CN107407502B

CN107407502B - Csp追踪

Info

Publication number: CN107407502B
Application number: CN201580071744.5A
Authority: CN
Inventors: 卢卡斯·基施特
Original assignee: erfis GmbH
Current assignee: Cambras Ltd.
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2035-12-29
Also published as: ZA201704705B; CL2017001719A1; CN107407502A; AU2015373409A1; MA40664A1; US20170363330A1; EP3240976A2; WO2016107882A2; MA40664B1; AU2015373409B2; DE102014019588A1; WO2016107882A3; US10697669B2; SA517381838B1; TN2017000273A1

Abstract

本发明涉及一种具有反射器和接收器的CSP系统，所述CSP系统用于将射到反射器上的太阳照射集中在接收器上，所述CSP系统具有：遮阴物和阴影接收器；以及将颜色和/或亮度数字化的传感器，所述传感器设置为用于检测遮阴物在阴影接收器上的阴影，以便确定阴影实际位置与阴影期望位置的偏差；追踪装置，所述追踪装置构成用于根据偏差调整反射器和接收器的位置。

Description

CSP追踪

技术领域

本发明涉及一种用于使集中太阳能的系统追踪太阳的系统和方法。也通常总称为英文术语Concentrated Solar Power(“CSP”)。在这种系统和方法中，太阳的直接辐射通常借助于反射器集束到接收器或太阳能吸收器上。因为太阳位置随着时间变化，所以相应地调整系统的部件的定向，也就是说，追踪太阳。

背景技术

也就是说，CSP系统通过使用聚焦性的反射器面将太阳的直接辐射集束，所述反射器面将入射的太阳光集束到吸收器上。反射器和吸收器追踪太阳。因此，系统在反射器的大的面上收集太阳能并且将所述太阳能集中在接收器的相对小的面上。因此，反射器或收集器例如将在60m²的面上入射的辐射集中到1m²的接收器面上。因此，通过大的收集器面与小的接收器面的比值能够实现小的损耗和高的温度。

在所谓的太阳能场式发电厂中，收集多个分布在面上的吸收器或接收器中的热量，而例如太阳能塔式发电厂或抛物线型槽式发电厂中，借助于点集中器将太阳的辐射集束到焦点上。所有这些系统的区别在于直接的太阳能系统或太阳能电力设备以及不具有集束装置的太阳能热力设备的多种特性，所述太阳能电力设备例如是光伏设备，所述太阳能热力设备例如是热电厂。

就本发明而言，CSP系统尤其包含并且优选包含如下系统，所述系统具有一个或多个并排连接的抛物线型槽式收集器或菲涅尔收集器，即所谓的线集中器。在收集器阵列中，载热介质例如被加热，所述载热介质例如是传热油或过热的蒸汽。随后，将被加热的载热介质例如输送给涡轮机和发电机以产生电能。

抛物线型槽式发电厂的系统在图1a-1中示例性地示出。抛物线型槽式收集器由弯曲的镜SP组成，所述镜将太阳光So集束到在聚焦线中(参照右图)伸展的吸收管或所谓的接收器R上。在吸收管中，集中的太阳辐射被转换为热量并且分给循环的载热介质。热介质随后经由管(太阳能场管道Solar Field Piping)被供应给其它应用或能量产生(转换)。由于成本的原因，抛物线型槽通常仅单轴地追踪太阳。因此，所述抛物线型槽沿南北方向设置，并且仅根据一天中的太阳位置的高度追踪太阳或倾斜。这在图1a-2中示意地示出。

