Diseño optimo de reflectores lineales fresnel de pequeña escala para uso urbano"/ "optimal design of small-scale linear fresnel reflectors for urban use

Resumen

El respeto por el medio ambiente es actualmente uno de los temas que más interés suscitan a nivel global. El notable aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero en los últimos años ha aumentado la preocupación mundial. Como consecuencia diversos estados firmaron el Protocolo de Kyoto y el Consejo Europeo aprobó una serie de objetivos políticos, de aplicación para toda la Unión Europea durante el periodo 2021 a 2030. Estos objetivos clave para el 2030 incluyen al menos un 40% de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (con respecto a 1990) y al menos un 32% de cuota de energías renovables. No cabe duda que potenciar el uso de las energías renovables como fuente de energía reduciría la dependencia actual de combustibles fósiles y el impacto de las emisiones de gases de efecto invernadero. En este contexto es evidente que una de las mejores opciones para sustituir los combustibles fósiles es el uso de energía solar. La implementación de energía solar no solo es positiva de cara al cumplimiento de dichas normativas, sino que el uso de tecnologías solares podría suponer una solución para los altos consumos de energía que se registran en los núcleos urbanos. Sin embargo, es muy importante que el uso de la energía solar resulte económicamente eficiente. Este es uno de los objetivos de este trabajo. Esta tesis doctoral presenta un estudio de los reflectores solares Fresnel a pequeña escala y sus usos para la obtención de energía eléctrica y/o térmica mediante su instalación en terrazas o azoteas de edificios urbanos. En este problema de Ingeniería intervienen un gran número de variables a optimizar, lo cual lo convierte en un problema muy complejo. Para su resolución se propone una nueva metodología con la que se pretenden hallar tanto los parámetros geométricos que intervienen en el diseño, como la distribución de concentradores lineales Fresnel que resulta óptima, dentro de las limitaciones de una azotea urbana. Se presta especial énfasis al cálculo del costo del concentrador, su configuración óptima de movimiento e inclinación longitudinal, su distribución sobre la planta de la azotea y la influencia del error de seguimiento solar sobre su comportamiento óptimo. Respect for the environment is currently one of the topics that arouse the most interest worldwide. The notable increase in greenhouse gas emissions in recent years has raised global concern. As a consequence, several states signed the Kyoto Protocol and the European Council approved a series of political objectives, applicable to the entire European Union during the period 2021 to 2030. These key objectives for 2030 include at least a 40% reduction in greenhouse gas emissions (compared to 1990) and at least a 32% share of renewable energy. There is no doubt that boosting the use of renewable energies as an energy source would reduce current dependence on fossil fuels and the impact of greenhouse gas emissions. In this context it is evident that one of the best options to replace fossil fuels is the use of solar energy. The implementation of solar energy is not only positive in terms of compliance with these regulations, but the use of solar thermal technologies could provide a solution for the high energy consumption that is registered in urban centers. However, it is very important that the use of solar energy is economically efficient. This is the objective of this work. This doctoral thesis presents a study of small-scale Fresnel solar reflectors and their uses for obtaining energy through the installation on terraces or roofs of urban buildings. This engineering problem involves a large number of variables to be optimized, which makes it a very complex problem. For its resolution, a new methodology is proposed with which the aim is to find both the geometric parameters involved in the design and the distribution of linear Fresnel concentrators that is optimal, within the limitations of an urban rooftop. Special emphasis is placed on calculating the cost of the concentrator, its optimal configuration of movement and longitudinal inclination, its distribution on the roof plan and the influence of the solar tracking error on its optimal behavior.