1. INTRODUCCIONEste informe presenta un resumen de los modelos y el software que se pueden utilizar para analizar las diferentes tecnologas de energa solar concentrada (CSP)[footnoteRef:1], que incluyen sistemas de energa torre, sistemas de concentracin lineal (por ejemplo, cilindro-parablicos) y plato / sistemas del motor. La lista de modelos y software es de ninguna manera exhaustiva; la intencin era elaborar una lista de cdigos y herramientas existentes a los Laboratorios Nacionales Sandia para identificar las deficiencias y / o redundancias en nuestras capacidades de anlisis. Otro objetivo fue identificar qu cdigos debe modernizarse (algunos son ms de 20-30 aos de edad) y posiblemente en combinacin. Tambin se identifican otros cdigos desarrollados por el Laboratorio Nacional de Energa Renovable (NREL) y entidades comerciales, pero la lista se limita a software que se han utilizado o considerado por el Departamento Solar Technologies de Sandia. [1: CSP: concentrating solar power: plantas de concentracin solar]

Los modelos y cdigos pueden ser agrupados de acuerdo a una "pirmide de modelado", que describe una jerarqua natural para modelar sistemas complejos (Figura 1). En la parte superior, se utilizan modelos totales del sistema para evaluar las mtricas de rendimiento generales, como el costo de la energa nivelado o salida de energa. Estos modelos totales del sistema se basan en las aportaciones de los modelos ms detallados de procesos que proporcionan informacin sobre el rendimiento de los componentes individuales dentro del sistema total. Los modelos de procesos requieren parmetros de entrada y distribuciones (por la incertidumbre y los anlisis de sensibilidad) que se adquieren a travs de diversos medios, como las pruebas, la literatura, las encuestas, y / o juicio profesional. Esta pirmide de modelado se utiliza a menudo como marco para el modelado de sistemas complejos, ya que proporciona un flujo lgico y organizacin de las actividades de informacin y modelado. Adems de pasar la informacin a partir de los modelos de procesos detallados y los parmetros, el marco de las convocatorias de informacin que se transmite de la parte superior para ayudar a priorizar los esfuerzos de modelado y caracterizacin de las zonas que se han demostrado en los modelos para afectar significativamente el costo y el rendimiento correspondiente mtricas (vase la Seccin 5.2 para ms detalles)

Figura 1. Ilustracin de la "pirmide de modelado." Total system models performance and cost (e.g., SAM, SOLERGY)=Total de los modelos de sistemas - el rendimiento y el costo (por ejemplo, SAM, Solergy)

Component and process models (e.g., collector/reflector optics, receiver performance, thermal storage processes, power output) Modelos de componentes y procesos (por ejemplo, coleccionista / ptica de reflector, el rendimiento del receptor, procesos de almacenamiento trmico, la potencia de salida)

Input parameters and distributions (e.g., geometry, reflectivity, solar radiation, temperature, flow rates, efficiencies, costs ) Los parmetros de entrada y distribuciones (por ejemplo, la geometra, la reflectividad, la radiacin solar, temperatura, caudal, eficiencia, costos)

En las siguientes secciones, los cdigos se agrupan y se identifican de acuerdo con cada una de las tres tecnologas CSP, as como categoras dentro de la pirmide de modelado. Se proporciona una breve descripcin de cada tecnologa CSP, seguida de una descripcin de los cdigos que se pueden utilizar para hacer frente a los principales componentes de cada tecnologa CSP. Tambin se proporcionan y un hipervnculo al sitio web o documento apropiado, cuando se disponga de las referencias de cada cdigo.

2. SISTEMAS DE TORRES DE ENERGASistemas de torres de energa consisten en un campo de conjuntos grandes, casi planos espejo (helistatos) que siguen al sol y concentran la luz solar en un receptor situado en la parte superior de una torre. En una configuracin tpica, un fluido de transferencia de calor tal como agua / vapor o sales fundidas nitrato se calienta en el receptor y se utiliza para alimentar un ciclo de potencia de turbina de vapor convencional para generar electricidad (vase la Figura 2 y la Figura 3). El exceso de energa trmica puede ser almacenado durante el da para permitir el funcionamiento de la turbina de vapor durante horas no solares. Una ventaja de los sistemas de torre de potencia ms sistemas de concentracin lineales es que las temperaturas ms altas se pueden conseguir en el fluido de trabajo. Las altas temperaturas pueden dar lugar a un sistema de almacenamiento de menor costo. Sin embargo, helistatos para sistemas de torres de energa deben tener cada uno su propio control de doble eje en comparacin con el control de un solo eje para una serie de espejos en los sistemas de concentracin lineal.Software y cdigos para el anlisis de los sistemas de torres de energa fueron evaluados en las reas siguientes componentes: Diseo ptico y rendimiento de Heliostat Campos Rendimiento Receptor central El fluido de transferencia de calor (HTF) Transporte, Transferencia y Almacenamiento. Ciclo de Potencia. Rendimiento del sistema total