在此，抛物线型槽或抛物线型槽式镜的横截面，优选垂直于槽轴线的横截面，构造为基本上是抛物面形的。这种镜形状具有如下特性：平行于其对称轴线入射的所有射束通过抛物线的焦点反射(参见图1a-1中的右图)。这种几何原理尤其用于抛物线型(槽式)镜，以便将入射的太阳光集中在焦点中，或者在抛物线型槽式镜的情况下，集中在焦线上，所述抛物线型(槽式)镜使用具有反射性的表面(镜)的抛物面。被集束的太阳光的能量通过所谓的沿着焦点或聚焦线安装的接收器吸收，并且例如被转换成热量，用于进一步的能量转换。在此，已知的抛物线型槽式镜基本上包括：称为反射器的槽状的或弯曲的镜(或多个一起形成槽的镜)；称为接收器的吸收管和支撑结构或基底。

图1a-3示出具有抛物线型槽式镜1的示例性的反射器结构的示意图。抛物线型槽式镜1在此具有呈引导弯曲部2形式的示例的后部结构或支撑结构，所述引导弯曲部具有呈吸收管3形式的接收器。引导弯曲部2在此提供弯曲的第一引导矩阵4，当镜元件完全弯曲并且夹紧在引导弯曲部2上时，所述第一引导矩阵用作该镜元件的支承件，在此用作易弯曲的第一薄玻璃5的支承件(在图1a-3的抛物线型槽式镜1的右半部上示出)。在图1a-3中，薄玻璃5以不弯曲且被夹紧的状态示出。引导弯曲部2还优选地提供弯曲的第二引导矩阵，所述第二引导矩阵基本上对应于第一引导矩阵并且在所示出的横截面中与所述第一引导矩阵相对置。所述第二引导矩阵用作易弯曲的第二薄玻璃10的支承件，所述第二薄玻璃在此在抛物线型槽式镜的左半部上弯曲地示出。槽能够具有抛物线的约1m至8m，优选约1.5m至5m的半径或者开口宽度或孔径宽度，其中在抛物面镜1的侧视图中曲率能够沿着引导矩阵4变化。

引导弯曲部2的引导矩阵能够如在此所示出的那样由弯曲的肋片6A、6B形成。在附图标记6A、6B的区域中，肋片能够彼此间隔开，在根据图1a-3的视图中肋片在所述区域中相互抵触，即在槽的最深的点处抵触。优选地，承载件，例如所谓的扭曲管，在(横截面的)该点处沿着槽的纵轴线伸展。这例如可从图3a、3b、3c、3d、3e、6、7和8b的视图中看到。该承载件与支撑结构或引导矩阵牢固地连接。优选地，所述承载件平行于枢转轴线伸展，所述枢转轴线又优选沿着槽的最深的点伸展，并且槽能够沿着所述枢转轴线枢转，以便实现相对于太阳的最佳定向。一般构造以及追踪装置和其轴线的替选的设计方案是已知的，所述一般构造例如是预先弯曲的镜元件和其他的夹紧装置或其他后部结构(Hinterkonstruktionen)的使用。对本发明的探讨包含上述结构，但是不限于此。

所谓的菲涅耳镜收集器是抛物线型槽的进一步改进，参见图1b。多个设置在平地上的平行的，不弯曲的或略微弯曲的镜带(“反射器”)(根据菲涅耳透镜的原理)将阳光(“光”)的入射的直接辐射反射到吸收管(“absorber tube”)上。能够借助于引起到吸收管上的更好的聚焦的第二反射器(“secondary reflector”)来工作。单轴地追踪所述带。管的后面的附加的次级镜将辐射转向到聚焦线上。

这种结构方式将抛物线型槽式收集器和塔式发电厂的工作原理相互结合，其中不仅弃用弯曲的镜(参见上文，也能够使用略微弯曲的镜)而且弃用多轴的太阳位置追踪装置，并且保持模块化的构造。与大多数抛物线型槽结构不同，吸收管不运动。因此，能够构造非常长的收集器，所述收集器因为缺少管弯头和柔软的连接部对于载热介质而言具有小的流阻。与此相对，在镜带之间存在因阴影而引起的损耗。

