BRPI0902803A2

BRPI0902803A2 - autonomous heliostat

Info

Publication number: BRPI0902803A2
Application number: BRPI0902803-0A
Authority: BR
Inventors: Helmut Bastos Meschede
Original assignee: Helmut Bastos Meschede
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-04-12

Abstract

HELIOSTATO AUTONOMO Um equipamento para utilização na área de Energia Solar em Estações tipo Torre Central, Fornos Solares etc. O equipamento inclui: um espelho (1), montado sobre uma estrutura mecânica, onze sensores de posicionamento, onze sensores áticos e dois transdutores, cujas informações sensibilizam um circuito de controle. Este circuito de controle aciona dois motores elétricos, que movimentam o espelho (1) nas direções de azimute e elevação, O Heliostato trabalha sem necessidade de informação externa,funcionando apenas com informações geradas no próprio heliostato.AUTONOMOUS HELIOSTATO Equipment for use in the field of Solar Energy in Central Tower Stations, Solar Ovens, etc. The equipment includes: a mirror (1), mounted on a mechanical structure, eleven positioning sensors, eleven attic sensors and two transducers, whose information sensitizes a control circuit. This control circuit drives two electric motors, which move the mirror (1) in the directions of azimuth and elevation. The Heliostat works without the need for external information, working only with information generated in the heliostat itself.

Description

HELIOSTATO AUTÔNOMOAUTONOMOUS HELIOSTAT

CAMPO DE INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

A invenção refere-se ao campo dos heliostatosautônomos, capazes de acompanhar o movimento do Sol na suatrajetória pelo céu ao longo do dia, com a finalidade derefletir a luz do Sol para um receptor de calor, de modo apromover concentração de luz solar, para fins de produçãode energia e aquecimento.The invention relates to the field of autonomous heliostats, capable of tracking the movement of the sun on its path through the sky throughout the day, with the purpose of reflecting sunlight into a heat receptor in order to promote sunlight concentration for energy production and heating.