Fig. 2. Ilustracin de un sistema de torre de energa. Un sistema de almacenamiento indirecto se representa. En las dos plantas solares se muestra en la Figura 3, se utiliz un sistema de almacenamiento directo.

Figura 3. Fotografa de dos solares de energa planta de torre en funcionamiento en Daggett, CA (foto de los Laboratorios Nacionales Sandia, foto 2897).2.1 Diseo ptico y rendimiento de campos de helistatos2.1.1 ASAP DescripcinASAP es un software de trazado de rayos comercial que realiza simulaciones pticas de diferentes geometras y sistemas. Se hace la geometra del sistema, los rastros de rayos, y las fuentes de luz, y los modelos visible, ultravioleta y la radiacin infrarroja. Puede optimizar los sistemas pticos con una interfaz de optimizacin, y puede importar datos de la geometra de SolidWorks a travs de un IGES (Inicial Grficos Cambio Specification) traductor. La dependencia direccional de la irradiacin del sol puede ser modelada, y un error aleatorio o definido de pendiente para la superficie del espejo se puede implementar junto con la reflexin, refraccin, dispersin y absorcin de la dependencia con la longitud de onda. La distribucin del flujo reflejada por colectores solares slo se pueden proyectar en superficies planas en la actualidad, pero la prxima versin permitir representacin conforme de la distribucin del flujo en superficies no planas. ASAP tambin planea integrar su software directamente en SolidWorks.Disponibilidad y Mantenimiento ASAP se mantiene y distribuidos por Breault Investigacin (ver enlaces ms abajo).Referencias www.breault.com/software/asap.php Ejemplos de sistemas de colectores cilindro-parablicos y plato solares utilizando ASAP: http://www.breault.com/multimediagallery.php?catTypeID=2&catID=89&mode=category)

2.1.2 DELSOLDescripcinDELSOL es un cdigo de rendimiento y diseo que incluye anlisis pticos y econmicos. Un mtodo analtico polinomio de Hermite de expansin / convolucin-de-momentos se utiliza para predecir imgenes de flujo de los heliostatos de una manera computacionalmente eficiente (normalmente mucho ms rpido que cualquiera de MIRVAL o HELIOS). El cdigo representa variaciones en la insolacin, factor coseno, ensombrecimiento y bloqueo, y derrames, junto con la atenuacin atmosfrica, espejo y reflectividad receptor, receptor de radiacin y conveccin, y las prdidas de tuberas. El cdigo puede ser usado para evaluar el coste de energa del sistema nivelado y optimizar el diseo de campo, las dimensiones del receptor, y altura de la torre sobre la base de estos costos. El cdigo est escrito en FORTRAN77, y la entrada al cdigo se introduce a travs de archivos de texto especificados por el usuario.

Disponibilidad y Mantenimiento DELSOL todava es utilizado por el personal de Sandia y varias empresas industriales, pero el mantenimiento y el apoyo activos para DELSOL es insuficiente.

Referencias Dellin, T.A. y MJ pescado, Manual del usuario para DELSOL: Un cdigo de ordenador para calcular el rendimiento ptico, Diseo del campo y Diseo ptimo sistema para plantas de receptor central solar, los Laboratorios Nacionales Sandia, Livermore, CA, SAND79-8215.

Kistler, BL, 1987, Manual del Usuario para DELSOL3: Un cdigo de ordenador para calcular el rendimiento ptico y ptima Diseo Sistema Solar Trmica para plantas de receptor central, los Laboratorios Nacionales Sandia, Livermore, CA, SAND86-8018 (10 MB).