对本发明的探讨包含上述结构，但是不限于此。

在太阳能塔式发电厂中，参见图1c，也在中央收集器发电厂中，吸收器R在塔Tu上提高地设置。在日照时，大量的数百至数千自动定位的镜SP(日光反射装置)定向为，使得日光被反射到中央的吸收器(接收器)上。通过对太阳入射辐射的强集中，在塔尖处产生直至数千℃的高温。

对本发明的讨论包含上述结构，但是不限于此。

通常用于具有较小的功率范围的分散应用的其他系统例如是具有抛物面镜(parabolic dish)的设备或太阳能斯特林设备，在所述太阳能斯特林设备中太阳热能借助于斯特林发动机转换为机械能。由此通常在直接耦联的发电机中产生电能，参见图1d。

对本发明的讨论包含上述结构，但是不限于此。

由于将太阳辐射集束到相对小的接收器面上，需要准确地定向和聚焦太阳辐射。此外，太阳位置的改变进而太阳入射辐射的入射角与时间或太阳位置相关。因此，需要追踪装置，以便使集中太阳能的系统追踪太阳。在此，通常将计算出的太阳位置用作实际值。这然而在实践中引起问题。

特别地，实际的太阳入射辐射能够与基于计算出的太阳的位置所期望的太阳入射辐射不同。这种不同并非是天文方面所引起，而是例如由太阳入射辐射在具有极其不同的温度的空气层处的光折射引起。此外，由于在构造系统时结构上的不准确性，在运行期间所产生结构上的不准确性，例如基座移动，以及因驱动器的磨损而引起的结构上的不准确性，以及由于因传感器方面的困难在记录实际位置时产生的不准确性，产生与预先计算出的或可计算的辐射路径的偏差。

由此产生对系统部件的一系列要求。例如，在精确地定位反射器和/或接收器时，保持反射器和/或接收器的后部结构是重要的。因此，需满足对尺寸精确性、耐候性、风荷载和重量的高要求。追踪系统或追踪装置，是否是间断的或连续的，也必须满足关于启动准确性、保持准确性、能量消耗、故障安全性和策略合规性的要求。在追踪时存在上文中提到的因结构引起的不准确性的情况下，系统部件，尤其后部结构和追踪装置是特别重要的。

为了减轻或消除在追踪时所提到的问题和另外的问题，使用如下系统，所述系统确定太阳的实际位置或与所期望的太阳入射辐射不同的实际的太阳入射辐射。在此，太阳辐射射到反射器上的入射角尤其是重要的。

为此，一方面已知的是：使用如下系统，所述系统是完全独立的并且不与进行追踪的结构体系连接，并且确定太阳的实际位置。例如还包含日晷仪。但是，在此至少通常无法消除由于结构上的不准确性，由于磨损或老化而产生的在上文中所提出的问题。

替选地，已知的是：将位置测量装置与系统结构体系连接并且在此进行太阳相对于进行集中的系统的相对位置测量。在进行这种测量时，已知直接在接收器处测量的入射辐射的途经。然而这也证实是不可行的途经。特别地，接收器处的辐射强度/密度是非常高的，以至于所需要的传感器要求以及构件要求不在可用的范围之内，这不仅涉及经济规则以及涉及对技术要求的一般性的满足。如果可用，构件的使用寿命是极其短的。

也已知的是：借助于专门的传感器观察阴影，所述传感器分析投射阴影。在此，借助于具有两个光伏(PV)电池的传感器，分析遮光物的投射阴影。如果阴影对称地在PV电池装置的中轴线上伸展，那么这两个电池的电压具有相同的值。如果由于太阳或收集器的运动使得阴影从中间移出，那么与其他电池相比被蒙上更多阴影的电池的电压减小。

这种系统通常由PV电池传感器构成，所述PV电池传感器经由线缆与信号放大器连接，所述信号放大器又经由线缆与太阳能场中的用于信号处理的单独的控制单元连接，所述控制单元安装在自身的壳体中。控制装置执行用于分析信号值的程序并且将结果经由线缆通过接口传送给控制台。控制信号随后从该处被发送给用于相应的系统追踪的设备。这示意地在图2中示出。