ESTADO DA TÉCNICATECHNICAL STATE

No estado da técnica o mercado dispõebasicamente de dois conceitos construtivos de heliostatospara produção de energia e aquecimento, quais sejam:heliostatos não autônomos (computacionais) e heliostastosautônomos. O estado da técnica proporciona ensinamentosrelativos a equipamentos para captação de luz solar parageração de energia. O PI 0303757-6 se destina em acompanharla trajetória do Sol eletronicamente, obtendo melhorluminosidade natural, conduzindo os raios solares atravésde reflexão de espelhos e fibras ótica para iluminação emlocais onde a luz não penetra. Com este sistema podemosenviar luz e calor nas área de serviço ou mesmo em umquintal de sobra, determinar o tempo para exposição dosraios Solares sobre as roupas do varão, direcionando ofeixe direto do Sol para sua secagem mais rápida. Também noacoplamento de unidades de captação de energia Solar,resultando um rendimento total nas cargas de baterias o diainteiro. Outro documento, o PI 0412267-4 se refere a umaestrutura portátil para um elemento refletor, para uso emum sistema refletor de energia solar. A estruturacompreende elemento refletor (11), uma plataforma ondulada(12) que suporta o elemento refletor e uma ossatura (13)que suporta a plataforma. A armação estrutural compreendemembros de extremidade em forma de anel (14) que sãosuportados por roletes (18) e os roletes acomodam giro daestrutura portátil ao redor do eixo de rotação o qualcoincidente substancialmente com o eixo longitudinal doelemento refletor (11). A combinação da plataforma ondulada(12), a ossatura (13) e os membros de extremidade em formade anel (14) da armação estrutural proporcionam à estruturaportátil estabilidade torsional que permite a aplicação deacionamento de giro a partir de uma extremidade daestrutura. 0 PI 0600563-2 se refere a um, coletordirecional solar que em apenas dois elementos, conjugamsuas funções em um só complexo tecnológico, em que, comsensores óticos e energia elétrica manipulam movimentos,dando-lhes direções às placas receptoras dos raios solares,porém deverá ser geométricamente construída de formasretangulares ou a critério de mercado, este invento compropósitos de direcionar as placas coletoras, acompanhandoo sol durante o dia, trará uma economia compensadora. O PI0601296-5 se refere a uma célula solar de concentração dotipo Cassegrain que inclui os espelhos primário esecundário dispostos em superfícies convexa e côncavaopostas de um elemento óptico transparente a luz (porexemplo, vidro). A luz entra em uma abertura envolvendo oespelho secundário e é refletida pelo espelho primário emdireção ao espelho secundário, o qual reflete novamente aluz sobre uma célula fotovoltaica montada em uma regiãocentral cercada pela superfície convexa. Os espelhosprimário e secundário de preferência são formados comopelículas de espelho que são depositadas ou chapeadasdiretamente sobre o elemento óptico. Um arranjo coletorsolar de concentração inclui uma chapa tipo painel ópticoincluindo vários elementos ópticos dispostos em fileiras.As células fotovoltaicas são montadas diretamente sobre opainel óptico e os espelhos primários das células coletorasindividuais incluem segmentos de película de metal que sãoacoplados pelas células fotovoltaicas para facilitar atransmissão da energia elétrica gerada. Diodos de circuitode passagem são conectados em paralelo com as célulasfotovoltaicas. Além desses, existem outros que se referem àheliostastos, como os documentos US6899096, US7207327,BR02032 04 - 0, BR 0203201-5, ES2155031, US4215410 eUS4536847. A grande maioria das aplicações que utilizaheliostatos, normalmente faz uso de heliostatos nãoautônomos, de controle centralizado em um único computador.Este computador comanda o movimento de todos os heliostatosdo campo de heliostatos (que normalmente podem chegar acentenas ou milhares em cada planta) , com base naprevisibilidade do movimento do sol. Este sistema usa umprograma de computador (software) de alta complexidade eespelhos de grande porte. Exemplos de plantas que usam asolução computacional: Usinas PSlO e PS20, instaladaspróximas à cidade de Huelva e a Planta Solar de Almeiria,todas na Espanha. As PSlO e PS20 são usinas geradoras deenergia elétrica, ligadas à rede pública de distribuição,enquanto que a de Almeiria é uma instalação de P&D.In the state of the art the market basically has two constructive concepts of heliostats for energy production and heating, namely: non-autonomous (computational) heliostats and heliostastosautonomers. The state of the art provides teachings regarding equipment for capturing sunlight for energy reduction. PI 0303757-6 is designed to track the Sun's path electronically, achieving better natural light, driving the sun's rays through reflection of mirrors and optical fibers for illumination in places where light does not penetrate. With this system we can send light and heat in the service area or even in a spare yard, determine the time for exposure of the solar rays on the clothes of the man, directing the direct sun beam for faster drying. Also in the coupling of solar energy collection units, resulting a total yield on the daytime battery charges. Another document, PI 0412267-4 relates to a portable reflector element structure for use in a solar energy reflector system. The structure comprises reflective element (11), a corrugated platform (12) supporting the reflective element and a bone (13) supporting the platform. The structural frame comprises ring-shaped end members (14) which are supported by rollers (18) and the rollers accommodate rotation of the portable structure around the axis of rotation which substantially coincides with the longitudinal axis of the reflective element (11). The combination of the corrugated platform (12), the bone (13), and the ring-shaped end members (14) of the structural frame provide the structure with its portable torsional stability that allows the application of swing operation from one end of the structure. PI 0600563-2 refers to a directional solar collector that in only two elements combines its functions into a single technological complex, where optical sensors and electrical energy manipulate movements, giving them directions to the receiving plates of the sun's rays, but should Whether geometrically constructed in rectangular shapes or at market discretion, this invention with the purpose of directing the collecting plates, accompanying the sun during the day, will bring a rewarding economy. PI0601296-5 refers to a Cassegrain concentration solar cell that includes secondary primary mirrors arranged on convex and concave surfaces opposite a light-transparent optical element (eg glass). The light enters an aperture surrounding the secondary mirror and is reflected by the primary mirror toward the secondary mirror, which again reflects light on a photovoltaic cell mounted in a central region surrounded by the convex surface. The primary and secondary mirrors are preferably formed of mirror films which are deposited or plated directly on the optical element. A collector solar array includes an optical panel plate including various optical elements arranged in rows. Photovoltaic cells are mounted directly on the optical panel and the individual collection cell mirrors include metal film segments that are coupled by the photovoltaic cells to facilitate energy transmission. generated electricity. Pass-through diodes are connected in parallel with the photovoltaic cells. In addition to these there are others that refer to heliostasts, such as US6899096, US7207327, BR02032 04 - 0, BR 0203201-5, ES2155031, US4215410 and US4536847. The vast majority of heliostat applications typically make use of non-autonomous, centrally controlled heliostats in a single computer. This computer controls the movement of all heliostats in the heliostat field (which can normally reach as many as thousands in each plant), based on predictability of sun movement. This system uses a highly complex computer program (software) and large mirrors. Examples of plants using computational solution: PS10 and PS20 plants, installed near the city of Huelva and the Solar Plant of Almeiria, all in Spain. PS10 and PS20 are power generation plants, connected to the public distribution network, while Almeiria is an R&D facility.