Falcone, PK, 1986, Manual para Solar Receptor Central de Diseo, los Laboratorios Nacionales Sandia, Livermore, CA, SAND86-8009 (86 MB), p. C-9.

2.1.3 HELIOSDescripcinHELIOS utiliza una ptica de cono para evaluar la densidad de flujo solar de campos que van desde 1 hasta 559 helistatos individuales (o clulas con mltiples helistatos). Plato parablico y otras formas de coleccin tambin se pueden evaluar con HELIOS. El cdigo representa el sombreado, el bloqueo, la declinacin del sol, tierra rbita excentricidad, la dispersin molecular y aerosol, la refraccin atmosfrica, la distribucin angular de los rayos entrantes solares, reflectividad, formas de facetas enfocado y distribuciones de error en la curvatura de la superficie, con el objetivo, faceta orientacin y sombreado y bloqueo. Entrada al cdigo se introduce a travs de archivos de texto especificados por el usuario.Disponibilidad y Mantenimiento HELIOS todava es utilizado por el personal de Sandia, pero los desarrolladores originales ya no estn en Sandia. El cdigo no parece ser mantenido activamente.Referencias Vittitoe, C.N. y F. Biggs, 1981, Gua del usuario de HELIOS: Parte 1, Introduccin y Cdigo de entrada. Programa informtico para modelar el comportamiento ptico de Concentradores reflejo, los Laboratorios Nacionales Sandia, Albuquerque, NM, SAND81-1180 y SAND81-1562 (Parte 3: Apndices). Falcone, PK, 1986, Manual para Solar Receptor Central de Diseo, los Laboratorios Nacionales Sandia, Livermore, CA, SAND86-8009 (86 MB), p. C-4.

2.1.4 MIRVALDescripcinMIRVAL es un programa de trazado de rayos de Monte Carlo que calcula la eficiencia de campo y mapas de flujo para helistatos individuales y sistemas de receptor central. Representa el sombreado, bloqueo, seguimiento de helistatos, distribucin angular de los rayos solares entrantes, la dispersin, la atenuacin entre los heliostatos y receptor, reflectividad, estrategias dirigidas y errores aleatorios en el seguimiento de helistatos y conformacin de la superficie reflectante. Tres configuraciones de receptor parciales y cuatro tipos de helistatos se incluyen en el programa. Entrada al cdigo se introduce a travs de archivos de texto especificados por el usuario.Disponibilidad y mantenimientoLos autores originales de MIRVAL ya no estn en Sandia, y el cdigo no se est utilizando en Sandia. El cdigo se est utilizando actualmente en Alemania (DLR) e Israel (Weizman Institute).Referencias Leary, P.L. y JD Hankins, 1979, Gua del usuario para MIRVAL - Un Coe ordenador para modelar el comportamiento ptico de reflejo de concentradores solares, los Laboratorios Nacionales Sandia Livermore, CA, SAND77-8280 (microfichas y copia impresa disponible en SNLL). Falcone, PK, 1986, Manual para Solar Receptor Central de Diseo, los Laboratorios Nacionales Sandia, Livermore, CA, SAND86-8009 (86 MB), p. C-1.2.1.5 SOLTRACEdescripcinSOLTRACE es un modelo de trazado de rayos desarrollado por el Laboratorio Nacional de Energa Renovable (NREL) que se puede utilizar para analizar y sistemas pticos de energa solar de diseo. Se puede modelar colectores cilindro parablicos y otras formas y contornos. La geometra ptica puede ser modelado como una serie de etapas compuestas de elementos pticos con ciertos atributos, incluyendo forma, contorno, y la calidad ptica. Los resultados se pueden visualizar y guardar como grficos de dispersin, mapas de flujo, y grficos de rendimiento. El software implementa una interfaz grfica de usuario fcil de usar y los pasos lgicos para la definicin del problema.Disponibilidad y MantenimientoUna descarga gratuita de SOLTRACE est disponible en la siguiente direccin:http://www.nrel.gov/csp/troughnet/models_tools.html#soltraceSin embargo, no se proporciona soporte tcnico para el modelo.Referencias Documentacin para el software SOTRACE est incluido en la descarga de software en: http://www.nrel.gov/csp/troughnet/models_tools.html#soltraceolar Receptor Central de Diseo, los Laboratorios Nacionales Sandia, Livermore, CA, SAND86-8009 (86 MB), p. C-1.