CN103309359A - 用于操作太阳能塔系统的方法和系统 - Google Patents

Abstract

实施例涉及响应于所检测和/或预测的日射条件变化而控制和操作太阳能系统的方法和系统。通过将成像设备的成像孔放置为接收机的外表面的一部分，可以快速地确定每个定日镜的定向。一种控制太阳能系统的方法可以包括（i）使用至少一个相机，从通过接近于、邻近于或至少部分地在第一接收机的捕捉区域内定位的成像孔的光对场进行成像，以获取指示落在场上的日射水平的分布的变化的至少一个图像，（ii）响应于所述至少一个图像，使用图像处理器计算定日镜场内的定日镜的特性，以及（iii）响应于所述特性，改变所述场中的一个或多个定日镜的瞄准方向。

Description

用于操作太阳能塔系统的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年3月14日提交的美国临时申请号61/610,845的权益，其被整体地通过引用结合到本文中。

技术领域

本公开一般地涉及太阳能系统，并且更特别地涉及用于操作和控制基于塔的太阳能系统的方法和系统。

发明内容

某些实施例涉及促进太阳辐射到热能和电能的转换的方法。

在某些实施例中，控制太阳能系统的方法包括将来自定日镜场中的多个定日镜中的每一个的日射反射到被配置成接收反射通量的接收机。在太阳能系统的操作期间，可以控制每个定日镜以横过成像设备阵列，所述成像设备的成像孔位于接收机的捕捉区域内。

本公开的实施例涉及用于响应于所检测和/或预测的日射条件的变化而操作太阳蒸汽系统的技术和设备。本文公开的技术可以应用于由于任何因素或因素的组合而引起的日射减少的检测或预测。可能引起永久性或临时的日射减少的因素包括但不限于云覆盖、增加的灰尘存在、功能失常的定日镜和日食。

通过在接收机的捕捉区域内放置成像设备或更具体地成像设备的成像孔（即作为接收机的外部表面的一部分），可以快速地确定每个定日镜的定向。确定每个定日镜的定向能够保证快速地调整和/或重新定向定日镜。快速地调整定日镜允许接收机在更大部分时间内具有较高浓度的日射。

在某些实施例中，接收机被配置成接收从位于定日镜场内的定日镜反射的日射。可以将成像设备定位成使得图像设备的成像孔位于接收机的捕捉区域内。例如，成像设备可以是针孔相机或相机暗盒。可以将成像孔光学连接至相机。可以将成像设备配置成获取包含多个像素的图像。每个像素的亮度可以取决于从定日镜反射到接收机的光的量。

由于成像设备位于高日射通量区内，因此可以设计成像设备以便耐受与高能通量相关联的高温。成像设备可以包括被配置成冷却相机的冷却系统。

此类成像设备的使用可以帮助快速地确定定日镜场中的任何定日镜是否不在将光反射到接收机上或者定日镜是否不在将预期量的日光反射到接收机上。这可以由图像的特定部分的亮度确定，其中图像中的定日镜场内的定日镜的至少子集是图像的至少一部分。该方法还可以包括发送信号以基于所获取图像来改变一个或多个定日镜的瞄准点。

通过获取指示变化的日射水平在定日镜场内的定日镜的至少子集上的分布的变化的至少一个图像，可以计算哪些定日镜被遮蔽和哪些无遮蔽。日射水平的分布的变化可以导致跨接收机的瞄准点的通量分布的变化。日射水平的变化可以是灰尘、定日镜毁坏、被结构遮蔽、被云遮蔽和被植物群或动物群遮蔽的结果。

由于被遮蔽定日镜的检测，可以改变无遮蔽定日镜中的一个或多个的瞄准方向以便补偿接收机上的通量分布的变化。

本公开的实施例涉及确定入射在接收机的外部表面上的太阳能通量的量的方法。在太阳能系统的操作期间，可以控制每个定日镜以跟踪太阳的表观移动以将日射反射到接收机的外表面。其成像孔在接收机的捕捉区域内的成像设备阵列被配置成捕捉入射在接收机的外表面上的光的图像。基于所获取的图像或图像组，可以计算接收机上的总能量通量水平。基于所计算总能量通量，可以指引多个定日镜中的每一个以将日射反射到接收机的外表面上的瞄准点上。该瞄准点可以与在总通量的确定之前的那些相同或者可以不同。

在某些实施例中，控制太阳能系统的方法包括获取定日镜场内的定日镜子集上的阴影的至少一个图像。用来获取至少一个图像的至少一个成像设备可以具有位于接收机的捕捉区域内的成像孔。基于所获取图像，可以修改或改变太阳能系统的工作参数。工作参数可以包括但不限于改变外部能量转换设备的温度、改变涡轮机工作参数以及改变一个或多个定日镜的瞄准方向。

某些实施例涉及控制太阳能系统的方法。该系统可以包括基于塔的接收机和被控制以朝着接收机的捕捉区域指引日射的定日镜场，定日镜的子集被控制将日射指引到捕捉区域内的各瞄准点处。该方法可以包括（i）使用至少一个相机，从通过接近于、邻近于或至少部分地在接收机的捕捉区域内定位的成像孔的光对场进行成像，以获取指示落在场上的日射水平的分布的变化的至少一个图像，（ii）响应于所述至少一个图像，使用图像处理器计算定日镜场内的定日镜的特性，（iii）响应于所述特性，改变所述场中的一个或多个定日镜的瞄准方向。

计算步骤可以包括识别被遮蔽定日镜和无遮蔽定日镜。计算步骤可以包括确定所述至少一个图像中的落在每个定日镜上的日射水平的变化的量值。在某些实施例中，所述计算可以有效地确定由于灰尘、定日镜毁坏、被结构遮蔽、被云遮蔽和被植物群或动物群遮蔽而引起的落在定日镜上的日射水平的变化。

改变定日镜的瞄准方法可以导致跨第一接收机的捕捉区域的通量分布的变化。改变定日镜的瞄准方向可以包括响应于定日镜的所述特性来计算通量分布的变化的特性。计算定日镜的特性可以包括计算定日镜场内的被遮蔽定日镜的特性。

成像孔可以至少部分地位于接收机的捕捉区域内。替换地，成像孔在第一接收机的捕捉区域内。可以使用连接到所述至少一个相机以向热传递流体传递热量的热交换器来冷却相机。相机可以具有热交换器和被配置成跨热交换器的热传递表面移动热传递流体的泵或风扇，热交换器被配置成从而冷却相机。在某些实施例中，可以通过跨从相机传导热量的热传递表面传送热传递流体而主动冷却相机。可以使用热电冷却系统将相机主动冷却。

定日镜的瞄准方向的改变可以包括计算保持至少一个定日镜的各瞄准方向的结果和特性。通过所述改变而改变的瞄准方向可以阻断所述捕捉区域，或者替换地其可以阻断第二接收机的捕捉区域。在另一实施例中，所述改变包括从相应的多个瞄准点瞄准一个或多个定日镜中的至少一个，因此其不再阻断接收机的捕捉区域。响应于所计算特性，可以计算接收机的外表面上的总能量通量。基于所计算总能量通量，可以指引定日镜以至少部分地基于所计算总能量通量将太阳辐射反射到第一接收机的外表面上的瞄准点上。在太阳能系统的操作中，可以连续地计算总能量通量。

某些实施例涉及控制太阳能系统的方法。该方法可以包括在某些时间将日光从多个定日镜中的每一个反射到安装在塔上的能量转换靶，并且在其他时间控制每个定日镜，使得由定日镜反射的光束横穿位于由靶限定的区域内的成像设备阵列。该方法还可以包括获取每个定日镜的多个图像。可以至少部分地基于所获取图像来估计每个定日镜的至少一个几何参数。该估计还可以基于每个定日镜的标称几何参数。至少部分地基于估计几何参数，可以使定日镜定向以将日光反射到接收机上的靶。可以至少部分地基于如在所获取图像中看到的由定日镜反射的光的光强来确定接收机的外表面上的每个定日镜的太阳通量分布。

在某些实施例中，可以至少部分地基于每个定日镜的所确定太阳通量分布来确定所反射射束形状。至少部分地基于太阳通量分布的确定，可以指引定日镜以将入射太阳辐射反射到接收机的外表面上的瞄准点上。