Os heliostatos autônomos, que são o objetodeste pedido de patente de invenção, ao contrário, têm umsistema de controle para cada Heliostato e desta formafazem uso de software de baixa complexidade e espelhos dedimensões adequadas a cada aplicação, e, portanto deimplantação e operação mais acessíveis. Exatamente, uma dascaracterísticas mais importantes desta invenção é a suagrande simplicidade, tanto do programa de computador(software) e do circuito de controle quanto da partemecânica. Isto resulta em fabricação e operação simples ede baixo custo. Por esta razão provavelmente poderá serusada nas regiões mais pobres do planeta, situadas entre ostrópicos, justamente as mais ensolaradas. Daí o seuprovável alcance social.Standalone heliostats, which are the subject of this patent application, on the contrary, have a control system for each heliostat and thus make use of low complexity software and mirrors of suitable size for each application, and thus more accessible deployment and operation. Exactly, one of the most important features of this invention is the great simplicity of both the computer program (software) and the control circuit and the mechanical part. This results in simple and low cost manufacturing and operation. For this reason it could probably be used in the poorest regions of the planet, situated among the ostric, precisely the sunniest. Hence its probable social reach.

DESCRIÇÃO DAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES

A fim de melhor descrever as características técnicasdo que foi desenvolvido são apresentados desenhosilustrativos a seguir relacionados, onde a:In order to better describe the technical characteristics of what was developed, the following illustrative drawings are presented, where:

Figura 1 - Descreve uma visão geral do Heliostato.Figure 1 - Describes an overview of the Heliostat.

Figura 2 - Descreve o detalhamento da câmara escurados Sensores Apontamento.Figure 2 - Describes the detail of the darkened Camera Pointing Sensors.

Figura 3 - Descreve o detalhe da câmara escura dosSensores de Pré-apontamento.Figure 3 - Describes the darkroom detail of the Pre-Pointing Sensors.

Figura 3A - Descreve a câmara escura dos Sensores dePré-apontamento em corte.Figure 3A - Describes the darkroom of the pre-pointing section sensors.

Figura 4 - Descreve os detalhes do estojo dos sensoresde posicionamento de levação.Figure 4 - Describes the details of the levation positioning sensor case.

Figura 4A - Descreve os detalhes do estojo dossensores de posicionamento de azimute.Figure 4A - Describes the details of the azimuth positioning sensor case.

Figura 5 - Descreve os quatro sensores de apontamentoe as imagens iluminadas das janelas, na condição deapontamento.Figure 5 - Describes the four pointing sensors and the illuminated images of the windows, in the condition of the observation.

Figura 5A - Descreve os quatro sensores de apontamentoe as imagens iluminadas das janelas numa condição dedesapontamento.Figure 5A - Describes the four pointing sensors and the illuminated images of windows in a unplugged condition.

Figura 6 - Apresenta o Diagrama de Blocos do sistema.Figure 6 - Displays the system block diagram.

OBJETIVOS DA INVENÇÃOOBJECTIVES OF THE INVENTION

Os heliostatos autônomos, objetivos desta invenção têmum sistema de controle para cada heliostato, e desta formafazem uso de software de baixa complexidade e espelhos dedimensões adequadas a cada aplicação, e, portanto deimplantação e operação mais acessíveis. Exatamente, uma dascaracterísticas mais importantes desta invenção é a suagrande simplicidade, tanto do programa de computador(software) e do circuito de controle quanto da partemecânica. Isto resulta em fabricação e operação simples ede baixo custo. Por esta razão poderá ser usada nas regiõesmais pobres do planeta, situadas entre os trópicos,justamente as mais ensolaradas. Daí o seu provável alcancesocial.The autonomous heliostats, objects of this invention have a control system for each heliostat, and thus make use of low complexity software and appropriate size mirrors for each application, and thus more accessible deployment and operation. Exactly, one of the most important features of this invention is the great simplicity of both the computer program (software) and the control circuit and the mechanical part. This results in simple and low cost manufacturing and operation. For this reason it can be used in the poorest regions of the planet, situated among the tropics, precisely the sunniest. Hence its probable social reach.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

