FEM modeling of astigmatism corrected heliostat with deflectometry validation

Bc. Alexey Kruchenko

Diplomová práce

FEM modeling of astigmatism corrected heliostat\nl{} with deflectometry validation

Abstract:

A model of a heliostat device is presented in this work. An astigmatism problem, which impacts on efficiency through enlargement of the focal spot at the target in dependence of the incident angle of the sunlight of the heliostat, leads to detrimental effect for high temperature applications. In order to combat astigmatism the shape of the heliostat has to change in dependence to the incident angle of the solar radiation on the heliostat, a mathematical model of this shape changing heliostat's reflecting surface is created to avoid such losses and concentrate solar rays in a dense focal spot irrespective of incident angle. A 'target-aligned' tracking method is applicable to this type of heliostat. With use of finite element method (FEM) a structural mechanics model of the heliostat is designed to compare with the ideal shape requirements described by the mathematical model. For determining of quality of heliostat a prototype, which has been dimensioned implementing the FEM model, deflectometry measurements are performed on a constructed prototype. The second technique that is used in heliostat validation is photogrammetry.

Abstract:

Model heliostatu je uvedena v této práci. Astigmatismus, který snižuje účinnost heliostatu prostřednictvím rozšíření ohniska na cíle v závislosti na úhlu dopadu slunečního světla na heliostat, vede k negativním vlivem pro vysokoteplotní aplikace. Za účelem boje proti astigmatismu, tvar heliostatu se musí měnit v závislosti na úhlu dopadajícího slunečního záření. Matematický model změny tohoto tvaru je vytvořen, aby zabránit energetickým ztrátám prostřednictvím koncentrace slunečných paprsků v ohniskové skvrně bez ohledu na úhel dopadu. Metoda sledováni 'Cílové zarovnání' se vztahuje na tento typ heliostat. S využitím metody konečných prvků (FEM), strukturální mechanický model zařízení je navržena tak, aby bylo možné porovnání s požadavky na ideální tvar popsaných matematickým modelem. Pro stanovení kvality prototypu zařízení, který byl dimenzován pomoci modelu FEM, provádí se měření prototypu pomoci deflektometrie. Druhá metoda, která se používá při validaci heliostatu je fotogrammetrie.

Keywords

Heliostat, Astigmatismus, Metoda sledování 'Cílové zarovnání', Metoda konečných prvků, Fotogrammetrie, Deflektometrie.

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 5. 1. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 3. 2. 2015
• Vedoucí: prof. RNDr. Stefan Bischoff

Technická univerzita v Liberci

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Magisterský studijní program / obor:
Electrical Engineering and Informatics / Mechatronics