某些实施例涉及控制太阳能系统的方法，该系统具有安装在塔上的接收机和被布置成朝着接收机的捕捉孔指引日射的定日镜场。该方法可以包括（i）从通过邻近于或完全或部分地在捕捉区域内定位的成像孔接收的光、从被从与定日镜场内的定日镜的至少子集的位置重合的区域反射的日射生成至少一个图像，其包含定日镜的所述至少子集，所述至少一个图像指示日射水平的分布的变化，导致落在定日镜的至少子集上的跨捕捉孔的通量分布的变化，（ii）响应于所述至少一个图像，使用被连接以控制定日镜场内的定日镜的至少子集的位置的至少一个可编程控制器，计算定日镜场内的定日镜的特性，以及（iii）响应于至少所述计算的结果，使用所述一个可编程控制器，改变一个或多个定日镜的瞄准方向以响应于存储在所述至少一个可编程控制器中的数据来实现目标通量分布。

在某些实施例中，定日镜的瞄准方向的改变可以包括计算通量分布的变化的特性并另外对所述计算的结果进行响应。该计算可以包括识别被遮蔽定日镜和无遮蔽定日镜。该计算可以有效地确定由于灰尘、定日镜毁坏、被结构遮蔽、被云遮蔽和被植物群或动物群遮蔽而引起的落在定日镜上的日射水平的变化。

某些实施例涉及计算机可读介质，其具有记录在其上面的用于执行上述方法的指令。某些实施例涉及被编程为执行上述方法的控制器。

某些实施例涉及具有基于塔的第一接收机和由控制器控制以朝着接收机的捕捉区域指引日射的定日镜场的系统，还可以将该控制器配置成实现上述方法。

当结合附图来考虑时，根据以下描述，本公开的实施例的目的和优点将变得显而易见。

附图说明

下面将参考附图来描述实施例，附图不一定按比例描绘。在适用的情况下，可能未示出某些特征以帮助底层特征的图示和描述。遍及各图，相同的参考标号表示相同的元件。

图1示出了根据公开主题的一个或多个实施例的太阳能塔系统。

图2示出了图示出根据公开主题的一个或多个实施例的单独定日镜的太阳能塔系统。

图3示出了根据公开主题的一个或多个实施例的具有辅助反射器的另一太阳能塔系统。

图4示出了根据公开主题的一个或多个实施例的包括多个塔的太阳能塔系统。

图5示出了根据公开主题的一个或多个实施例的在单个塔中包括多个接收机的太阳能塔系统。

图6是根据公开主题的一个或多个实施例的定日镜控制系统的示意图。

图7A示出了根据公开主题的一个或多个实施例的包括成像设备的太阳能塔系统。

图7B示出了根据公开主题的一个或多个实施例的用于云补偿的成像设备的太阳能塔系统。

图8是根据公开主题的一个或多个实施例的成像设备的示意图。

图9是根据公开主题的一个或多个实施例的用于操作太阳能系统以解决遮蔽的流程图。

图10A是根据公开主题的一个或多个实施例的太阳能系统的接收机和定日镜场的一部分的鸟瞰图。

图10B-图10C是根据公开主题的一个或多个实施例的定日镜场的不同部分被一个或多个云遮蔽的图10A的图。

图11示出了根据公开主题的一个或多个实施例的由不同厚度的云产生的阴影。

图12图示出根据公开主题的一个或多个实施例的定日镜偏移。

图13A-图13E、14A-图14B和15A-图15B是根据公开主题的一个或多个实施例的成像设备阵列的各种示例的示意性立视图，该成像设备的成像孔在接收机的捕捉区域内。

图16A-图16B是根据公开主题的一个或多个实施例的太阳能系统中的定日镜操作的操作步骤的流程图。

图17是根据公开主题的一个或多个实施例的成像设备阵列的示意性立视图，该成像设备的成像孔在接收机的捕捉区域内，图示出用于基本上同时地对多个定日镜进行校准的方法。

具体实施方式

本公开的实施例一般地涉及包括至少一个太阳能场、例如用于使日射朝着太阳能靶改向的一个或多个设备的太阳能系统。可以将太阳能靶配置成将日射转换成另一形式的能量，例如电（例如，通过使用光伏电池）、热能（例如，通过使用太阳能热系统）或生物燃料。所述一个或多个太阳能场可以具有不同的几何结构。例如，多个定日镜可以跟踪太阳以将入射日光反射到例如在太阳能塔顶部处或附近太阳能靶上。

在图1-图5中示出了太阳能塔系统的实施例。在实施例中，入射太阳辐射可以被太阳能塔系统用来产生太阳能蒸汽和/或用于将熔盐加热。在图1中，太阳能塔系统可以包括太阳能塔50，其从定日镜（在图2中图示出单独定日镜70）的太阳能场60接收反射的聚焦日射10。安装在太阳能塔50中或上的是太阳能接收机系统500，其可以包括一个或多个单独接收机。可以将太阳能接收机构造成使用从定日镜接收到的日射将水和/或蒸汽和/或超临界蒸汽和/或另一类型的传热流体加热。例如，太阳能塔50可以具有至少25米、至少50米、至少75米、至少150米或者甚至更高的高度。

参考图2，示出了两个单独定日镜70。定日镜70可以指向太阳能接收机系统500，例如，系统500的一个或多个接收机的太阳能接收表面。线700表示用于被定日镜70反射到太阳能接收机系统上的日光束的光学路径。定日镜70可以调整其定向以随着太阳跨天空移动而跟踪太阳，从而持续将日光反射到与太阳能接收机系统500相关联的一个或多个瞄准点上。可以至少部分地由定日镜控制器（未示出）来提供此跟踪能力以便控制定日镜70的一个或多个定向参数。

可以将太阳能接收系统500布置在塔50的顶部处或附近，如图1-图2中所示。在另一实施例中，可以将辅助反射器40布置在塔50的顶部处或附近，如图3中所示。辅助反射器40可以从定日镜场60接收日射并使日射（例如通过反射）朝着太阳能接收机系统500改向。可以将太阳能接收机系统500布置在定日镜场60内、定日镜场60外、在地平面处或附近、另一塔50的顶部处或附近、反射器40上面或下面或在别处。

可以提供不止一个太阳能塔50，每个在其上面具有各自的太阳能接收系统，例如太阳能蒸汽系统。不同的太阳能接收系统可以具有不同的功能。例如，太阳能接收系统中的一个可以使用反射的太阳辐射将水加热以产生蒸汽，而太阳能接收系统中的另一个可以用于使用反射的太阳辐射使蒸汽过热。多个太阳能塔50可以共享公共定日镜场60或具有各自单独的定日镜场。可以将定日镜中的某些构造和布置成从而替换地将日射指引到不同塔中的太阳能接收系统处。另外，可以将定日镜配置成指引日射远离任何塔，例如在倾倒（dumping）条件期间。

例如，在图4的实施例中，提供了两个太阳能塔50A、50B，每个具有各自的太阳能接收系统。第一塔50A具有第一太阳能接收系统500A，而第二塔50B具有第二太阳能接收系统500B。太阳能塔50A、50B可以从公共定日镜场60A接收反射的太阳辐射。太阳能塔50A、50B还可以从分离的定日镜场60B接收反射的太阳辐射。在任何给定时间，可以使定日镜场60A内的定日镜指向太阳能塔50A、50B中的任何一个的太阳能接收机。虽然在图4中仅示出了具有各自太阳能接收系统的两个太阳能塔，但可以使用任何数目的太阳能塔和太阳能接收系统。

可以在太阳能塔上提供不止一个太阳能接收机。组合形式的多个太阳能接收机可以形成太阳能接收系统的一部分。不同的太阳能接收机可以具有不同的功能。例如，太阳能接收机中的一个可以使用反射的太阳辐射将水加热以产生蒸汽，而太阳能接收机中的另一个可以用于使用反射的太阳辐射使蒸汽过热。替换地，一个或多个接收机可以将熔盐或金属加热。可以在同一塔上的不同高度处或在同一塔上的不同位置处（例如，不同面，诸如北面、西面等）布置多个太阳能接收机。可以将场60中的定日镜中的某些构造和布置成从而替换地将日射指引到不同的太阳能接收系统处。

例如，在图5的实施例中，在单个塔50上提供两个太阳能接收机。太阳能接收系统500包括第一太阳能接收机810和第二太阳能接收机820。在任何给定时间，定日镜70可以瞄准两个太阳能接收机中的任一个或者不瞄准任何接收机。定日镜的子集可以瞄准一个接收机，而另一子集瞄准其他接收机。在某个使用方案中，可以调整定日镜70的瞄准从而将投射在塔50处的反射射束的质心从太阳能接收机中的一个（例如，810）移动至太阳能接收机中的另一个（例如，820）。虽然在图5中仅示出了两个太阳能接收机和单个塔，但可以使用任何数目的太阳能塔和太阳能接收机。