A figura 1 descreve um Heliostato composto por umespelho (1), a coroa (2), a estrutura mecânica (3), o motorde elevação (4), o motor de azimute (5), os estojos dossensores de posicionamento (6), a câmara escura dossensores de apontamento (7), as câmaras escuras dossensores de pré-apontamento (8) e o Sensor de PresençaSolar (9) . A figura 2 descreve o detalhamento da câmaraescura dos Sensores Apontamento (7), mostrando o corpo dacâmara (10), o local de instalação dos sensores deapontamento (11) e as janelas da câmara, para as soluçõesde janela quadrada (12) e janela circular (13). A Figura 3descreve o detalhe da câmara escura dos Sensores de Pré-apontamento (8), a janela da câmara (15). A figura 3Ademonstra a câmara escura em corte (8A) para demonstrar olocal de instalação do sensor de pré-apontamento (14) . AFigura 4 descreve os detalhes dos estojos dos sensores deposicionamento (6), apresentando o estojo de elevação (6E) ,que contém Sensor de Fim de Curso Superior (16), SensorIntermediário Superior (17), Sensor Intermediário Médio(18), Sensor Intermediário Inferior (19), Sensor de Fim deCurso inferior (20); Sensor de Emergência de Elevação (21),eixo de elevação (22), hastes de acionamento de elevação(23); Na figura 4A estão descritos o estojo de azimute(6A) , que contém Sensor de Fim de Curso a Esquerda (24),Sensor de Quadrante Esquerdo (25), Sensor de Emergência deAzimute (26), Sensor de Quadrante Direito (27), e Sensor deFim de Curso a Direita (28), haste de acionamento deazimute (29) e eixo de azimute (30). A Figura 5 descreve osquatro sensores de apontamento (31) e as imagens iluminadasda janela quadrada (33) e da janela circular (34),projetadas sobre os quatro sensores de apontamento (31),dentro da câmara escura de apontamento (7), na condição deapontamento. A figura 5A descreve os quatro sensores deapontamento (31) e as imagens iluminadas da janela quadrada(36) e da janela circular (37) projetadas sobre os quatrosensores de apontamento (31), dentro da câmara escura deapontamento (7), numa condição de desapontamento. A figura6 apresenta o Diagrama de Blocos do sistema mostrando aentrada dos sensores óticos (38), a entrada dos sensores deposicionamento (39) e a entrada dos transdutores (40) .Figure 1 depicts a heliostat composed of a mirror (1), crown (2), mechanical structure (3), hoisting motor (4), azimuth motor (5), positioning sensor cases (6), the dark chamber of the pointing sensors (7), the dark chambers of the pre-pointing sensors (8) and the Solar Presence Sensor (9). Figure 2 depicts the detail of the Pointing Sensors (7) darkroom, showing the chamber body (10), the location of the pointing sensors (11) and the chamber windows for square window (12) and circular window solutions (13). Figure 3d depicts the darkroom detail of the Pre-Pointing Sensors (8), the camera window (15). Figure 3Demonstrates the darkroom in section (8A) to demonstrate the location of the pre-pointing sensor installation (14). Figure 4 describes the details of the positioning sensor cases (6), showing the lifting case (6E), which contains Upper Limit Sensor (16), Upper Intermediate Sensor (17), Mid Intermediate Sensor (18), Intermediate Sensor Bottom (19), Bottom End Sensor (20); Lift Emergency Sensor (21), lift shaft (22), lift drive rods (23); Figure 4A describes the azimuth case (6A), which contains Left Limit Sensor (24), Left Quadrant Sensor (25), Azimuth Emergency Sensor (26), Right Quadrant Sensor (27), and Right End Stroke Sensor (28), azimuth drive rod (29) and azimuth shaft (30). Figure 5 depicts the four pointing sensors (31) and the illuminated images of the square window (33) and the circular window (34) projected on the four pointing sensors (31) within the dark pointing chamber (7) on the condition of the Figure 5A depicts the four point sensors (31) and the illuminated images of the square window (36) and the circular window (37) projected on the four pointing sensors (31) within the dark point camera (7) in a condition of disappointment. Figure 6 shows the System Block Diagram showing the input of the optical sensors (38), the input of the positioning sensors (39) and the input of the transducers (40).

O heliostato é constituído de uma estrutura mecânica(3) para suporte de um espelho (1), que permite ao espelho(1) movimentos independentes nas direções de elevação eazimute, uma segunda estrutura mecânica, separada daestrutura suporte do espelho (1), provida de haste em formade arco de circunferência (2) , denominada coroa, parasuporte de sensores óticos: um sensor ótico (9), denominadoSensor de Presença Solar, destinado a detectar a presençada luz solar direta; um conjunto de seis sensores óticos,denominados Sensores de Pré-apontamento (14) ou Sensoresda Coroa, instalados em câmaras escuras (8) fixadas à CoroaThe heliostat consists of a mechanical frame (3) for supporting a mirror (1), which allows the mirror (1) to move independently in the lifting directions eazimute, a second mechanical frame, separate from the mirror support frame (1), provided of an arc-shaped rod (2), called the crown, for optical sensor support: an optical sensor (9), called Solar Presence Sensor, intended to detect the presence of direct sunlight; a set of six optical sensors, called Pre-Pointing Sensors (14) or Crown Sensors, installed in dark chambers (8) attached to the Crown

