Production of hot water by means of small-size concentration systems

This paper presents a comparison between three solar boilers used as a receiver in a concentration plant at the focus point of a three-dimensional parabola of dish-boiler type, for the production of sanitary hot water. The boilers are designed so as to exploit the principle of the black body. Three types of boiler were studied: cylindrical with cavity, cylindrical with coil and spherical with cavity. Dependence of performance on the geometry was evaluated for the boiler with cylindrical cavity. Two methods were used to estimate the direct normal solar irradiance, the ASHRAE clear day and the Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) for an average day. The results from many simulations, with small deviations, have shown that all the boilers have significant benefits in terms of optical and thermal behaviour, which comes very close to that of the black hole. Although the performance of the system was high, with values greater than 80%. Among the three cases studied, the spherical boiler with cavity was the most efficient. However, it is more difficult to construct than the other boilers, although its performance is very close to those of the cylindrical boiler with cavity of elongated shape.

Il lavoro presenta il confronto fra tre caldaie solari utilizzate come ricevitore in un impianto a concentrazione a fuoco puntiforme con parabola tridimensionale del tipo dish-boiler, per la produzione di acqua calda sanitaria. Le caldaie sono ideate in modo da sfruttare il principio di corpo nero. Sono state studiate tre tipologie di caldaia: cilindrica con intercapedine, cilindrica con serpentina e sferica con intercapedine. Per la caldaia cilindrica con intercapedine è stata valutata la dipendenza delle prestazioni dalla geometria. Sono stati utilizzati due metodi di stima della irradianza solare diretta normale, quello ASHRAE di giorno sereno e quello PVGIS di giorno medio.I risultati derivanti dalle numerose simulazioni hanno evidenziato, con modesti scostamenti, che tutte le caldaie presentano notevoli prestazioni dal punto di vista ottico e termico, avvicinandosi molto al comportamento di cavità nera. Anche il rendimento di sistema è risultato elevato, con valori superiore all’80%. Fra i tre casi studiati, la caldaia sferica con intercapedine è risultata la più performante. Essa, però, presenta le maggiori difficoltà dal punto di vista costruttivo rispetto alle altre caldaie, anche se le sue prestazioni sono molto vicine a quelle della caldaia cilindrica con intercapedine di forma allungata.