可以通过中央定日镜场控制系统91来控制场60中的定日镜70，例如，如图6中所示。例如，中央定日镜场控制系统91可以通过数据通信网络与各个定日镜的控制器分级地通信。图6图示出包括三级控制分级的分级控制系统91，虽然在其他实施方式中可以存在更多或更少级的分级，并且在仍其他实施方式中，整个数据通信网络可以没有分级，例如，在使用对等通信协议的分布式处理设置中。

在图中的控制分级的最下级处（即，由定日镜控制器提供的级），提供了可编程定日镜控制系统（HCS）65，其例如当定日镜（未示出）跟踪太阳的移动时控制定日镜的双轴（方位和高度）移动。在控制分级结构的较高级处，提供了定日镜阵列控制系统（HACS）92、93，其中的每一个通过与可编程定日镜控制系统65通信来控制定日镜场96、97中的定日镜的操作，所述可编程定日镜控制系统65通过采用诸如CAN、Devicenet、以太网等的网络操作系统的多点数据网络94与那些定日镜相关联。在控制分级结构的再更高级处，提供了主控制系统（MCS）95，其通过经由网络94与定日镜阵列控制系统92、93通信来间接地控制定日镜场96、97中的定日镜的操作。主控制系统95还通过经由网络94到接收机控制系统（RCS）99的通信来控制太阳能接收机（未示出）的操作。

在图6中，在定日镜场96中提供的那部分网络94可以基于铜线或光线连接，并且在定日镜场96中提供的每个可编程定日镜控制系统65可以装配有有线通信适配器，如主控制系统95、定日镜阵列控制系统92和有线网络控制总线路由器100一样，其被可选地部署在网络94中以更高效地处理到定日镜场96中的可编程定日镜控制系统95及其之间通信业务。另外，在定日镜场97中提供的可编程定日镜控制系统65借助于无线通信通过网络94与定日镜阵列控制系统93通信。为此，定日镜场97中的每个可编程定日镜控制系统65装配有无线通信适配器102、如无线网络适配器101一样，其被可选地部署在网络94中以更高效地处理到定日镜场97中的可编程定日镜控制系统65及其之间的网络业务。另外，主控制系统95可选地装配有无线通信适配器（未示出）。

如图7A中所示，成像系统可以包括布置在接收机500后面的一个或多个成像设备198，使得其成像孔接近于、邻近于或至少部分地在接收机500的捕捉区域内定位。可以将捕捉区域定义为定日镜将日光反射到接收机上的区域。捕捉区域可以由太阳能系统的操作需要和因此的每分钟、每小时、每天或基于任何其他时间的变化确定。在某些实施例中，可以将图像设备放置成使得图像设备的成像孔位于相邻接收机面板之间。根据实施例，成像设备是针孔相机或相机暗盒。

如图7A中所示，可以使场内的定日镜70瞄准以将日射朝着接收机、即安装在塔50上的太阳能接收系统500的捕捉区域反射，以将水、熔盐或任何其他材料加热。

如上所述，可以将接收机的捕捉区域定义为定日镜在将日射反射到其上的接收机的区域。捕捉区域不一定是接收机上的有限点或区域，而是可以根据系统的操作需要而变。在某些实施例中，成像设备的成像孔位于接收机的捕捉区域内。在其他实施例中，成像孔至少部分地位于接收机的捕捉区域内。

太阳能系统还可以包括控制器或计算机以从一个或多个相机198接收图像数据，其随后可以用来计算单独定日镜的特性。还可以将控制器配置成改变定日镜中的一个或多个的瞄准方向。

在操作中，来自太阳300的日光束310、320、330可以撞击定日镜反光镜70的反射表面。定日镜然后可以将射束311、321、331朝着接收机500反射。除从场中的其他定日镜反射的射束之外，反射射线311、321、331可以将接收机500加热至在400℃和800℃之间的温度。

由于在场中一般存在多个定日镜，所以能够检测定日镜在物理上移动的时间或者添加或从场去除特定定日镜的时间可能是有利的。因此，在一个实施例中，可以将明显不同于原始校准图像的任何图像与原始校准图像相比较，从而确定在定日镜场中是否存在任何变化。该系统可以自动地检测场中的所有定日镜的定向并根据需要改变定日镜的瞄准点。

在控制器已向场中的每个定日镜分配图像的一部分之后，可以改变每个定日镜的瞄准方向以便使被指引到接收机500处的通量的量最大化。为此，控制器可以尝试使由相机198所见的来自每个定日镜的日光最大化。如果分配给特定定日镜的图像的一部分不包括亮点或者包括不如预期那样亮的点，则控制器可以确定定日镜被以某种方式遮蔽（例如，被图7B中的云192）或未被准确地定向/定位。

在接收机500的外表面上的温度热时（即在400℃和800℃之间），可能需要针对热量保护成像设备600。如图8中所示，包括成像孔610（即，孔模块）的成像设备600的第一末端可以包括高性能合金，诸如

如本申请中的其他图一样，图8的实施例不一定按比例描绘。

成像孔610的尺寸应小到足以允许仅少量的光通过成像孔610，从而提供清晰图像。然而，如果成像孔的尺寸过小，则图像的分辨率恶化。这是由进入孔的光的波长所表征的衍射图案（例如，爱里斑）引起的。因此应使成像孔的尺寸最优化以将图像的锐度以及图像的衍射考虑在内。在某些示例中，成像孔具有0.9mm的直径。成像设备600还可以包括半透明屏幕620，使得通过成像孔610的光被作为图像投射在与孔相对的屏幕一侧（即，半透明屏幕620的正面）。根据某些实施例，屏幕可以由能够耐受约80℃和100℃的温度的玻璃、片材和/或薄陶瓷制成。可以使从成像孔至半透明屏幕的距离（即，成像设备的“f”）最优化，以便获得用于远离塔（即，距离塔1km远、距离塔3km远或更远）的定日镜的良好空间分辨率。在某些示例中，成像孔与屏幕之间的距离在50cm和1m之间。

在成像设备600前面的滤波器可以只允许处于特定波长的光进入成像设备并增强所获取图像的分辨率。在某些示例中，将滤波器配置成使得允许处于400nm的波长的光进入设备。当然，根据一个或多个预期实施例，还可以允许其他波长范围或波段。

成像设备600可以可选地包括可以用来在射束进入相机之前根据需要对日光进行扩张、收缩或调节。

成像设备600还可以包括相机630，诸如获取投射在半透明屏幕620上的图像的数字式相机。根据某些实施例，接近于相机的区域的温度可以小于约50℃。

在一个实施例中，可以使用冷却系统650来冷却和保护成像设备。例如，冷却系统可以包括连接到成像设备以便通过向热传递流体传递热量来将成像设备冷却的热交换器。冷却系统还可以包括被配置成使热传递流体跨热交换器的热传递表面移动的泵或风扇。在另一实施例中，可以通过通过跨从成像设备传导热量的热传递表面传送热传递流体来主动地冷却成像设备而将成像设备冷却。在实施例中，冷却系统可以是热电冷却系统。

在操作中，从定日镜70反射的日光可以穿过成像孔610。日光可以进一步穿过滤波器和可选地任何光学装置。最后，然后可以使日光投射到半透明屏幕620上，然后可以用数字式相机640来获取其图像。获取的图像可以包括像素，其亮度可以取决于从定日镜反射的光的量。

当云在太阳与定日镜之间通过时，日射可能被临时中断。结果，反射到太阳能接收机上的日射可以不同于理想或预期通量分布。这可以导致可能损坏接收机的温度或通量的局部变化。此外，通量的变化可以导致小于理想的工作条件，例如产生蒸汽的减少或使蒸汽温度过热。

定日镜特性的计算可以包括识别被遮蔽或无遮蔽定日镜。另外或替换地，计算可以包括确定落在每个定日镜上的日射水平的量值变化。

在某些实施例中，定日镜可能不具有将日射反射到接收机的能力。日射水平的变化可以是灰尘、定日镜毁坏、被结构遮蔽、被云遮蔽和被植物群或动物群遮蔽等中的一个或多个的结果。

根据公开主题的一个或多个实施例，可以使用表示相对于定日镜场的云影的图像来调整太阳能系统的操作。例如，可以获得定日镜场和由云产生的阴影的图像。可以分析该图像以确定遮蔽参数。基于遮蔽参数，可以改变或保持太阳能系统的工作参数。例如，工作参数可以包括用于定日镜场中的无遮蔽定日镜中的一个或多个的瞄准方向。在确定遮蔽参数时可以使用除云影的位置之外的云特性。可以在确定是否和/或如何改变太阳能系统的工作参数中使用此类特性。针对某些云特性，可以确定保持太阳能系统的当前操作而不管云。技术人员被指引到例如美国公开号2011/0220091，其被整体地通过引用结合到本文中。