(2), destinados a detectar a luz do Sol refletida noespelho (1) para executar a função de pré-apontamento; umconjunto de quatro sensores óticos (31), instalados em umacâmara escura (7), também fixada à coroa (2), denominadosSensores de Apontamento ou Sensores Centrais, destinados adetectar a luz do Sol refletida no espelho (1), paraexecutar a função de apontamento; um conjunto de 11Sensores de Posicionamento (16, 17, 18, 19, 20, 21, 24, 25,26, 27, 28) instalados em estojos (6), destinados a definira posição do espelho (1) em relação à estrutura; doistransdutores, fixados aos eixos do espelho (1), paradeterminar os ângulos de elevação e azimute; um circuitodigital de controle, cujo Diagrama de Blocos é mostrado naFig. 6; dois drives para motor elétrico, constituídos, cadaum, de um circuito lógico e um circuito de acionamento;dois motores elétricos com transmissão mecânica (para osmovimentos de elevação e azimute); e um programa decomputador (software), instalado na memória domicroprocessador da placa principal. A estrutura suporte doespelho (1) tem o eixo de elevação fixo e é dotada derigidez e funcionalidade, de modo a proporcionar um nívelde precisão de apontamento pré-determinado, por exemplo,0,09°.(2) designed to detect sunlight reflected in the mirror (1) to perform the pre-pointing function; a set of four optical sensors (31), mounted on a darkroom (7), also attached to the crown (2), called Pointing Sensors or Center Sensors, designed to detect sunlight reflected in the mirror (1), to perform the pointing function ; a set of 11 Positioning Sensors (16, 17, 18, 19, 20, 21, 24, 25,26, 27, 28) installed in cases (6) for defining the position of the mirror (1) relative to the frame; of the transducers, fixed to the axes of the mirror (1), to determine the elevation and azimuth angles; a digital control circuit, whose Block Diagram is shown in Fig. 6; two electric motor drives, each consisting of a logic circuit and a drive circuit, two mechanical transmission electric motors (for lifting and azimuth movements); and a computer software program installed in the motherboard's home memory. The supporting structure (1) has a fixed lifting axis and is provided with rigidity and functionality to provide a predetermined level of pointing accuracy, e.g. 0.09 °.

Na presença de luz solar direta, o heliostato funcionaatravés de um processo de malha fechada (feedback), isto é,as informações geradas nos sensores, pelo movimento doespelho (1) e pela luz solar, direta ou refletida noespelho (1), são realimentadas para o circuito de controleque, de acordo com procedimentos pré-estabelecidos(contidos no software), conduz o espelho (1) de qualquerposição inicial até a condição de apontamento e, uma vezatingida esta condição, executa a manutenção desteapontamento. Na ausência de luz solar direta, o heliostatofunciona através de processo de malha aberta, utilizando asinformações angulares armazenadas em uma memória, e geradaspelo próprio funcionamento do heliostato.In the presence of direct sunlight, the heliostat works through a closed loop process (feedback), that is, the information generated by the sensors, the movement of the mirror (1) and the sunlight, either direct or reflected in the mirror (1), is fed back. For the control circuit which, according to pre-established procedures (contained in the software), drives the mirror (1) from any initial position to the pointing condition and, once this condition is reached, performs the maintenance of the point. In the absence of direct sunlight, the heliostat works through an open loop process, using the angular information stored in a memory, and generated by the heliostat's own operation.

OBS. - a estrutura apresentada é apenas uma dassoluções possíveis. Qualquer estrutura pode ser usada,desde que atenda as especificações citadas na Descrição.NOTE - The structure presented is just one possible solution. Any structure may be used as long as it meets the specifications given in the Description.

c) Funcionamentoc) Operation

Na presença de luz solar direta, detectada pelo Sensorde Presença Solar (9), o processo de apontamento doheliostato é iniciado e se realiza em 6 fases:In the presence of direct sunlight, detected by the Solar Presence Sensord (9), the heliostat pointing process is started and is carried out in 6 phases:

(1) Procedimentos Iniciais - nesta fase o espelho (1)realiza um movimento oscilatório na direção azimutal, tendocomo limites o Sensor de Fim de Curso a Esquerda (24) e oSensor de Fim de Curso a Direita (28), em cinco diferentesposições angulares de elevação, posições estas definidaspelos Sensor de Fim de Curso Superior (16), Sensorintermediário Superior (17), Sensor Intermediário Médio(18), Sensor Intermediário Inferior (19) e Sensor de FimCurso Inferior (20) . A finalidade deste procedimento éfazer com que a luz refletida no espelho (1) sensibilizealgum sensor de pré-apontamento, ou algum sensor deapontamento.(1) Initial Procedures - At this stage the mirror (1) performs an oscillatory movement in the azimuthal direction, with limits as the Limit Switch Left (24) and the Limit Switch Right (28), in five different angular positions. elevation, positions defined by Upper Limit Sensor (16), Upper Intermediate Sensor (17), Middle Intermediate Sensor (18), Lower Intermediate Sensor (19) and Lower Limit End Sensor (20). The purpose of this procedure is to make the light reflected in the mirror (1) sensitize some pre-pointing sensor, or some point sensor.

