Este trabalho apresenta um estudo de caracterização da imagem formada por um concentrador de Scheffler de 2 m2 no equinócio em relação à variação da declinação solar ao longo do ano para auxiliar em projetos de receptores mais eficientes. Os concentradores de Scheffler possuem a característica de manter o seu foco e estrutura fixos conforme a declinação solar e o azimute variam. Essa condição é garantida por possuir dois eixos de rastreamento e uma superfície refletora flexível, cuja geometria corresponde à seção lateral de um paraboloide delimitada por uma moldura elíptica. As análises se basearam em modelo matemático e dados de experimentos mensais realizados durante um ano. A calibração do sistema foi feita pelo método indireto que utiliza uma câmera digital e uma placa lambertiana, e os valores dos pixels foram relacionados à média histórica de DNI aferida por um pireliômetro no intervalo de uma hora em torno do meio-dia solar. As curvas teóricas referentes à área de abertura do concentrador apresentaram um comportamento cíclico em que o valor mínimo foi de 1,24 m2 próximo ao solstício de Capricórnio e o máximo foi de 2,74 m2 próximo ao solstício de Câncer. A área do núcleo apresentou um comportamento semelhante e variou no intervalo de 3,0 cm2 a 7,9 cm2. As simulações mostraram que a elevação do ângulo de abertura do cone de reflexão levou ao aumento da área da imagem. Considerando os resultados teóricos e experimentais, encontrou-se um ângulo óptico de abertura médio para o concentrador estudado de 55,5 mrad. Observou-se um comportamento semelhante entre as curvas da potência incidente no núcleo e da proporção entre as áreas do núcleo e fronteira. No núcleo, a potência variou de 280,2 W a 1.508,5 W, e o fator de interceptação de 28% a 76%. Na fronteira, a potência foi de 974,9 W a 1.907,9 W, e o fator de interceptação de 79% a 100%. Em ambas as regiões, as potências mínimas ocorreram no experimento de novembro, e as máximas no de agosto. O pico do fluxo de energia incidente no foco variou de 165,8 kW/m2 a 382,5 kW/m2. De modo geral, os picos mínimos ocorreram próximos ao solstício de dezembro e os máximos próximos aos equinócios. Uma parcela de fluxo de energia deslocada do centro foi observada nas distribuições próximas ao solstício de junho, que contribuiu para a redução da intensidade do pico nessas datas. A razão de concentração de energia depende do DNI, da área de abertura do concentrador, dos ajustes e dos processos construtivos. Os resultados experimentais apresentaram concordância com o funcionamento teórico do concentrador de Scheffler e podem ser utilizados em projetos de dimensionamento de receptores.

This paper presents a study of characterization of the image formed by a 2 m2 Scheffler concentrator at the equinox in relation to the solar declination variation throughout the year to assist in more efficient receiver designs. Scheffler concentrators have the characteristic of keeping their focus and structure fixed as solar declination and azimuth vary. This condition is achieved by having two tracking axes and a flexible reflecting surface, whose geometry corresponds to the side section of a paraboloid bounded by an elliptical frame. The analyses were based on a mathematical model and data from monthly experiments performed for one year. The system calibration was by the indirect method using a digital camera and a Lambertian target, and the pixel values were related to the historical average DNI measured by a pyrethrometer at one-hour interval around solar midday. The theoretical curves referring to the concentrator aperture area had a cyclic behavior in which the minimum value was 1.24 m2 near the Capricorn solstice and the maximum value was 2.74 m2 near the Cancer solstice. The nucleus area had a similar behavior and varied in the range of 3.0 cm2 to 7.9 cm2. The simulations showed that raising the opening angle of the reflection cone causes the image area to increase. Considering the theoretical and experimental results, an average optical opening angle for the studied concentrator was found to be 55.5 mrad. Similar behavior was observed between the curves of the energy flux in the nucleus and the ratio between the nucleus and boundary areas. In the nucleus, the flux varied from 280.2 W to 1,508.5 W, and the interception factor from 28% to 76%. In the boundary, the flux was from 974.9 W to 1,907.9 W, and the intercept factor from 79% to 100%. In both regions, the minimum flows occurred in November, and the maximum flows occurred in August. The peak incident energy flux at the focus ranged from 165.8 kW/m2 to 382.5 kW/m2. In general, the minimum peaks occurred near the December solstice and the maximum peaks near the equinoxes. A portion of energy flux displaced from the center was observed in the distributions near the June solstice, which contributed to the reduction of the peak intensity on these dates. The energy concentration ratio depends on the DNI, concentrator aperture area, settings and construction processes. The experimental results agreed with the theoretical operation of the Scheffler concentrator and can be used in receiver sizing designs.