� ��������� �:������ � ��,-, ��

�� � 1�� � �8��� � ����� ' ������ �� � �(�������� ��� �� �������� ���������� �� �� ���� ���� �� ��� ������

9�� �������� �� ������ �� �� ���� ���� ���� �� �� ��� ������ ���� ��;���� ����������������� H�� �� ������ � ��� ������ �� ���� ���� ����� �� ,-, �������� �/������� �������� ������� ���� ��������� 9�� ��� �� �� �������� ����� ��������� ����� ) �� ��� ������� ����� ������ 4� �� ������ �� �����/����5���� '����������� ���� �������� ����� ����� �������� ��������� 9�� ���� �������� ��� ������������ ��� ����� �������� �� ��������� ������� +".� ������������� ������� +"�.�� ��� �� + ��. ���� �������� �� ����� 0 ��� ������� 9�� �(�������� ���� ��� ����� �� ��������� ��� ��� & ��� � " ���� H�� �� ���� � ������ ������ ������ ������� ���� ��/������� �� �� ���� � ?$�6$�, �� ���� � 0�, ���� �������� �� �� �(�������� ���������� �� ������ � ��� �� ��� � �� ���������� 9����� ��� ������ ������ �� ������ �� #��� C' �� K�

2���� ���� �� ����� � ��� ��� �� �� "� � �� ��������� �:������ �� �� ������������

�� � ������� � ������ �

�� � �� ��� ��� � ����,������� "� ��� ��� �� �� �;����� ��� ������ +������� ����� ����� �� ������� ���� �����,� �� �� �;����� ��;��� �������

9�� �(�������� � ����� ���� *�� ��� ����� ���� �� �� ��� �L��� *��� ������9�� ���� ���� +#��� 6. ������ �� �� ����� ����� �� � ��� � ����!� � �� �(��������� ��� �� O �������� �� ����� �:������ � �� ����� �� ��������� �� �� ����� ����� 1�8 ������ 9�� ����� ���� ��� �L��� * � �� � ������ 1�� � $�0C �� 1�8 � !�60 H@�! N�

# $� ����� �� ������� ��������� �������������

�������� � �� ����� ������� �� ������ �� �� ���������� ������ ����� �L����� ���� ��� �������� ����� ,-, ��������� � +1. ���� ������ +!. ���� ��������� +". �������� ������ +?. �� ��� �� �����

9�� ������ ����� �L����� ���� ������� �� ����������� �� �������� ����A

+1. 9�� ������ �������

+. �� ��� ������ �� ��;��� ������ ������� �� �� ����� �� ������� �� �+�. �� ��� ������ �� ��;��� ������ ������� ������ �� ����� �� ������� ��

1"&$ $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 13: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

#��� C� 9����� ��� ������ ������ � ,-, ��� ����*�� ��������

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"&1

Page 14: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

�� ��������+�. �� ��� ������ �� ��;��� ������ ������� ������ �� ����� �� �������� ��������� �� �� ��������

+!. 9�� ������ �� �(����� ������

+. �������� �� ��������+�. �������� �� �������� �����+�. �� ���� ��� �������� ����� � �5�

+". ,�������� �� ��� �� ���

+. �������� � ��������+�. �������� � �����+�. ����� � �����

+?. 9�� ��� �� ������ �(���� �� �� ��� � �� �� ������ �� ��L��� ������ �� ���������

9�� ������ ����� �L������ ��� ������ ��� �� � ��� ���/����� ������� �L������' ������� ������ �� ���� � ����� ���� �L����� �� �� ��� ��5���� ����������

���� � �������� � ������ ��������� �������� �� ����� �� 5���� ���� ��������� #���

#��� 6� )�������� �:������ ����� � ,-, ��� ����*�� ��������

1"&! $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 15: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

�� � ��� ������� �� ��������� �:������ �� +��������. �� �������� 9�� ���� +#���E. ������ �� �� ����� ������ 1�� � $�C! �� 1�8 � 1�CC H@�! N�

% � ���� ����� ���������� �� ����������� �� ����� ���&���

#��� & ����� �� �(�������� ���� �� �� ��� ��� �������� �� �� �� ��� ������ �����'� �� ���� �� ���� ��������� �� ����������� ��������� � �� ���� � ��� �� ������ ���� ��������� ������� ������� ��� �� ����� ���� �� �� ���� �� ���� �� ������������ � ����� &0�,� �� ������ ������ ��� 6$ � &0 ��� � �� �������� ������(����� � ���� ������� 9��� ������ �� �������� � �� ��� �� ���� >�������� � ������������� ���� �� ����� ��������� ���� ������� �� �� ������ � ��� �������� ���� �������� 4� ���� �������� ����� 0 ��� ������� �� ��� ���� ����� ���� ' �������� � ��� ��� �������� �� ��� �4����� �� ������ �� ��� 11$ ���� 9�� ��������� ����� �������� �� ���� �������� ��� �;����� �������� "� � ��� � ������������� �� � ������ � ��� �� ����� �� #��� 1$� ' ����� ����� � ����������:������ �� �� ������� ��� �� ������

�� � ������ � � 1� � � ���� ��

����� � � ��� � �������� �� � �������� �� � 1$$�, �K- � ����� � 1� � ����� ��������

� ���� � � ��� �� � ��������� � ��� 1$$�,�

#��� E� )�������� �:������ ����� � ,-, +��������.�

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"&"

Page 16: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

����� �� ���/�� ���� �� �������� � �� ���� �� ���� �� ���� �� ���� �� �������� �� ���� �L���� �

�� � ����� ��

9�� ����� �� ����� ��� �������� �:������� ������� 5��� ��� ����� �� ��L���� � ������� ���� �� ����� !E=�

81�1 #��� ����� �0���

H�� �� ���� � ��� �� ��� �������� ��� ������� �� ��� ���5���� �(�������� ������������ �� ����� �������� ���5�� � �� ,-, ������� G� ������ �� �� ��������������� ��� �� �� ��� ��(�� ��� ���� �� ��� �4���� �� � �� ����������� ������� ������� �������� 9�� ���� ����� ����� �� � �� �������� ������� � �� ����������� ������� ������ �� ��� ���5����

' ������������� �������� ���5�� � 0 ���� ����� �� ���� �� �� �(������� � ����� �� #���11� ��� ���� ������ �� �� 00 ��� �� ���� ������� ����� �� ���� �� ��� 11$ ����� �� �(���� �������� � 6 ��@���! �� ���� ��������� �� ��� 1&0 ��� ��� �� ��������� ���� 9�� ���������� �������� �� � ����� �� #��� 1!� ,��5��� �(�������� ���� ���/����� �� ����� ���� ��� ��(��� � �� ���� 9�� �� ��� 5�� �� ���5��� ����� ����������� ���/�� ���� �� ���� � �� 1!0 ����

#��� &� )� ��� ��� ���������

1"&? $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 17: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

' (������

<(���������� ��������� ����� � 1�� � �$�0C $�$!� �� �� ���� ������� ��� ���/������� �������� ����� � $�C! ����� �(�������� �������

��8 ����� � !�60 �� �� ��������� �:������ ����� �� !�E6 �� �� ����� ���� �� ��������� 9�� ������ �(���������� ��������� ���� � ��8 ������� ��� �� �������� �� ����� � ������ �� ��*����� �� ������ �� ������� �� �� ���� �������� �� ���� � ���������� � � ����� ������ �� ������� �� �� ���������

9��� 1 ����� �������� ��� ������ � �� ,-, ������� ���� ��� ���5��� ��� � � ���� ���5����

#��� 1$� ��� �������� ��� ������ ������ � ,-, ��� ����*�� ��������

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"&0

Page 18: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

) *���������

#������� � ,-, ������� ��� *������� ������ �� �� ��� ����� � � ����� ������� ��� ��������� M� �������� ������ � �� ,-, ���*�� �� ���� ������� �� �� ���������� ����� �� ��������� ���� ��� ����� �� ����� ��� ��� *�������� 9�� ��� � ������ 4������ �� ������� ������� ������ ��� ��������� � �� ������� ���� ��� ���� ��������� ����� ����������

9�� ����� �� ����� ��� ������ � �� ������� ����� � ,-, ��� ������� �� ������+��������� �������. �� L��� ���������� �� �� �(�������� ������ �� �������� ��� ����������� ��� �� �������� ��������� #��� 1" ����� ��������� ������ �� �(���������� ���������� �������� ��� ������ ������ � �� ,-,� H� *�� � �� ��������� �:/������ � �� ,-, ������ �� ���� ����� ���� ������ ������� ���������� ���� ������� � � ��� ��������� 9�� ������ ����� � �� ,-, � �� ������� ��������� �������� �� ������� ���� � ��� ������ � � �� ���� � ��� ����� ��� ��������

9��� ���� ���� �������� ���5�� �� �� ����� � ����� ��� � ���5 �� �� ���� �� ��/����� ����� ������ ��5���� K� 5������ �� ,-, ������ ������� �� ������� ��� �� �������� ��� �� 5����� �� ������� ����� �� �������� � �� ���� ������� �������� ���5���9��� ��� ���������� ���� �������� ���5�� �� �� ���� �� ���5��� �����; �����������

#��� 11� ���� ��� ���5����

1"&C $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 19: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

#��� 1!� ,-, +����*�� �������. ��� ���5�� � 0 � ������

9��� 1

>������ ���5��� ����

9��� #��� P���� >���� 9��� +���. �� ������

���� +5�. H�� +�.

,-, K����� ���� ��

���

1 1�0 -�������

�������

1!0 -����� ���5

,��5��� ���� ���

����� �����

���� �� ��� 1 1 K������ "$ I1$J

���� ���� �� ��� 1 1 K������ ?0 I11J

����� ����� ���� �� ��� $�0 � K������ &$ I1!J )������� ��� �� ��� � 00 ����

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"&6

Page 20: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

�������� 5����� �� ���� ��� ������� ,������ � ��� ���� ���5���� ��� ���� ������5�� �� �������� ���������� ������ � ����� ���� � �� ����������� � ����������5���� ��� ���5���� �������� ���5��� �� �� ��������� ���� ���5���� ���� ����������������� � �� ,-, ������� ���� ��� �������� �� ���������� �� �������� � �������������

��&��+�� �������

9�� -��4�� �� �����5�� ��N 3����� ,������ � '�� �� �������� ,�������� ������� ������� � ��� �� ���� �� �� ����� �� 9��� 7�� �� ,������ �� ������� ��9����������

(���������

I1J H����� �� )��� ��( ���������� ��� ������� ��� '��� �� 1&6E%1&+11.�

I!J ���� �� K��������� 3� -����� N� ���������� � �������� ������� ��������� �� )���� <�����

�� <��������� ��� �� 1&&$��� -���������� � �� #��� H���� �������� <����� ,�������� ������� 2N� 1&&$�

�� E??�E�

I"J H����� �� -��������� � ���� ��������� � ����� ������� ���� <����� 1&6?%1CAE&�&0�

I?J H����� �� G���������� G� -��������� � ���������� ���������� �� ���� ������� ���� <����� 1&60%16A!00�E�

I0J ��� '� M���� 7K� H����� �� -����� ������ ����������� � ,-, ���� ���������� ���� <�����

1&6&%!!A"6"�E1�

#��� 1"� ,������� ��� ������ ������ � ,-,�

1"&E $1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99

Page 21: Development and performance analysis of compound parabolic solar concentrators with reduced gap losses – oversized reflector

ICJ ��� '� ���� ���������� ��� �(��� ���������� �� ���������� ��������� '��� �� 1&6C%10+6.A1E61�"�

I6J K���������� 3� ���� �� -����� N� ��5���������� M� )� ��� ���� ��� �������� ��� ,-,

�������� ���� H���� ,�������� -���������� � �� K������ ,������� � �� )�<�� ������� 2�'� 1&&1�

IEJ G���� ,N� 9����� ������ � ,-, ���������� ���� <����� 1&E1%!6A1&�!&�

I&J ��� '� M������ �� H����� �� ������ �� �� � ���/������ ���� ��������� ��� �������� �������

����������� ���� <����� 1&E$%!0A""0�01�

I1$J >���� ��� P�� >O� 7�� ���� ���5��� ���� ��� ����� ������ ��� H���� 1&E6%11A??�&�

I11J M�� G-� � ��� -�� ������ ������� � *�� ���� ���5���� -���������� � �� 7���� ���� <�����

,��������� ���� ������ � )���� ,���� 1&6C� �� !?$�"�

I1!J M�� G-� 9���� N-� ������ �� ���� ��� ���5��� )���� #����� 1&6&%!6+1.A!&�"$�

$1 2����� #1 3� ������ 4 )���� �������� ��� 5��������� �( 6( �7 �!89:�!99 1"&&