(2) Pré-apontamento - Uma vez sensibilizado algumsensor de pré-apontamento o heliostato inicia um movimentodo raio refletido no espelho (1) , na direção de elevação eno sentido da câmara escura dos sensores de apontamento(7). Se o sensor de pré-apontamento sensibilizado estiversituado na coroa (2) abaixo da câmara escura dos sensoresde apontamento (7), o movimento de elevação ocorre paracima e se o sensor de pré-apontamento sensibilizado estiversituado acima da câmara escura de apontamento (7), omovimento de elevação ocorre para baixo. Este movimentopode produzir três situações diferentes:(2) Pre-pointing - Once a pre-pointing sensor has been sensitized, the heliostat initiates a radius movement reflected in the mirror (1) in the direction of elevation towards the darkroom of the pointing sensors (7). If the sensitized pre-pointing sensor is located in the crown (2) below the dark chamber of the pointing sensors (7), the lifting movement occurs above and if the sensitized pre-pointing sensor is located above the dark pointing chamber (7) , the elevation movement occurs downward. This move can produce three different situations:

(A) o sensor de pré-apontamento inicialmente(A) the pre-pointing sensor initially

sensibilizado, dessensibiliza, o motor de elevação (4) éparado, o motor de azimute (5) é acionado para a direita, osensor de pré-apontamento volta a ser sensibilizado e omotor de azimute (5) é parado, completando o ciclo Al.Retorna-se então para a situação inicial, e o motor deelevação (4) é novamente acionado na direção da câmaraescuras dos sensores de apontamento (7), começando um novociclo Al. Estes ciclos se repetem e o raio refletido vai seaproximando da câmara escura dos sensores de apontamento(7), sensibilizando, ao longo desta trajetória, os sensoresde pré-apontamento situados na coroa (2) entre o sensorinicialmente sensibilizado e a câmara escura dos sensoresde apontamento (7), repetindo com cada um destes sensores ociclo Al, até que o raio refletido penetre pela janela dacâmara escura (15) dos sensores de apontamento (7) e, pelomenos um dos sensores de apontamento seja sensibilizado.sensitized, desensitizes, the lift motor (4) is stopped, the azimuth motor (5) is turned to the right, the pre-pointing sensor is sensitized again and the azimuth motor (5) is stopped, completing cycle Al. It then returns to the initial situation, and the elevation motor (4) is again driven towards the pointing sensors' dark chambers (7), starting a novocycle Al. These cycles repeat and the reflected radius approaches the dark chamber of the pointing sensors (7), sensitizing, along this trajectory, the pre-pointing sensors located in the crown (2) between the initially sensitized sensor and the darkroom of the pointing sensors (7), repeating with each one of these sensors the cycle Al until that the reflected ray enters the darkroom window (15) of the pointing sensors (7) and at least one of the pointing sensors is sensitized.

(B) O Sensor de Pré-apontamento inicialmentesensibilizado dessensibiliza, o motor de elevação (4) éparado e motor de azimute (5) acionado para a direita.(B) The initially sensitized Pre-Pointing Sensor desensitizes, the lift motor (4) is stopped and azimuth motor (5) driven to the right.

Neste caso o sensor de pré-apontamento inicialmentesensibilizado não volta a ser sensibilizado e o espelho (1)continua o seu movimento para a direita até encontrar oSensor de Quadrante Direito (27) ou o Sensor de Fim deCurso a Direita (28). Em ambos os casos o motor de azimute(5) é acionado para a esquerda. O sensor de pré-apontamento, inicialmente sensibilizado, volta a sersensibilizado, o motor de azimute (5) é parado e o motor deelevação (4) é acionado no sentido da câmara escura dossensores de apontamento (7), iniciando o ciclo BI. O sensorde pré-apontamento dessensibiliza, o motor de elevação (4)é parado e o motor de azimute (5) é acionado para aesquerda, o sensor de pré-apontamento é novamentesensibilizado, o motor de azimute (5) é parado e nesteponto recomeça o ciclo BI. Estes ciclos se repetem e o raiorefletido vai se aproximando da câmara escura dos sensoresde apontamento (7), sensibilizando os sensores de pré-apontamento situados na coroa (2) entre o sensorinicialmente sensibilizado e a câmara escura de pré-apontamento (8), e repetindo com cada um destes sensores, ociclo (BI), até que o raio refletido penetre pela janela dacâmara escura (15) de apontamento (7) e pelo menos um dossensores de apontamento seja sensibilizado.In this case the initially sensitized pre-pointing sensor is not sensitized again and the mirror (1) continues its movement to the right until it encounters the Right Quadrant Sensor (27) or the Right End-of-Course Sensor (28). In both cases the azimuth motor (5) is driven to the left. The pre-pointing sensor, initially sensitized, returns to being sensitized, the azimuth motor (5) is stopped and the raising motor (4) is driven towards the dark chamber of the pointing sensors (7), starting the BI cycle. The pre-pointing sensor desensitises, the lift motor (4) is stopped and the azimuth motor (5) is driven to the left, the pre-pointing sensor is again sensitized, the azimuth motor (5) is stopped and this point starts again. the BI cycle. These cycles are repeated and the reflected image approaches the darkroom of the pointing sensors (7), sensitizing the pre-pointing sensors located in the crown (2) between the initially sensitized sensor and the darkroom of the pre-pointing (8), and repeating with each of these sensors, the cycle (BI), until the reflected ray penetrates through the dark chamber window (15) of the pointing (7) and at least one pointing sensor is sensitized.