然而，这种系统在多个方面证实是不利的。因此，一方面所述系统的构造和维修是复杂的且成本高以及是难维护的。因此，例如必须以每天大约两次或更经常的频率清理所述系统。另一方面，系统的分辨率和准确性是不足的。系统的使用寿命也是有限的，并且由于因结构体系引起的维护工作和修理的以及因软件引起维护，产生高的成本。最后，通过对现有的系统建筑的大的影响，必须在大程度地介入到现有的系统构架中的情况下耗费地安装整个系统。

从CN 203012516 U中已知一种具有系统追踪装置的光伏系统。系统追踪装置利用限定几何形状的物体，即锥体，所述椎体安置在透光的玻璃盘以及投像器上。在此，检测锥体在透明的盘上的阴影的几何形状并且计算所述阴影的高度。PV系统的追踪经由多个轴进行。该系统利用独立的单元以计算太阳入射辐射的实际位置，所述独立的单元具有由多个共同起作用的部件构成的复杂的构造。几何形状的评估是容易出错的，并且尤其与各个部件彼此间的精确的定位相关。最后，所描述的构造也不满足对如下追踪的准确性的高要求，所述追踪即在当前应用的范围中所需的追踪。使用太阳能通过光伏元件来产生能量不需要类似地将入射在大的反射器面上的辐射集中到小的接收器面上。因此，光伏元件相对于太阳的相对不准确的定向不对设备的效率产生大的影响。通常，相对于最优定向的1°的偏差是可以接受的。在固定式光伏设备中，例如在私营部门中，通常甚至可以接受相对于最优的辐射入射的30°的偏差。相反，在CSP系统中，1°或更多的偏差经常是不期望的，因为这已经对设备的效率产生明显的影响。在CSP领域中，这尤其与收集器的几何形状有关。在此，例如需注意两个系统参数：

–接收器与镜表面的距离，和

–接收器的直径。

例如优选能够使用聚焦线大约为1795mm的并且开口宽度为6000mm的抛物线型槽以及直径为70mm的接收管。

镜和接收器之间的最小间距是1795mm，在抛物线端部处的最大间距大约为3100mm。

由于大约0.5°的太阳大小(从地球观察作为扇形角)，为此理论上得出大约27mm的聚焦线宽度。就此而言，计算是容易理解的。

然而还考虑其他不可预测的因素。例如

–机械部件(尤其结构体系、接收管保持件、基座等)

–镜误差

–以及驱动误差。

单是太阳直径、镜误差和机械部件就用完了在当前实例中所提供的70mm的接收管直径。因此，精确的生产和结构体系尺寸是非常重要的，并且在驱动技术方面十分之一度或甚至百分之一度也是决定性的。

发明内容

与此相对，本发明的目的在于，提供一种改进的CSP系统。在此，所述系统优选应克服现有技术的缺点。特别地，所述系统应是简单、经济、使用寿命长并且准确的。

该目的通过一种尤其用于CSP系统的改进的追踪系统和方法实现。优选地，借助于如下具有反射器和接收器的CSP系统和如下用于借助于所述CSP系统进行追踪的方法实现所述目的，所述CSP系统用于将射到所述反射器上的太阳入射辐射集中在所述接收器上，其中所述反射器是抛物线型槽并且所述接收器是接收管，其中所述接收管是遮阴物，所述CSP系统还包括：阴影接收器，以及将颜色和/或亮度数字化的传感器，所述传感器设置用于检测所述遮阴物在所述阴影接收器上的阴影，以便通过数字图像处理确定阴影实际位置与阴影期望位置的偏差，追踪装置，所述追踪装置构成用于根据所述偏差调整反射器和接收器的位置，其中所述阴影接收器不是传感器并且所述亮度数字化的传感器是构成用于检测阴影图像的相机，所述方法至少具有下述步骤：探测遮阴物在阴影接收器上的阴影；对所述阴影进行图像处理；以及相对于基准位置确定阴影位置；用所述CSP系统进行追踪。下文中所描述的特征是优选的附加的或替选的实施方案。