如图7B中所示，成像系统198被布置成从而获取指示定日镜场70上（或其附近）的云覆盖192的基本上局部图像。为了获得此类图像，可以将成像设备198布置成对定日镜场的至少一部分进行成像，从而获得云192的投射的阴影的图像。

所获取图像可以用来确定定日镜场的遮蔽参数。另外，可以将成像设备198配置成在不同的时间提供至少一个图像，例如以提供定时（time-lapse）成像。例如，可以由处理器（未示出）来分析一个或多个成像设备198的图像以确定遮蔽参数。

转到图9，示出了图示出用于太阳能系统的操作方法的实施例的流程图。在S100处，使用其成像孔位于接收机上的捕捉区域内的一个或多个成像设备198来获取指示相对于定日镜场的云覆盖的一个或多个图像。例如，可以使成像设备198中的一个或多个瞄准定日镜场的各部分或围绕定日镜场的地面的各部分以便提供云影的图像。

在S105处，可以例如由处理器来分析所获取的至少一个图像以确定用于定日镜场的遮蔽参数。遮蔽参数的示例包括但不限于：（i）基本上被云遮蔽或基本上无云遮蔽的定日镜场中的定日镜的子集，（ii）覆盖定日镜场的一小部分的一个或多个阴影的尺寸，以及（iii）定日镜场内的一个或多个不同位置处的相对遮蔽强度。另外，除实时云影位置之外或作为其替代，遮蔽参数可以确定云影位置的预测。

可以分析所获取图像以确定用于执行S110的有用信息。例如，可以计算云导致阴影位置的当前或预测位置。如图11中所示，可以根据所获取图像来估计云垂直厚度。可以使用成像设备校准数据和/或具有不同云视角的来自多个成像设备的图像的分析来估计云厚度。

再次参考图9，在S110处，可以根据遮蔽参数来操作太阳能系统。可以基于遮蔽参数来调节的工作参数可以包括但不限于：（i）基于塔的太阳能蒸汽系统的工作参数，（ii）基于塔的熔盐系统的工作参数，（iii）生物燃料生成系统的工作参数，（iv）定日镜场（例如，定日镜瞄准靶）的工作参数，以及（v）能量设备的另一部分（例如，蒸汽生成或熔盐设备）的工作参数。

在实施例中，S110的调节可以包括基于所确定遮蔽参数来调整定日镜瞄准。参考图10A，示出了接收机和定日镜场的一部分的鸟瞰图。为了方便起见仅图示出八个定日镜70a-70h；然而，定日镜场的实际实施例可以包括布置的更多的定日镜。在图10A的实施例中，定日镜70a、70b、70c和70d被布置在定日镜场的西侧部分中且被配置成将太阳辐射反射到太阳能接收系统500的西侧面上。在图10A的实施例中，定日镜70e、70f、70g和70h被布置在定日镜场的北侧部分中且被配置成将太阳辐射反射到太阳能接收系统500的北侧面上。可以将被反射到太阳能接收系统500的北侧面（或面中的另一个）上的日射转换成与被反射到太阳能接收系统500的西侧面（或其他面中的任何一个）上的日射不同的另一形式的能量。

在图10A中，没有定日镜被经过的云遮蔽。定日镜70a-70d具有与北侧面相比的太阳能接收系统500的西侧面的“更好视图”。也就是说，从各定日镜70a-70d反射的光束与靶的各面的法线之间的角在西侧面的情况下比在北侧面的情况下小。因此，定日镜70a-70d指向西侧面且因此反射其上面的入射辐射。同样地，定日镜70e-70h具有与西侧面相比的太阳能接收系统500的北侧面的“更好视图”。因此，定日镜70e-70h指向北侧面且因此反射其上面的入射辐射。

图10A是没有云影妨碍入射在定日镜场上的太阳辐射时的示例，然而，当云遮蔽定日镜场的一部分时，可以重新布置场中的定日镜的瞄准点以补偿该阴影。例如，在图10B中，处理器可以从所获取图像确定（或预测）定日镜场的区域106中的定日镜70f-70h被（或将被）云遮蔽，而其他定日镜将享受相对无遮蔽条件。在这种情况下，与入射在西侧面上的通量的总量相比，可能更大程度地减少了入射在太阳能接收系统500的北侧面上的通量的总量。因此，响应于所检测的遮蔽（即，当前条件或预测条件）使定日镜70c-70d从西侧面重新瞄准北侧面以便补偿北侧面上的减少日射通量可能是有利的。

例如，在图10C中，处理器可以从所获取照片确定（或预测）定日镜场的区域106中的定日镜70a-70c被（或将被）云遮蔽，而其他定日镜将享受相对无遮蔽条件。在这种情况下，与入射在北侧面上的通量的总量相比，可能更大程度地减少了入射在太阳能接收系统500的西侧面上的通量的总量。因此，响应于所检测的遮蔽（即，当前条件或预测条件）使定日镜70e-70f从北侧面重新瞄准西侧面以便补偿西侧面上的减少日射通量可能是有利的。

在一个或多个实施例中，根据遮蔽参数来操作太阳能系统可以包括修改一个或多个定日镜的一个或多个瞄准点，例如以补偿太阳能接收系统的一个或多个部分上或一个或多个太阳能接收机上的减少的日射。例如，修改瞄准点可以保持一个或多个太阳能接收机的表面上的均匀温度或通量分布。每个定日镜的瞄准的修改可以包括机械地移动定日镜瞄准点以促使所投射定日镜射束从塔50上的太阳能接收系统500的一面移动至太阳能接收系统的另一面。

另外，可以修改每个定日镜的瞄准点，以便补偿由由于灰尘、定日镜毁坏、被结构遮蔽、被云遮蔽和被植物群或动物群遮蔽等中的一个或多个而不能向接收机反射日光的定日镜引起的减少日射。

在实施例中，一个或多个定日镜的重新瞄准可以是塔间瞄准转变（transition），其中例如在图4的多塔系统中，投射的定日镜射束从第一塔移动至第二塔。在另一实施例中，一个或多个定日镜的重新瞄准可以包括从第一接收机至第二接收机的重新瞄准。例如，重新瞄准可以从蒸发器（或蒸汽发生器）至过热器。可以将不同的接收机定位于同一塔（诸如充当蒸发器的接收机810和充当过热器的接收机820，如在图5中）中。替换地，不同的接收机可以是单个塔中的太阳能接收系统的不同面。例如，蒸发器可以是接收系统500的北侧面，而过热器可以是接收系统500的西侧面。

在实施例中，一个或多个定日镜的重新瞄准可以促使从其投射的各射束仅在塔的顶部处或附近移动小的距离，例如小于十米、或者小于五米或者小于两米。在另一示例中，定日镜瞄准转变可以是超临界蒸汽发生器-蒸发器瞄准转变。

根据某些实施例，可以将云分类为产生弱阴影。在本实施例中，可以不调整场中的定日镜的瞄准点以便补偿弱阴影。换言之，即使如在图10B-10C中预测和/或检测相同阴影位置，则由于云被分类为弱，不使定日镜重新瞄准可能是优选的。因此，定日镜的重新瞄准或改变太阳能系统的其他工作参数中的任何一个可以取决于云分类的结果和/或取决于按照图9的S105中的分析的到分类模型的任何输入参数（例如，云色彩、纹理和/或高度）。

虽然以上工作参数与定日镜场工作参数有关，但可用工作参数不限于此。在实施例中，可以根据遮蔽参数来修改、建立和/或保持除定日镜场之外的太阳能系统的一部分的工作参数。例如，塔的北侧表面可以具有蒸发器/锅炉且塔的南侧表面可以具有过热器。在所获取图像指示通常向北侧末端反射日射的定日镜被遮蔽或将被遮蔽、而没有到过热器所在的南侧的显著遮蔽的情况下，随后将蒸汽注入到部署在锅炉与过热器之间的蒸汽分离鼓中可能是有利的。在所获取图像指示通常向南侧末端反射日射的定日镜被遮蔽或将被遮蔽、而没有到蒸发器/锅炉所在的北侧的显著遮蔽的情况下，随后例如在阴影之前降低涡轮机工作压力可能是有利的。

在实施例中，可以获取图像的时间系列以估计一个或多个云的轨迹。该时间序列图像可以帮助预测相对于定日镜场的未来阴影状态。因此，在S105，遮蔽参数可以包括未来遮蔽参数，并且在S110中，可以抢先执行该操作。在实施例中，可以使抢先操作与化石燃料衍生蒸汽有关。例如，在云图像分析指示定日镜场的蒸发器区域（即，其中定日镜瞄准接收机的蒸发器部的定日镜场的区域中）在指定时间段内将被遮蔽的情况下，随后启动天然气锅炉以在天然气衍生蒸汽被注入到与蒸发器/锅炉相关联的蒸汽分离鼓时随时可用可能是有利的。

