Sistema diurno de iluminación solar

Abstract

RESUMEN: Enfocados en las necesidades de iluminación durante el día, el agotamiento de los recursos de base hidrocarburo utilizados tradicionalmente para la generación eléctrica, así como el aumento en los costos de la misma, se propone el diseño de un concentrador solar estático acoplado a fibra óptica, como medio de transmisión, para proveer luz solar a una luminaria. A pesar de los diferentes métodos que existen para la iluminación diurna, desde focos incandescentes hasta sistemas que utilizan la luz solar, existe un nicho para los que no cuentan con un mecanismo de seguimiento solar, reduciendo así el costo del equipo y del mantenimiento. El objetivo del trabajo es proponer el diseño conceptual de un sistema óptico, hacer el cálculo radiométrico del sistema, considerar la atenuación y pérdidas en el acoplamiento y en la transmisión a través de la fibra óptica, la construcción de un prototipo y la evaluación radiométrica del mismo. De las diferentes geometrías evaluadas en este trabajo se escogió el CPC tándem formado por dos CPC con un ángulo de aceptación de 30° cada por ser el más promisorio. En la evaluación computacional este CPC alcanza una potencia a la salida de aproximadamente 0.06 W promedio por fibra. Sin embargo al analizar el efecto del ángulo solar se encontró que con un ángulo solar de 2° la energía cae de 0.06 W a 0.03 W y la cantidad de rayos efectivos suman solamente 0.005 W. En la caracterización del prototipo, considerando valores adecuados para el coeficiente de reflexión del recubrimiento, la diferencia entre la simulación y las mediciones experimentales tienen una diferencia de sólo 20%. ABSTRACT: Considering the world’s necessity for indoors daylighting, the drastic reduction of fossil fuels which are traditionally used for power generation, as well as the increment in their cost; this work proposes a static solar concentrator coupled to optical fiber, as a transmission method to provide solar light to a lamp inside a building. Despite the different methods used for lighting, such as standard bulbs or sunlight systems, there is an opportunity for a solar daylighting system without a tracking mechanism, looking to reduce costs of the mechanism and its maintenance. The purposes of this thesis are: to do a conceptual design for a daylighting optical system, to do the radiometric evaluation, to consider coupling and transmission losses, to build a prototype and to do the radiometric evaluation of the prototype. From all the different geometries evaluated to concentrate the light, a tandem CPC was selected with an acceptance angle of 30° for both sections because the results obtained were promising for this configuration. In the simulations, the average power output per optic fiber was approximately 0.06 W. However, analyzing the sun angle effect on the system, it was found that just with a deviation of 2° the energy falls from 0.06 W to 0.03 W and the amount of effective rays provide a power output of only 0.005 W. During the characterization phase of the prototype and considering an appropriate value for the coating reflection coefficient, the difference between simulation and experimental measurements differ only by 20%.