Experimental analysis and numerical validation of the solar Dish/Stirling system connected to the electric grid

Abstract

The use of solar-powered Stirling engines to convert thermal energy into electricity is a promising and renewable technological solution that can contribute to reducing dependence on fossil fuels for electricity generation. Unfortunately, the lack of experimental performance data and operating parameters for this type of technology limits its detailed characterization, difficult its modeling and design and consequently its utilization. This paper aims to validate the mathematical model of the Dish/Stirling system previously published by Mendoza et al. (2017) with the TRINUM system, installed at the Federal University of Itajub a-Brazil. For nominal conditions, the Dish/Stirling system generates an electric power of 1.00 kW at a solar irradiation of 725 W/m2 with a system overall efficiency of 17.6%. The results show that for solar irradiance values between 520 and 950 W/m2 the experimental tests and the results of the mathematical modeling do not present considerable differences, obtaining an electric power of 1089 kWe and an efficiency of 17.98%, which represents deviations in the range of 2%e12%.

El uso de motores Stirling con energía solar para convertir la energía térmica en electricidad es una solución tecnológica prometedora y renovable que puede contribuir a reducir la dependencia de los combustibles fósiles para la generación de electricidad. Desafortunadamente, la falta de datos experimentales de rendimiento y parámetros operativos para este tipo de tecnología limita su caracterización detallada, dificulta su modelado y diseño y, por consiguiente, su utilización. Este documento tiene como objetivo validar el modelo matemático del sistema Dish / Stirling previamente publicado por Mendoza et al. (2017) con el sistema TRINUM, instalado en la Universidad Federal de Itajub a-Brazil. Para condiciones nominales, el sistema Dish / Stirling genera una potencia eléctrica de 1.00 kW a una irradiación solar de 725 W / m2 con una eficiencia general del sistema del 17.6%. Los resultados muestran que para valores de irradiación solar entre 520 y 950 W / m2, las pruebas experimentales y los resultados del modelado matemático no presentan diferencias considerables, obteniendo una potencia eléctrica de 1089 kWe y una eficiencia del 17,98%, lo que representa desviaciones en el Rango de 2% e12%.