在实施例中，抢先操作涉及定日镜的重新瞄准。由于定日镜可能需要一定量的行进时间以便重新瞄准，所以随后预料到所预测或未来遮蔽条件而在定日镜被遮蔽之前使定日镜场中的一些定日镜重新瞄准可能是有利的。

在实施例中，确定由天空中的云产生的地平面处或附近的阴影的位置和/或在由云产生的地平面处或附近的被遮蔽区域的形状或尺寸。例如，可以随着阴影跨具有多个塔和定日镜场的系统中的定日镜场的移动跟踪阴影的移动。此类移动的特征可以包括确定阴影的形状、阴影的平移速度和/或阴影的旋转速度，从而确定和/或预测云影相对于定日镜场或太阳能系统的其他部件的移动。所确定阴影可以取决于许多因素，包括但不限于预先根据诸如一年的每天、一天的时间以及地理位置的天文学数据所确定的太阳的位置。

在实施例中，可以根据成像设备校准数据（例如，包括外来数据）或根据本领域中已知的任何其他方法来估计云或其一部分的物理位置。成像设备校准数据可以使成像设备的每个像素位置和/或由成像设备产生的任何图像与空间中的实际位置相关。可以根据给定时刻的太阳在空中的位置和根据图像估计的云的实际位置来估计云产生的阴影的位置，例如，通过使用光线追踪或本领域中已知的任何其他已知技术。

在实施例中，操作包括定日镜场的太阳能系统的方法可以包括：（a）使用一个或多个成像设备的阵列来获取一个或多个云的图像，所述成像孔接近于、邻近于或至少部分地在接收机的捕捉区域内定位，（b）分析图像的内容以确定用于定日镜场或其一部分的遮蔽参数，以及（c）响应于该分析，建立、修改或保持太阳能系统的至少一个工作参数。遮蔽参数可以定义以下各项中的至少一个：（i）多个定日镜的子集，其基本上被云遮蔽或者基本上未被云遮蔽；（ii）覆盖太阳能场的一小部分的一个或多个阴影的尺寸；以及（ii）太阳能场内的多个不同位置处的相对遮蔽强度。

在实施例中，遮蔽参数可以是当前遮蔽参数或预测遮蔽参数。因此，可以从云的一个或多个图像得到当前阴影情况（即，由云引起的阴影）或者预计或预测阴影情况。这可以使用本领域中已知的任何技术（例如，使用任何图像处理技术）来执行。

在某些实施例中，建立、修改或保持至少一个工作参数的步骤包括例如修改定日镜瞄准。在某些实施例中，修改定日镜瞄准以实现选自由以下各项组成的组的至少一个瞄准转变：（i）塔间瞄准转变，（ii）蒸发器-过热器瞄准转变；以及（iii）超临界蒸汽生成器-蒸发器瞄准转变。在某些实施例中，建立、修改或保持至少一个工作参数的步骤包括将投射定日镜射束的太阳跟踪瞄准靶（即，定日镜在跟踪太阳的同时所瞄准的靶，因此，定日镜在靶上的射束投射的质心保持在基本上恒定的位置处）从太阳能塔的顶部处或附近的第一位置修改至太阳能塔的顶部处或附近的第二位置。

在一个示例中，不是根本上修改任何给定定日镜的瞄准角，而是以“小距离”（即，在至少5cm、10cm、20cm、50cm或1m与至多10m、5m或2m之间）将定日镜从反射日射的定日镜射束质心的第一瞄准位置“轻推”（即略微修改）至第二瞄准位置（例如，以修改靶位置的方式）就足够了。

在某些实施例中，建立、修改或保持至少一个工作参数的步骤包括开始或结束用于一个或多个太阳跟踪定日镜的日射倾倒操作。在某些实施例中，建立、修改或保持至少一个工作参数的步骤包括修改瞄准太阳能塔顶部处或附近的靶的定日镜的数目，或者修改指向太阳能塔的顶部处或附近的靶处的日射的总聚合多定日镜通量。在某些实施例中，建立、修改或保持所述至少一个工作参数的步骤包括增加或降低诸如加热器、锅炉、冷却器或冷凝器的外部能量转换设备的温度。在某些实施例中，建立、修改或保持至少一个工作参数的步骤包括修改涡轮机工作参数。

控制系统（包括一个或多个局部定日镜控制器和/或一个或多个更高级别控制器，例如集中式定日镜场控制器）的可能功能中的一个是将定日镜指引至靶的表面上或者替换地当工作条件要求时不在靶的表面上的各种瞄准点。这是基于周期性地或连续地评估各种输入完成的，其可以包括（但非排他性地）：定日镜和接收机的预测性和/或测量气象数据和测量和/或计算工作条件和参数。在可以在应用控制功能时使用的工作条件和参数之中的是用于接收机的外表面的瞬时和历史温度数据以及用于接收机的外表面的瞬时和历史光能通量密度数据。例如，可以将给定时刻的跨接收机表面的温度分布与预定的一组期望值或用于较早时刻的数据相比较，以便控制器判定当前定日镜瞄准指令是否足以满足系统最优化目标或基于安全的操作约束，并且尤其是当考虑测量和预测性天气数据时。同样地，可以将给定时刻的跨靶的表面的能量通量密度分布与预定的一组期望值相比较，或者替换地用来对被控制系统使用的预测通量密度的计算进行校准，所述控制系统生成各组瞄准点，并基于得到的能量通量密度的那些预测图案将定日镜指引到那些瞄准点。技术人员被指引到例如国际公开号WO2009/103077，其被整体地通过引用结合到本文中。

在某些实施例中，太阳能系统可以包括控制系统，其可以被配置成用于定日镜的校准，或者更具体地，靶上的太阳辐射的反射相对于期望或预测反射的校准，例如在反射位置方面或者在反射形状方面或者在多个反射点处的光通量强度方面或者在以期望格式描述射束投投射（反射）的数据的任何组合方面。如上所述，可以由单个定日镜的定日镜控制器自发地或响应于例如从定日镜场控制器接收到的电子通信来提供此功能。

图12图示出定日镜偏移的概念。应注意的是在许多情况下，定日镜控制器尝试使定日镜瞄准靶，使得反射射束的质心位于靶质心位置660处。在许多实际情况下，随着时间推移，某些因素可能促使定日镜偏离其优选工作参数。例如，风或雨可以使与定日镜的瞄准相关联的反光镜或一个或多个定日镜移动部分移动，温度变化可以使反光镜变形，地震活动可以影响定日镜瞄准，或者任何其他因素可以影响定日镜瞄准。

针对本公开，可互换地使用术语“瞄准”和“指引”。

如图12中所示，在定日镜控制器尝试瞄准位置660时获取的反射定日镜射束的实际质心位置664实际上偏离靶质心位置。

本发明的实施例提供了用于根据由位于由靶（例如，接收机）限定的区域内的成像设备阵列所检测的光来测量实际质心位置664的技术和设备。可以将术语质心位置定义为具有最高水平的通量强度的区域。如果需要，然后可以使用此信息来确定偏差矢量668。通过使成像设备的孔位于接收机的捕捉区域内，不需要使定日镜离线以用于校准，并且其可以连续地将日射反射在接收机上。

图13A-图13E是其成像孔在接收机105的捕捉区域内的成像设备101（例如，101A-101F）的一维阵列100的图示。图15A-15B和图17是其成像孔在接收机105的捕捉区域内的成像设备101的二维阵列100的图示。

如图13A-图13E中所示，在某些实施例中，在一个或多个时间，作为分配给靶上的特定点的替代，可以使由每个定日镜产生的反射射束398（即，入射到定日镜的日光束的反射）指向成像设备的阵列100，该成像设备的成像孔位于接收机的捕捉区域内。每个成像设备可以用于检测由定日镜反射的光强度。在图中，元件399表示反射射束398被投射到成像设备的阵列101上时的其横截面-在各种实施例中，反射射束398在其被投射到靶上时的其横截面399的最大尺寸和/或光强度阵列101可以为至少30厘米或者至少70厘米或者至少1米或者至少1.5米或者至少2米。

如下面将更详细地讨论的，由至少一个成像设备获取的至少一个图像可以用来表征反射射束398和/或其横截面399的性质以确定“投射射束性质”。在一个非限制性示例中，可以从所获取的一个或多个图像导出形状或横截面面积（或其指示参数）的测量结果。在另一示例中，可以从所获取的一个或多个图像导出测量反射射束横截面399的不同位置处的通量强度的射束强度图。在仍另一示例中，可以从已从所获取的一个或多个图像获得的数据导出所谓的射束偏移。

