Performance of Dish-Stirling CSP system with dislocated engine

In this paper, a Dish-Stirling Concentrating Solar Power (CSP) system was examined in which the engine works no longer as a receiver but is displaced away from it. In this arrangement it is necessary to adopt a heat transfer fluid capable of transmitting the useful power from the receiver to the hot spring in the Stirling engine head. Various components of the system need designing and especially the heat exchanger in charge of transferring power to the engine head thanks to the cooling of the fluid. The Dish-Stirling system under study includes a linear piston Stirling engine of 4 kW total rated power (3 kW thermal and 1 kW electric). The minimum temperature for starting of the engine is 190 °C, while the maximum is 565 °C. There are many innovative aspects of dish Con- centrating Solar Power systems with Stirling engine dis- located, for example, the possibility of using an increased number of engines powered by a single greater dish and energy savings in the solar tracking system. The work covers the search for the most suitable fluids for the pur- pose, risks and benefit evaluation of fluids never used previously in the field of solar concentration. The heat exchanger sizing was carried out examining different geometric configurations. The study was conducted using a computer and setting up thermo-fluid dynamics simulations in the ANSYS 14.5 environment. Finally, the results were tested and validated through a comparison study with empirical correlations found in the literature.

Nel lavoro viene analizzato un sistema a concentrazione solare di tipo Dish-Stirling nel quale il motore non funge più da ricevitore ma viene dislocato lontano da esso. Per un tale assetto è necessaria l’adozione di un fluido termovettore in grado di trasmettere la potenza utile dal ricevitore alla testa del motore Stirling in corrispondenza della sorgente calda. È richiesta la progettazione dei vari componenti del sistema ed in particolar modo dello scambiatore di calore atto a trasferire la potenza alla testa del motore grazie al raffreddamento del fluido termovettore. Il sistema Dish-Stirling in studio, adotta un motore Stirling a pistoni lineari della MICROGEN® di potenza nominale totale pari a 4 kW (3 kW termici ed 1 kW elettrico). La temperatura minima per l’accensione del motore è di 190°C, mentre quella massima è di 565°C.Gli aspetti innovativi di sistemi CSP a disco con motore Stirling dislocato sono molteplici: la possibilità di utilizzare un numero crescente di motori Stirling alimentati da un’unica parabola di dimensione maggiore ed ottenere un risparmio energetico dal sistema d’inseguimento solare. Nel lavoro è stato ricercato il fluido termovettore più adatto allo scopo, vagliando le potenzialità ed i rischi dell’adozione di fluidi mai usati in precedenza nel settore della concentrazione solare. È stato effettuato il dimensionamento dello scambiatore di calore analizzando diverse configurazioni geometriche. Lo studio è stato condotto al calcolatore con l’implementazione di simulazioni termo-fluidodinamiche attraverso il software ANSYS 14.5. Infine, è stata verificata la validità dei risultati ottenuti attraverso uno studio di confronto con correlazioni empiriche trovate in letteratura.