(C) 0 sensor inicialmente sensibilizado permanecenesse estado, os sensores de pré-apontamento situados nacoroa (2) entre o sensor inicialmente sensibilizado e acâmara escura de pré-apontamento (8) vão sendo tambémsucessivamente sensibilizados, até que o raio refletidopenetre pela janela da câmara escura de apontamento (7) epelo menos um dos sensores de apontamento seja sensibilizado.(C) The initially sensitized sensor remained in this state, the pre-pointing sensors located in the crown (2) between the initially sensed sensor and the dark pre-pointing chamber (8) are also successively sensitized until the reflected ray penetrates through the camera window. (7) and at least one of the pointing sensors is sensitized.

Quando pelo menos um dos sensores de apontamentoWhen at least one of the pointing sensors

estiver sensibilizado, inicia-se a terceira fase.sensitized, the third phase begins.

(3) Apontamento - nesta fase o espelho (1) executa umasérie de movimentos, que seguem os procedimentos definidosno algoritmo do processo de apontamento, até que a imagemiluminada da janela da câmara escura (15) de apontamento,projetada sobre os sensores de apontamento, situados dentrodesta câmara escura (7), sensibilize simultaneamente todosos quatro sensores de apontamento, conforme mostrado naFig. 5. Neste ponto a condição de apontamento é atingida eos motores de azimute e elevação são parados.(3) Pointing - At this stage the mirror (1) performs a series of movements, following the procedures defined in the pointing process algorithm, until the illuminated image of the pointing darkroom window (15) projected onto the pointing sensors, situated within this darkroom (7), simultaneously sensitize all four pointing sensors as shown in Fig. 5. At this point the pointing condition is met and the azimuth and elevation motors are stopped.

(4) Manutenção do Apontamento - após a parada dos motoresao ser atingida a condição de apontamento, o heliostatopermanece imóvel por um período de tempo pré-determinado,por exemplo 3 0 segundos (intervalo entre duas correções daposição do espelho (1). Durante este intervalo, o movimentodo Sol altera a direção do raio de luz refletido, causandoo desapontamento do heliostato (dessensibilização de pelomenos um dos sensores de apontamento) . Ao final dointervalo entre duas correções, é comandado um novoprocesso de apontamento, que segue os mesmos procedimentosda fase (3) Apontamento.(4) Pointing Maintenance - after stopping the engines when the pointing condition is reached, the heliostat remains immobile for a predetermined period of time, for example 30 seconds (interval between two mirror deposition corrections (1). At this interval, the Sun movement changes the direction of the reflected light ray, causing heliostat disappointment (desensitization of at least one of the pointing sensors.) At the end of the interval between two corrections, a new pointing process is commanded, which follows the same procedures of the phase ( 3) Pointing.

(5) Memória - na ausência de luz solar direta (detectadapelo Sensor de Presença Solar (9), o sistema funciona tendocomo referência os últimos valores dos ângulos de elevaçãoe azimute do espelho (1) , medidos após cada apontamento(ângulos mantidos durante os intervalos entre duascorreções), que são armazenados na memória do sistema,associados a cada momento de correção previamenteestabelecidos, por exemplo cada momento HH:MO:00, HH:MO:30,HH:Ml:00, HH:M1:30, ... do clock de tempo real. Nestasituação, cada vez que o clock de tempo real passar por umdestes momentos o heliostato é reapontado.(5) Memory - In the absence of direct sunlight (detected by the Solar Presence Sensor (9), the system works by reference to the last elevation and azimuth values of the mirror (1), measured after each pointing (angles maintained during the intervals). between two corrections), which are stored in system memory, associated with each previously established correction moment, for example each moment HH: MO: 00, HH: MO: 30, HH: M1: 00, HH: M1: 30, .. Real Time Clock In this situation, each time the real time clock goes through one of these moments the heliostat is reset.

(6) Emergência - Em situações de ventos com velocidadesacima de um valor pré-determinado, por exemplo, 80 km/h,medido por um anemômetro (Sensor de Emergência), o espelho(1) é disposto na posição horizontal utilizando-se o Sensorde Emergência de Azimute (26) e o Sensor de Emergência deElevação (21).(6) Emergency - In wind situations with speeds above a predetermined value, eg 80 km / h, measured by an anemometer (Emergency Sensor), the mirror (1) is arranged in a horizontal position using the Azimuth Emergency Sensor (26) and Elevation Emergency Sensor (21).

Existem diversos roteiros para realizar osprocedimentos descritos nas seis fases acima, dentro daconcepção do Heliostato. Para desenvolver o softwareutilizado, foi escolhido um destes roteiros, mas qualqueroutro roteiro pode ser indistintamente usado.There are several roadmaps to perform the procedures described in the six phases above, within the Heliostat design. To develop the software used, one of these scripts was chosen, but any other script can be used interchangeably.