所获取的一个或多个图像可以对校准定日镜以确定和/或修改定日镜70中的一个或多个的一个或多个工作参数有用。可以在闭环系统中执行定日镜校准，虽然替换地，其可以在开环系统中使用。闭环系统是其中由从成像设备阵列获取的一个或多个图像获得或导出的数据被用来改变定日镜瞄准指令、改变数据库中的定日镜的特征或通过使计算机程序分析数据并在没有显著操作员干预的情况下周期性地或实时地发布电子指令而引起定日镜维护的系统。开环系统是其中数据被存储或分析并在稍后用于改变定日镜瞄准指令或用于通常在操作员的干预之后引起定日镜维护的系统。

图13A-图13E指示随着反射射束398的投影399横过成像设备阵列的时间的多个快照。在图13A-图13E的示例中，可以针对多个时间点t₀-t₄记录来自从每个成像设备101A-101F获得的反射光的数据。可以根据以下各项来确定射束的形状（或任何其他射束投射参数）：（i）测量的时间序列；（ii）投射射束横过成像设备阵列的速度（这可以是恒定的，或者可以成组地改变）；和/或（iii）获取测量结果处的各种成像设备101之间的距离。在某些实施例中，可以在灰阶水平方面测量反射光的强度（即，灰阶值越大，则正在由相机检测的光的强度越大）。

因此，在与图13A-图13E有关的一个示例中，反射射束399的计算面积可以是101B和101E之间的距离的函数（其中，大的距离将指示更大的面积）。此外，在图13A-图13E的示例中，反射射束399的计算面积可以是反射射束的投射运行速度的函数。在这种情况下，较快的速度可以指示针对固定时间点的较大的射束面积。较大的速度指示反射射束的投射已行进较大距离。

因此，在某些实施例中，系统能够根据从成像设备获得的时间序列数据（包括从移动定日镜获得的数据）来测量或近似定日镜射束投射的形状，所述成像设备的成像孔在接收机的瞄准点内。这可以通过设计成像设备阵列的尺寸和形状来实现，所述成像设备的成像孔在接收机的捕捉区域内，使得其能够结合定日镜的移动来完成这一点。例如，如图13A-图13E中所示，阵列100包括单条线（或者替换地弧线，未示出）的成像设备101，被提供为基本上横向于从定日镜反射的光的射束投射399的跟踪路径。阵列100可以用来生成能够被系统连同关于定日镜的跟踪速度和可选地定日镜与阵列的距离的“外部”数据一起用来近似定日镜射束投射的形状的一组时间序列。

在图14A中所示的另一示例中，阵列100包括至少一个附加和可选平行线或弧线的成像设备101，成像设备101的成像孔在接收机105的捕捉区域内，其可以被添加以便促进射束投射399的速度的测量或近似（因为可以使得例如射束投射399的路径中的任何两个成像设备101、例如图14A中的101b和101a之间的距离为系统所知）。

在图14B所示的仍另一示例中，阵列100包括至少部分偏移的成行成列的成像设备101的二维阵列或矩阵，其用于在一个或两个维度上增加从反射日光获得的数据的分辨率。可以不断地增加矩阵的尺寸以改善数据捕捉的分辨率。

在图15A和图15B中所示的仍另一示例中，可以在阵列100的不同区域中以成像设备101的不同和非均匀密度来布置成像设备101的阵列100，所述成像设备的成像孔在接收机的捕捉区域内，例如从而在阵列100的边缘处提供较高分辨率（图15A），或者替换地，从而在阵列100的中心处提供较高分辨率（图15B）。成像设备101的此类不均匀放置可以例如是为了获得具有更大分辨率的投射周界（如在图15A中），或者为了以更大的精度确定定日镜射束投射399的统计分布或者甚至计算的质心（如在图15B中）。

图16A-图16B图示出根据某些实施例的用于操作太阳能系统的定日镜的例程的流程图。

在图16A中，在步骤S301中，定日镜指向安装在塔上的靶（例如，接收机）。在步骤S305中，同一定日镜指向成像设备101的阵列100，所述成像设备的成像孔至少部分地在接收机105的捕捉区域内，使得投射的定日镜反射射束横过成像设备101的阵列100。

在示例中，使定日镜从其瞄准靶上的所分配特定点时的第一定向改向至其瞄准成像设备101的阵列100（并横过阵列）时的第二定向。成像设备的阵列可以位于由靶（即，接收机）限定的区域或靶上的特定区域内。因此，反射日射被反射到接收机上，并且可以同时地向太阳能系统（例如，向工作流体）提供能量以及横过成像设备阵列。在步骤S309中，从定日镜反射的日光的一部分被成像设备101的阵列100捕捉，所述成像设备的成像孔在接收机105的捕捉区域内。在步骤S315中，确定定日镜的一个或多个射束投射参数。

在图16B中，在步骤S309中，针对每个定日镜，由成像设备101来获取从每个相应定日镜反射的日光的至少一部分。在步骤S321中，分析反射日光的数据。在一个特定示例中，确定每个定日镜的各自形状或通量强度图，例如以创建定日镜形状或定日镜强度图的数据库。在步骤S365中，根据数据分析的结果，可以执行定日镜选择（即，可以选择所述多个定日镜的子集以用于同时瞄准靶上的特定点）。在一个示例中，可能期望在靶处提供特定通量分布，并且可以相应地选择定日镜反射射束（其射束参数从所获取数据已知）。

在某些实施例中，校准定日镜的方法还可以包括至少部分地基于所获取图像来估计用于每个定日镜的至少一个几何参数。该估计还可以包括将所述多个定日镜中的每一个的标称几何参数考虑在内。至少部分地基于所述至少一个几何参数，可以使定日镜定向成将日光反射到接收机上的靶。

在某些实施例中，系统包括用于向定日镜提供用以跟踪至阵列100的指令的软件，包括至少一组的跟踪坐标和跟踪速度。根据太阳能场控制系统的架构，该指令可以通过数据网络传播或者直接传送。如果预先发射，该指令可以包括定日镜控制器应发起指令执行的时间，并且定日镜控制器可以装配有用于存储此类指令的数据存储装置。

替换地，可以在定日镜控制器中对指令进行预先编程。例如，定日镜控制器可以包括以给定周期性（诸如，例如每周或每月）跟踪校准阵列的存储指令集。在某些实施例中，定日镜校准系统能够获得数据点的时间序列，其表示被定日镜（包括在定日镜在运动中时）反射到每个数字成像设备的光强度，所述数字成像设备的成像孔在接收机的捕捉区域内。例如，如果从运动中的定日镜反射的光在定日镜跨成像设备进行跟踪的同时横过成像设备花费了30秒，则时间序列将包括多个数据点，例如，在那30秒期间且优选地以足够高的分辨率捕捉的以便以期望的精度水平指示成像设备上的光入射的开始和结束以及每个时间点处的强度水平的数字图像。在另一示例中，其成像孔在接收机的捕捉区域内的成像设备阵列可以捕捉在阵列中的第一设备检测到从定日镜反射的光时开始且只有当阵列中没有设备检测到来自定日镜的反射光时才结束的数据点的时间序列。在仍另一示例中，阵列中的所有设备在已知将对定日镜进行校准时的所有时间获得、记录或处理数字图像，将确定用于每个单独定日镜的开始和结束时间点的任务留给在系统中的其他地方的图像或数据处理软件。可以记录来自每个成像设备的时间序列数据以用于稍后处理，和/或直接地或通过数据网络发射到在系统中的其他地方的计算机或数据存储设备以用于数据的处理和分析。

在某些实施例中，系统还包括用于分析从数字成像设备获得或记录的数据的计算机硬件和软件。该分析是出于校准定日镜的目的执行的，其中校准可以包括以下各项中的至少一个：（i）确定定日镜的射束投射的计算质心与预测的偏差；（ii）确定或近似射束投射形状及其与预测的偏差；（iii）确定射束投射内的特定点或多个点处的光强度和与光强度的投射的分布的任何偏差；（iv）确定射束投射的行进速度和与预测的任何偏差；（v）修正结构或组件误差或形状偏差或定日镜中的任何其他故障或与设计的偏差；（vi）出于更新或修改定日镜相关数据的数据库或者更新或修改定日镜的瞄准和/或跟踪指令的目的存储或使用这些数据元素中的任何一个；或者（vii）系统设计员或操作员的数据分析。

