Rev. Phys. Appl. (Paris) 14, 57-66 (1979)
DOI: 10.1051/rphysap:0197900140105700

Comparative efficiencies of solar energy collectors

M. Duban

Laboratoire de Technologie Optique Traverse du Siphon par Allée Pereisc,13012 Marseille, France

Abstract
We have made a comparison of the geometric efficiencies of basic collectors, by examining the constancy with which each of them collects the solar energy during a day or a year, independant of their dimensions, the amount of energy collected, the concentration, the use of the energy once collected. For this purpose, we have chosen the equivalent hour as a unit of energy. We have considered five fundamental types : - a sun-tracking collector, - a flat plate collector, - a fixed stepped cylindrical mirror, - a collector rotating about an axis (such as a parabolic trough mirror), - a fixed spherical mirror. We have taken into account atmospheric differential absorption, assuming a mean atmosphere without clouds, and we have estimated that the direct sunshine is usable only if the sun's elevation is more than 20° above the horizon. Collected energy has been calculated for all latitudes from 0 to 50° by 5° intervals, for every month, and for the two thresholds K = 0 and K = 0.5 (K being the ratio of the minimum power necessary for a correct utilisation of the installation to maximum power, which is obtained when the collector is pointed towards the sun at the zenith). A global comparison of these collectors is given, taking into account annual averages of efficiency. If climatic data are available, it is easy to correct theoretical monthly efficiencies, thus obtaining the energy actually collected. Two examples of such a calculation are given.

Résumé
Nous avons comparé les efficacités géométriques de différents collecteurs en examinant la constance avec laquelle chacun d'eux recueille l'énergie solaire pendant une journée ou un an, indépendamment de leurs dimensions, de l'énergie reçue, de la concentration, et de l'utilisation ultérieure du flux capté. Nous avons pour cela choisi l'heure equivalente comme unité d'énergie. Nous avons considéré 5 types fondamentaux : - collecteur asservi sur le soleil, - collecteur fixe, - miroir cylindrique fixe à facettes, - collecteur mobile autour d'un axe (miroir cylindro-parabolique par exemple), - miroir sphérique fixe. Nous avons tenu compte de 1'absorption différentielle de l'atmosphère, en considérant une atmosphère moyenne, sans nuages, et nous avons estimé que le rayonnement direct n'est utilisable que pour des hauteurs solaires d'au moins 20°. L'énergie captée a été calculée pour toutes les latitudes entre 0 et 50°, par pas de 5°, le 21 de chaque mois, et pour les deux seuils K = 0 et K = 0,5 (K étant le rapport entre 1'energie minimum nécessaire pour un fonctionnement correct de l'installation, et l'energie maximum, obtenue quand le collecteur est dirigé vers le soleil au zenith). Nous donnons un classement global de ces 5 capteurs, fondé sur les efficacités moyennes annuelles. Si l'on dispose de données climatiques, il est facile de déduire de ces résultats théoriques l'energie effectivement captee ; nous donnons deux exemples d'un tel calcul.

PACS
4278F - Performance and testing of optical systems.
8610K - Solar energy.
8630S - Photothermal conversion.

Key words
solar absorber convertors -- solar power -- solar energy collectors -- geometric efficiencies