En general, la recomendación a la hora de escribir los topónimos de localidades de comunidades bilingües en documentos no oficiales es usar la forma en español si tiene tradición y uso asentado.

Pero, en el caso que usted menciona, la forma catalana Castelldefels es, además de la oficial, la grafía asentada y muy mayoritaria en el uso, también en español, como se comprueba al consultar los corpus académicos. Y no solo en época reciente, sino que aparece así en atlas y publicaciones en español desde finales del siglo XVIII.

Así pues, y aunque la adaptación Casteldefels no pueda considerarse incorrecta, es preferible emplear la forma original Castelldefels, que cuenta con un gran arraigo (como Martorell o Sabadell, entre otras muchas) y un uso ampliamente mayoritario.