根据本发明，为了确定实际的太阳入射辐射或为了根据太阳辐射的入射角追踪反射器，优选利用遮阴物的阴影，所述遮阴物固定地与结构体系连接。更优选地，利用优选作为现有结构体系的一部分并且进一步优选是接收器本身的遮阴物的阴影。这允许特别简单的且寿命长的结构体系，优选不需要附加的部件或附件。同样，实现高度的可靠性，尤其因为遮阴物是所述结构体系的整体部分进而不产生接口偏差。

图3a示出接收管在收集器中的投射阴影的实例。在抛物线型槽式设备的接收器和收集器的所示出的定向中，接收管R的阴影S(在示图中不可见)不直接位于收集器镜上而是位于后部结构的承载件T上。在抛物线型槽的常规的结构体系中，所述结构体系由两个关于中轴线对称设置的镜排形成，所述镜排由弯曲的镜SP形成。在此，镜SP设置在中心地纵向伸展的承载件T的相对置的侧上。承载件T以及接收管R优选位于抛物线型槽的中间平面M_E中(参见图1a-3)。在槽相对于太阳的最优地定向时，接收管R的阴影S_R居中地落在承载件上，如在根据图3a的视图中所表明的那样。清楚的是，能够将任意阴影接收器用作为承载件T。不必是承载性的结构元件。

根据图3b的视图以勾勒的形式示出根据图3a的情况。收集器装置的承载性的部件在此为了更好地示出而被删去(例如接收管的支撑件，所述接收管在此看起来是悬空的，但是实际上在机械上固定地定位)。除了图3a中的视图之外，在图3b中可以看到接收管R在镜SP上的镜反射或反射Refl.。相对于与观察者的位置无关的阴影，这种镜反射随着观察者位置变化而改变。图3c示出根据图3b的勾勒视图的细节部分，其中接收管不可见。

相应地，图3d以勾勒的形式示出根据图3a的情况的另一示例性的视图。收集器装置的承载性的部件在此也为了更好地示出而被删去(例如接收管的支撑件，所述接收管在此表现为悬空的，但是实际上在机械上被固定地定位)。在图3d中也可以看到接收管R在镜SP上的镜反射或反射Refl.。在此，由于观察者位置不同，反射在另一部位上。示例地，这也可在此处用图形添加的字符“erfis”处呈现，所述字符同样在镜中被反射。

图3e示出根据图3b或图3c的勾勒的示图的细节部分，其中接收管R的支撑件R_ST以及相应的反射是可见的。

图4以接收管阴影为例示出投射阴影的几何形条件，而图5借助于对术语或区域本影KS和半影HS的说明示意地示出阴影。在此，图4示出半影，所述半影作为在阴影接收器上所产生的在阴影接收器与两条线的交点之间的间距。这些线是太阳的相对置的侧上的切线和接收器的一侧或一点，如在图4中所示出的那样。在此，图4中的视图示出在视图中位于右侧的半影。左侧的半影相应地通过使用接收管的相对置的侧上的切线产生。本影是半影之间的区域。

半影的宽度与遮阴物与阴影接收器的距离相关。所有阴影参数能够通过太阳直径d_Sonne，接收器直径d_{Rohr/Receiver}(视图中的管直径)，接收器与阴影接收器，例如承载件T的距离h_Rohr，和太阳与阴影接收器的行星距离h_Sonne计算。图5示例地示出接收管在阴影接收器上的阴影，其中突出中间的本影和侧面的半影，连同优选的尺寸说明。在此极其可能的是：能够以在地球上的阴影(收集器)为出发点，进而0.5°的“太阳直径”是重要的。本影的宽度和半影的宽度尤其可通过遮阴物与阴影接收器的距离计算。在此，采用太阳直径的0.5°的扇形面，并且使用切线，以便计算半影的宽度。而本发明分析阴影的几何形状和强度。不需要关于太阳的其他信息等。即使其他模糊效果，例如在上部的大气层中的卷云或高的空气湿度，也不会使本发明的算法产生错误。