Considerando que a direção do apontamento (linha retavirtual que interliga o centro do espelho (1) ao ponto doreceptor de calor a ser aquecido) , coincide com o eixo docorpo cilíndrico (10) da câmara escura de apontamento (7),o posicionamento e a configuração do heliostato, ao serinstalado no campo de heliostatos, podem ser determinadoscom excelente precisão, associando-se um canhão a laser aocorpo cilíndrico (10) da câmara escura (7), de modo que adireção do raio laser fique paralelo ao eixo do corpocilíndrico. Também a execução desta instalação poderá serfeira com muita facilidade e rapidez.Considering that the direction of the pointing (rectavirtual line that connects the center of the mirror (1) to the heat receiving point to be heated) coincides with the cylindrical body axis (10) of the dark pointing chamber (7), the positioning and the The heliostat configuration, when installed in the heliostat field, can be determined with excellent precision by associating a laser gun with the cylindrical body (10) of the darkroom (7), so that the laser beam is parallel to the axis of the body cylindrical. Also the execution of this installation can be saw very easily and quickly.

Existem procedimentos diversos para levar o heliostatode uma posição inicial qualquer, até a condição deapontamento. A descrição contempla apenas um destesprocedimentos, já que apresentar todas as alternativasseria desnecessário e contraproducente. Desta formasubentende-se que, dentro da configuração do heliostato,qualquer outro procedimento possível de efetuar oalinhamento pode ser usado, sem que isto, entretanto, sejaconsiderado como inovação.There are several procedures for bringing the heliostat from any starting position to the condition of the mounting. The description contemplates only one of these procedures, as presenting all the alternatives would be unnecessary and counterproductive. Thus, it is understood that, within the heliostat configuration, any other possible alignment procedure can be used, but this is not considered as an innovation.

Cabe ressaltar que o funcionamento do Heliostato destaIt is noteworthy that the functioning of the Heliostat of this

invenção funciona baseando-se nas informações geradas porele mesmo, independendo de fatores externos, como porexemplo, o Norte Geográfico, as coordenadas geográficas dolocal de instalação, a hora do dia e o dia do ano.The invention works based on the information generated by it, regardless of external factors such as the Geographic North, the geographic location coordinates of the installation, the time of day and the day of the year.

A presente invenção será descrita em termos de suamodalidade preferida, entretanto, outras variações emodificações se tornarão aparentes a partir da descrição aseguir. Tais variações e modificações estão compreendidasno escopo da presente invenção.The present invention will be described in terms of its preferred mode, however, other variations in modifications will become apparent from the following description. Such variations and modifications are within the scope of the present invention.

Legenda:Subtitle:

* ANEMÔMETRO** ÂNGULO DE ELEVAÇÃO*** ÂNGULO DE AZIMUTE* ANEMOMETER ** LIFT ANGLE *** AZIMUTE ANGLE

Claims

1. - Autonomous heliostat intended to reflect the solar light towards a target object, equipped with a mechanical structure, a mirror (1) with eazimuth lifting movements, a set of positioning sensors, a set of optical sensors, dark chambers for sensor installation optical sensors, positioning sensor cases (6), two transducers, an electronic control circuit, an electro-electronic operating circuit, a mechanical drive system, two electric motors and a computer program (software), characterized by the fact that it comprises four sensors ( 31) cross-shaped and installed within a dark cylindrical chamber (7) with a square or circular window (12,13) located on one of the cylinder bases to allow the reflected solar ray into the mirror (1) to enter focus on all said four optical sensors installed on the other base of the cylinder to perform the Heliostat Pointing phase.

Heliostat according to claim 1, characterized in that it comprises eleven positioning sensors installed in cases (6) and driven by rods attached to the elevation and azimuth axes of the mirror (1), to perform the process Initial Procedures phase. heliostat pointing and assist in the other phases of this process.

Heliostat according to Claim 1, characterized in that it comprises six optical sensors (14) installed in dark conical chambers (8) provided with windows (15), fixed to a circle-shaped rod (2); to perform the procedures of the pre-pointing heliostat phase.

Heliostat according to Claim 1, characterized in that it comprises an optical sensor (9) for detecting the presence of direct sunlight.

Heliostat according to Claim 1, characterized in that it comprises two transducers for measuring the angular positions of the mirror (1).

Heliostat according to Claim 1, characterized in that it comprises the use of data captured from the heliostat's own operation and stored in a memory to maintain the heliostat's operation in the absence of direct sunlight.

Heliostat according to claim 1, characterized in that it comprises closed loop process operation in the presence of direct sunlight and open loop process in the absence of direct sunlight.

Heliostat according to Claim 1, characterized in that the positioning and configuration of the heliostat in the heliostat field is carried out with the aid of a laser beam.

Heliostat according to claim 1, characterized in that its operation is performed on the basis of information generated by itself, without the need for external information.