Kunstigt syn muliggør solfeltkalibrering natten over

Forskere har udviklet en prototype til at kalibrere et helt solfelt på en enkelt nat, barbering måneder ud af det nuværende kalibreringssystem til store koncentrerede solenergi (CSP) tårnanlæg.

I tårn-CSP'er, et omsluttende solfelt med tusindvis af heliostater (specialiserede spejle) skal kontinuerligt og præcist reflektere koncentreret sollys på en tårnmodtager i afstande op til 1, 600 meter, mens solen sporer hen over himlen. Den nye innovation rapporteret af forskerne er at anvende kunstige visuelle digitale systemer til nøjagtigt at se målet med pixelpunkts nøjagtighed via digitale kameraer integreret i hver af heliostaterne, gør det muligt at kalibrere et helt solfelt på få timer.

"Med vores visuelle kalibreringssystem, vi kan sikre sporingsnøjagtighed i hele anlæggets levetid, fordi vi kan kalibrere hver nat, " sagde Marcelino Sanchez, der leder afdelingen for solvarmeenergi i Spaniens Centro Nacional de Energías Renovables (CENER). Sanchez præsenterede innovationen på den 23. SolarPACES årlige konference i Chile i en præsentation med titlen Scalable Heliostat Calibration System.

Fra hardware til software

Alle CSP-anlæg bruger computeriserede systemer til at fortælle hver af de tusindvis af individuelle heliostater i et solfelt, hvordan de skal bevæge sig, ved hjælp af servomotorer, der præcist styrer deres bevægelse. Hver heliostat holder sin egen solrefleksion fokuseret på tårnmodtageren, når solen bevæger sig hen over himlen, og når årstiden skifter.

Imidlertid, under virkelige forhold, individuelle heliostater kan blive lidt forkert justeret, når det omgivende terræn sætter sig på grund af miljøforhold eller fjerne jordskælv. Fordi heliostater skal forblive nøjagtige på milliradianniveauet (mrad) for at levere den nøjagtige solflux, der er nødvendig, at ramme mærket uden at overophede modtageren, der er gået en del forskning i at forbedre kalibreringsnøjagtigheden.

En gennemgang i 2009 opsummerede tidligere forskning. På SolarPACES2017, forskningsfaciliteterne, der præsenterer papirer om heliostatkalibrering, inkluderet, blandt andre, PSA-CIEMAT, NREL, DLR, og Cyperns Institut. Brugen af ​​kameraer er ikke usædvanlig. For eksempel, BrightSource Energy bruger pinhole-kameraer ved modtageren for at muliggøre korrekt sigtning af heliostaterne.

"I princippet, heliostater behøver ikke rekalibrering; du kalibrerer dem under installationen, " sagde Sanchez. "Men for alle disse små fejljusteringer, der kan opstå i løbet af plantens levetid, det er en klar fordel, hvis du er i stand til at kontrollere den præcise positionering hurtigt og når det ønskes." Med denne innovative metode, det er muligt at etablere ikke kun positionen, men den præcise kinematiske model for hver heliostat under virkelige arbejdsforhold.

Reduktion af omkostningerne til solenergi

"Et mål for os var at forsøge at reducere omkostningerne ved det sporingssystem, der i dag er den dyreste del af heliostatsystemet, " Sanchez forklarede. "Så ideen her er at forsøge at reducere omkostningerne pr. kvadratmeter. Så vi flyttede omkostningerne fra hardwaren til softwaresystemet." Heliostater behøvede ikke at være så robuste og dyre.

Med natlig omkalibrering mulig gennem små, masseproduceret elektronik, heliostater kan blive billigere. Cristóbal Villasante, som leder forskning i vedvarende energi i intelligent robotteknologi og mekatroniske systemer hos IK4-Tekniker, samarbejdede med Sanchez om at udvikle systemet.

"Der er to hovedfordele ved vores system, "Villasante opsummerede." Den ene er, at vi kan kalibrere systemet på en automatisk måde, så vi kan reducere idriftsættelsestiden og anlægsomkostningerne. Og to er, at hvis du kan kalibrere meget ofte, kan du reducere kravene til langsigtet stabilitet, så du ikke har brug for så stærke systemer, som kan være meget billigere og stadig nå den samme nøjagtighed, så vi kan bruge billigere heliostater."

Udviklingen bruger en form for kunstigt syn til CSP-solfeltkalibrering. Små infrarøde lys er placeret på forskellige punkter rundt om solfeltet, og kameraet orienterer sin heliostats position i forhold til lysene. Denne procedure giver den nødvendige information til at beregne den virkelige kinematiske model for hver heliostat.

"Sensorerne i de almindelige synlige kameraer er følsomme for det nære infrarøde. Vi bruger et filter og fjerner den synlige del af spektret, " sagde Sanchez, som tilføjer, at de kan detektere positionen med en fejlrate på 0,22 mrad. En mrad er 0,057° af en grad. "At tænde og slukke lyset gør det meget nemt at identificere, i hvilken pixel vi har det."

Via kameraet, systemet kan præcist lokalisere, hvor heliostaten er rettet mod. Processen sparer computertid og ressourcer, gør identifikation af lysmål hurtig og nem. "Ved at kende positionerne af heliostatmotorerne og behandle de optagne billeder, den nøjagtige konfiguration af heliostaten, eller hvad vi kalder dens "kinematiske model" kan beregnes. Følgelig, Heliostaten omprogrammeres for at korrigere eventuelle fejl og sikre, at solen reflekteres nøjagtigt."