在某些实施例中，分析软件能够使用由成像设备获得和/或记录的数据（包括时间序列数据）并可选地使用将高斯或其他概率分布应用于定日镜射束投射的光强度的统计技术来计算射束投射形状和/或计算射束投射分布的统计分布和/或质心。另外，软件可以能够在射束投射中的特定点或多个点产生光强度或能量通量的数字映射图。这些计算参数中的任何一个可以在如上所述的定日镜校准中使用。可以将定日镜（或用于定日镜和/或定日镜控制器的控制系统）配置成响应于在校准过程期间获得的数据或响应于数据分析的结果来修改诸如靶坐标的瞄准指令。

分析软件还可以包括用以消除或抵消由成像设备测量的漫射或环境光的影响的软件，例如通过在定日镜射束的行进之前和/或之后测量此类光。分析软件还可以包括用于曲线投射的变换以便将射束投射形状和/或光强值的映射图“转化（translate）”成接收机的表面几何结构的软件，其将以下各项考虑在内：（i）与在阵列上相比的接收机上的反射光的不同入射角；（ii）接收机相对于定日镜场的不同姿势。

在某些实施例中，太阳能塔系统包括成像设备的多个阵列，所述成像设备的成像孔在接收机的捕捉区域，使得阵列是太阳能场中的所有定日镜可访问的。在示例中，太阳能塔系统包括接收机，并且另外包括围绕接收机（即围绕塔360度）的定日镜场。在这种情况下，系统将包括至少四个阵列，塔的每侧一个。

在其他实施例中，一种用于操作太阳能塔系统的方法包括使用其成像孔在接收机的捕捉区域内的数字成像设备阵列来捕捉和/或记录从定日镜反射的光以用于校准的目的，其中校准可以包括以下各项中的至少一个：（i）确定或近似定日镜的射束投射的统计分布和/或质心和/或其与期望或预测的一组值的偏差；（ii）确定射束投射形状和/或其与期望或预测的一组值的偏差；（iii）确定射束投射内的多个点处的光强度和/或与期望或预测的一组值的任何偏差；（iv）确定射束投射的行进速度和/或与期望或预测的一组值的任何偏差；（v）修正定日镜中的结构或组装误差或形状偏差或任何其他故障或与设计的偏差；（vi）出于更新或修改定日镜相关数据的数据库或者更新或修改定日镜的瞄准和/或跟踪指令的目的存储或使用这些数据元素中的任何一个；或者（vii）由系统设计员或操作员进行的数据分析。

根据该方法，通过促使每个定日镜或者替换地定日镜组根据制造商的规范周期性地、例如每两周一次、每月一次或每两月一次地横过阵列来将阵列用于太阳能塔系统中的定日镜的校准。因此，该方法优选地包括直接地或通过数据通信网络向定日镜发送指令以促使其跟踪至阵列。替换地，将可以利用预先编程定日镜控制器，其促使定日镜以期望的周期性或在某些预置条件下跟踪至阵列。在任何实施例中，由定日镜反射到其成像孔在接收机的捕捉区域内的成像设备阵列上的光可以来自太阳、月亮或来自光投射器。

该方法包括分析从其成像孔在接收机的捕捉区域内的数字成像设备阵列获得和/或记录的数据，以便提供定日镜的射束投射的特征，其中，该特征包括以下各项中的至少一个：（i）射束投射中的多个点处的光强度的映射图；（ii）作为描述用于形状的周长或数学表达式的一组设定点的射束投射的形状；（iii）用于射束中的光分布的数学表达式，诸如统计分布；（iv）射束质心；或者（v）这些测量或特征化参数中的任何一个与设计目标或与预测的一组值的偏差。根据该方法，特征、可选地包括与设计目标或预测的一组值的任何可测量或可计算偏差最佳地被控制系统和/或系统操作员用来对定日镜的瞄准进行校准或用于如上所述的定日镜校准的任何其他方面。

在某些实施例中，该方法包括促使多个定日镜同时地或几乎同时地跟踪阵列，并且出于定日镜校准的目的获取和/或记录反射光的数据。在图17中所示的示例中，四个定日镜以能够独立地分析每个定日镜射束投射的方式在相同的时间从不同的方向同时地跟踪至二维阵列（即，具有至少两列和两行的阵列，其中，列和/或行可以采取线、锯齿线或弧线的形状）。此布置被最佳地布置成使得每个射束投射399的至少一部分和优选地至少一半在与另一射束投射399交叉或重叠之前横过阵列100内的成像设备101的至少一行106或列107。同样地，在与其他射束投射399交叉之后，每个射束投射399的至少一部分和优选地至少一半在停止与其他射束投射399交叉或重叠之后横过阵列100内的成像设备101的至少一行106或列107。在本示例中，软件在射束投射不与其他射束投射交叉的时间期间捕捉用于每个射束投射的大多数或所有期望射束形状时间序列数据。在另一示例中，成像设备是数字成像设备，并且可以将成像设备中的不同像素或像素组用于记录不同定日镜的数据。

控制系统的功能之一可以包括将定日镜指引到接收机的表面上的各种瞄准点，或者替换地在工作条件要求时远离接收机的表面。此类方向可以基于周期性地或连续地评估到控制系统的各种输入来完成。此类输入可以包括但不限于预测性和/或测量气象数据以及定日镜和接收机的测量和/或计算工作条件和参数。

可以在应用控制功能时使用的工作条件和参数可以包括用于接收机的外表面的瞬时和历史温度数据以及用于接收机的外表面的瞬时和历史光能通量密度数据。例如，可以将给定时刻的跨接收机表面的温度分布与预定的一组期望值或与用于较早时刻的数据相比较，以便控制器判定当前定日镜瞄准指令是否足以满足系统最优化目标和/或基于安全的操作约束。还应考虑测量和预测性天气数据。

另外或替换地，可以将给定时刻的太阳能通量密度跨接收机的表面的分布与预定的一组期望值相比较和/或用来对将被控制系统使用的预测通量密度进行校准。控制系统可以生成各组瞄准点，并且可以基于光能量通量密度的测量和预测图案之间的差异将定日镜指引到那些瞄准点。例如，可以将输入太阳能通量的分布与表示跨接收机表面的通量分布的数据图相比较，可以将其存储在数据存储设备中，诸如易失性或非易失性存储器设备或磁性或光学存储介质。

在实施例中，控制系统可以包括相机阵列，每个相机具有通过使成像孔位于接收机捕捉区域内限定的成像设备，其捕捉定日镜场内的定日镜的至少子集的数字图像和/或视频。

由于穿过成像孔的光的量指示撞击捕捉区域中的接收机的通量的量，因此相机阵列中的每个相机可以检测和计算在接收机点处正在被接收机吸收的能量通量的量，成像孔位于所述接收机的点处。在某些实施例中，其成像孔位于接收机捕捉区域（即，在接收机的表面上）内的相机阵列可以能够计算接收机的每个点上的能量通量的量（即能量通量图）。在其他示例中，可以检测和计算撞击接收机的外表面的总能量通量。

该方法还可以包括计算时间差分通量（即，所选时间段内的通量的变化）。例如，太阳能塔系统中的热传递流体可以是水和/或蒸汽。从成像设备获得的数据值可以用来相对于指定时间间隔监视与用于时间差分通量的预定极限的符合性。在接收机的表面上的点或区域处的通量上升小于用于指定时间间隔的预定极限所需的情况下，控制系统可以保证定日镜的周期性重新瞄准促使更多的太阳能通量指向不足的点或区域。或者替换地，如果在接收机的表面上的点或区域处的通量大于根据用于指定时间间隔的预定极限所允许的，则控制系统可以保证定日镜的周期性重新瞄准促使较少太阳能通量指向该特定点或区域。

该方法还可以包括将能量通量值或时间差分通量值与预定的一组值相比较，其中该比较是由数据处理系统执行的。例如，可以将时间差分通量值与表示用于给定天时间、给定年时间和/或给定工作条件的理想或期望时间差分通量值的数据图相比较。比较的结果可以包括用以改变定日镜瞄准的算法判定（即，将定日镜重新分配给接收机的不同部分或者甚至多接收机或多塔系统中的不同接收机）。例如，如果测量时间差分通量值与数据图的比较显示出小于数据图的接收机面积，则可以将定日镜重新分配为聚焦于接收机的不足区域上。或者替换地，如果测量时间差分通量值与数据图的比较显示出大于数据图的接收机面积，则可以将定日镜重新分配为从接收机的此区域散焦。

比较的结果还可以包括产生警报，例如当通量或通量差分偏离预定的一组值（诸如最佳通量差分值的数据图）时。可以基于工作条件或在不同的天时间期间改变所述预定的一组值。另外，可以在不同的天时间在接收机表面的不同部分上提供不同的可允许通量范围。例如，通量范围可以将由于太阳辐射的相对更多或更少的有利入射角而造成的早晨和下午的太阳能场的东侧和西侧的定日镜的效率变化考虑在内。另外，可以在每日启动期间或在瞬时操作波动（诸如由经过的云引起的那些）期间或之后提供不同范围的可允许通量。

