Resumen de Contribución a la teoría de diseño y a la tecnología de las lentes de FresNel para su uso como concentradores en aplicaciones fotovoltaicas
RESUMEN Esta tesis doctoral desarrolla dos aspectos relacionados con el empleo de lentes de Fresnel como concentradores fotovoltaicos:
Por un lado se analiza un concentrador de una o de dos etapas en el que la primera etapa está constituida por una lente de Fresnel de forma arbitraria (plana, curva, etc.) en el supuesto de que la segunda etapa, cuando existe, hace que el colector resulte isotópicamente iluminado si la primera etapa es una fuente de Lambert. Las conclusiones que se derivan de este análisis permiten optimizar el diseño de cualquier lente de Fresnel, en el sentido de conseguir la mayor concentración posible para un ángulo de aceptancia determinado.
Por otro lado se presenta un nuevo tipo de lente de Fresnel compuesta por un vidrio actuando de soporte y una capa de silicona, adherida a él, que actúa como material refractante. Esta lente, llamada lente híbrida, se ha mostrado muy adecuada para estas aplicaciones ya que combina unas excelentes características ópticas con una gran durabilidad, bajo coste y facilidad de fabricación. Se han construido y medido 144 de estas lentes que están en funcionamiento en el Panel Solar Fotovoltaico de Concentración "Ramón Areces", pudiendo así comprobar de forma experimental la viabilidad de este tipo de lentes y la sencillez y fiabilidad de su proceso de fabricación. Asimismo se ha desarrollado un método novedoso de fabricación de moldes que utilizando procedimientos convencionales de mecanización permite conseguir lentes con eficacias superiores al 85%.
Por último se ha construido y medido una lente lineal de Fresnel en vidrio laminado, sin posterior mecanización, pudiendo comprobar que con el estado actual de esta tecnología no parece posible conseguir lentes con una eficacia superior al 60%.
ABSTRACT This doctoral thesis develops two aspects related to the use of Fresnel lenses as photovoltaic concentrators:
On one hand it analyzes a one stage or two stages concentrator; the first stage is constituted by an arbitrarily shaped Fresnel lens (flat, curved, etc.) in the assumption that the second stage, when it exists, makes possible for the concentrator to be isotropically illuminated if the first stage is a Lambertian source. The conclusions derived from this analysis allow to optimize the design of any Fresnel lens, in order to obtain the highest concentration possible for a given acceptance angle.
On the other hand it presents a new type of Fresnel lens made of glass acting as support, covered by a silicone layer, acting as refracting material. This lens, called hybrid lens, has proved to be very adequate for these applications, since it combines excellent optical characteristics with durability, low cost and easiness of fabrication. 144 of these lenses were made and measured and they are being used in the "Ramón Areces" concentration photovoltaic solar array; this way we were able to verify the viability of this type of lenses and the simplicity and reliability of the fabrication process. Also we developed a new method to fabricate masters and which using conventional mechanization methods achieves lenses with efficiencies above 85%.
Finally, we made and measured a lineal Fresnel lens of laminated glass, without later mechanization, being able to verify that with the present state of this technology is not possible to obtain lenses with efficiencies above 60%.