在某些实施例中，该方法还可以包括基于警报或基于差分通量值与一组预定值的比较来向定日镜提供改变瞄准点（或散焦）的指令。例如，控制系统可以评估能量通量值比较的结果并随后使用此评估作为其瞄准点的算法指定和定日镜到瞄准点的分配中的考虑。这可以包括某些定日镜的散焦（使其远离目标区域瞄准），并且可以包括通过使某些定日镜重新瞄准接收机表面上的不同点来重新分配来自某些定日镜的能量。替换地，其可以包括定日镜和瞄准点的完全“改组”，旨在已知或编程约束的限制内实现系统最优化目标的同时实现更加符合操作准则的通量分布。

所述方法还可以包括创建数据的存储档案并将该数据用于修订太阳能场控制指令、技术或性能模型或模型参数。

应注意的是任何上述实施例还可以包括在计算机可读介质上接收、发送或存储实现上文结合图所述的操作的指令和/或数据。一般而言，计算机可读介质可以包括存储介质或存储器介质，诸如磁性或闪速或光学介质，例如盘或CD-ROM、易失性或非易失性介质，诸如RAM、ROM等以及传输介质或信号，诸如经由诸如网络和/或无线链路的通信介质传送的电、电磁或数字信号。

在本公开的范围内可以将公开实施例的特征组合、重新布置、省略等以产生附加实施例。此外，有时可以在没有其他特征的相应使用的情况下有利地使用某些特征。

因此显而易见的是根据本公开提供了用于操作和控制太阳能系统的方法和设备。本公开使得能够实现许多替换、修改以及变更。虽然已经详细地示出并描述了特定实施例以举例说明本发明的原理的应用，但将理解的是在不脱离此类原理的情况下可以另外体现本发明。因此，申请人意图涵盖在本发明的精神和范围内的所有此类替换、修改、等价物以及变更。

Claims (35)

1.一种控制太阳能系统的方法，该系统具有基于塔的第一接收机和被控制以将日射朝着第一接收机的捕捉区域指引的定日镜场，定日镜的子集被控制以将日射指引到捕捉区域内的各瞄准点处，该方法包括：

使用至少一个相机从通过成像孔的光对所述场进行成像，所述成像孔接近于、邻近于或至少部分地在第一接收机的捕捉区域内，以获取指示落在所述场上的日射水平的分布变化的至少一个图像；

响应于所述至少一个图像使用图像处理器来计算定日镜场内的定日镜的特性；以及

响应于所述特性，改变所述场中的一个或多个定日镜的瞄准方向。

2.权利要求1的方法，其中所述计算包括识别被遮蔽定日镜和无遮蔽定日镜。

3.权利要求1的方法，其中所述计算包括确定所述至少一个图像中的落在每个定日镜上的日射水平的变化的量值。

4.权利要求1的方法，其中所述计算可有效地确定由于灰尘、定日镜毁坏、被结构遮蔽、被云层遮蔽和被植物群或动物群遮蔽中的至少一个而产生的落在定日镜上的日射水平的变化。

5.权利要求1的方法，其中改变瞄准方向导致跨第一接收机的捕捉区域的通量分布的变化。

6.权利要求1的方法，其中改变瞄准方向包括响应于定日镜的所述特性来计算通量分布的变化的特性。

7.权利要求1的方法，其中计算定日镜的特性包括计算定日镜场内的被遮蔽定日镜的特性。

8.权利要求1的方法，其中所述成像孔至少部分地位于所述第一接收机的捕捉区域内。

9.权利要求1的方法，其中所述成像孔完全在所述第一接收机的捕捉区域内。

10.权利要求1的方法，还包括使用被与之相连的热交换器来冷却所述至少一个相机，从而向热传递流体传递热量。

11.权利要求1的方法，其中所述至少一个相机具有热交换器和泵或风扇，其被配置成跨热交换器的热传递表面移动热传递流体，所述热交换器被配置成从而冷却相机。

12.权利要求1的方法，还包括主动地冷却所述至少一个相机，其包括跨从所述相机传导热量的热传递表面传送热传递流体。

13.权利要求1的方法，其中改变瞄准方向包括计算保持至少一个定日镜的各瞄准方向的结果和另一特性。

14.权利要求1的方法，其中通过所述改变而改变的瞄准方向与所述捕捉区域交叉。

15.权利要求1的方法，其中通过所述改变而改变的所述至少一个定日镜的瞄准方向与第二接收机的捕捉区域交叉。

16.权利要求1的方法，其中所述改变包括从相应的多个瞄准点瞄准一个或多个定日镜中的至少一个，以便其不再阻断第一接收机。

17.权利要求1的方法，还包括响应于所述特性来计算第一接收机的外表面上的总能量通量。

18.权利要求17的方法，其中改变瞄准方向包括响应于至少所述计算总能量通量的结果，至少部分地基于所计算总能量通量指引定日镜以将太阳辐射反射到第一接收机的外表面上的瞄准点。

19.权利要求18的方法，其中在太阳能系统的操作期间连续地重复计算总能量通量和指引。

20.一种具有记录在其上面的用于执行根据权利要求1-19中的任一项所述的方法的计算机可读介质。

21.一种被编程为从而执行根据权利要求1-19中的任一项所述的方法的控制器。

22.一种具有基于塔的第一接收机和由控制器控制从而将日射朝着第一接收机的捕捉区域指引的定日镜场的系统，该控制器被配置成实现根据权利要求1-19中的任一项所述的方法。

23.一种控制太阳能系统的方法，该方法包括：

（a）将日光从多个定日镜中的每一个反射到安装在塔上的能量转换靶；以及

（b）控制所述多个定日镜中的每一个定日镜，使得被每个定日镜反射的光束横过位于由能量转换靶限定的区域内的成像设备阵列。

24.权利要求23的方法，还包括使用成像设备阵列来获取所述多个定日镜中的每一个的多个图像。

25.权利要求24的方法，还包括至少部分地基于所获取图像来估计所述多个定日镜中的每一个的至少一个几何参数。

26.权利要求25的方法，还包括至少部分地基于所述至少一个几何参数来对所述多个定日镜中的每一个进行定向以将日光反射到能量转换靶。

27.权利要求25的方法，其中所述估计还基于所述多个定日镜中的每一个的标称几何参数。

28.权利要求25的方法，还包括至少部分地基于如在获取图像中看到的由所述多个定日镜中的每一个反射的光束的光强来确定能量转换靶的外面上的每个定日镜的太阳通量分布。

29.权利要求28的方法，还包括至少部分地基于所述多个定日镜中的每一个的所确定太阳通量分布来确定反射光束的形状。

30.权利要求28的方法，还包括至少部分地基于确定太阳通量分布来指引所述多个定日镜中的至少一个定日镜，以将入射太阳辐射反射到能量装换把的外表面上的瞄准点。

31.一种控制太阳能系统的方法，该系统具有安装在塔上的接收机和被布置成朝着接收机的捕捉孔指引日射的定日镜场，该方法包括：

从被从与定日镜场内的定日镜的至少子集的位置重合的区域反射的日射，从通过成像孔接收到的光生成至少一个图像，

所述至少一个图像指示落在定日镜的所述至少子集上的日射水平的分布变化，

所述成像孔邻近于或完全地或部分地在捕捉孔内定位，

所述生成包括对包含定日镜的所述至少子集的场景进行成像，

日射水平的分布变化导致跨捕捉孔的通量分布的变化；

使用被连接到所述定日镜场内的定日镜的至少子集的控制位置的至少一个可编程控制器，响应于所述至少一个图像来计算定日镜场内的定日镜的特性；以及

响应于至少所述计算的结果，使用所述至少一个可编程控制器来改变一个或多个定日镜的瞄准方向以响应于存储在所述至少一个可编程控制器中的数据而实现目标通量分布。

32.权利要求31的方法，其中改变瞄准方向包括计算通量分布变化的特性并另外对所述计算的结果进行响应。

33.权利要求31的方法，其中所述计算包括识别被遮蔽定日镜和无遮蔽定日镜。

34.权利要求31的方法，其中所述计算可有效地确定由于灰尘、定日镜毁坏、被结构遮蔽、被云层遮蔽和被植物群或动物群遮蔽中的至少一个而产生的落在定日镜上的日射水平的变化。

35.权利要求31的方法，还包括使用热电冷却系统来主动地冷却相机。

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