为了确定收集器位置与最优位置的偏差，确定遮阴物在阴影接收器上的阴影的位置，优选如下结构体系在如下阴影接收器上的阴影的位置，所述结构体系优选是接收管，所述阴影接收器优选是承载件T。

根据本发明，这优选借助于相机K，优选IP相机进行。相机尤其应针对环境条件设计。在此，尤其需考虑针对水和灰尘的防护等级和温度范围。夜视能力通常是不重要的。参数，如在标准范围内的色彩空间、和对比度、敏感度是足够的。优选的还有线性扫描相机或其他将颜色亮度数字化的传感器。

在分析阴影时，尤其作为替选方案优选的是，确定两个可能的偏差。一方面能够确定阴影的绝对偏差(实际位置与期望位置相比)，所述绝对偏差是例如以度数计的角度偏差，或作为结果的与中点或中轴线的位置偏差。另一方面能够确定如下偏差，所述偏差作为结果仅是一种趋势(例如向左或向右)。这两种方式是优选的并且适合于减少并且优选消除在追踪时的偏差。

相机的安装优选在现有的结构体系上进行，所述现有的结构体系优选是遮阴物的承载件或者遮阴物自身，所述遮阴物优选是接收器。相机优选设置在遮阴物和阴影接收器之间。

本发明的优选的作为替选方案的和/或附加的特征从下面优选的方面中得出：

1.一种CSP系统，所述CSP系统具有反射器和接收器，所述CSP系统用于将射到反射器上的太阳入射辐射集中在接收器上，所述CSP系统具有：

遮阴物和阴影接收器，以及优选将颜色和/或亮度数字化的传感器，所述传感器设置为用于检测遮阴物在阴影接收器上的阴影，以便确定阴影实际位置与阴影期望位置的偏差，

追踪装置，所述追踪装置构成为用于根据偏差调整反射器和接收器的位置。

2.根据上一方面所述的CSP系统，其中反射器具有镜装置。

3.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中所述接收器是接收管。

4.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中反射器和/或接收器与后部或支撑结构连接或由后部或支撑结构保持。

5.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中所述遮阴物固定地与如下结构体系连接，所述结构体系优选是现有的(后部)结构的一部分，优选是整体的部分，优选是接收器本身。

6.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中反射器是阴影接收器。

7.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中后部结构的承载件T是阴影接收器；其中承载件T优选是扭曲管，反射器和/或接收器可沿着所述扭曲管的轴线倾斜，尤其为了追踪的目的。

8.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中反射器具有两个关于中轴线对称设置的、由弯曲的镜构成的镜排。

9.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中镜SP设置在中心地纵向伸展的承载件T的相对置的侧上。

10.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中承载件T以及接收器位于抛物线型槽的中心平面M_E中，所述接收器优选构成为接收管R。

11.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中所述装置构成为，使得在反射器相对于太阳最优地定向时，遮阴物的阴影S_R在预定位置处，优选中心地射到阴影接收器上。

12.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中所述系统可沿着设置在抛物线型槽的最深点的区域中的轴线枢转，其中该轴线优选平行于接收器的纵轴线伸展。

13.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中传感器是相机K，优选是IP相机，优选是线性扫描相机。

14.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中反射器是线性集中器，优选是抛物线型槽或菲涅尔收集器。

15.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中系统具有多个并排连接的线性集中器，优选抛物线型槽式收集器或菲涅尔收集器。

16.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中所述系统具有太阳能塔和/或抛物面形碟面。

17.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中反射器面明显大于接收器面，优选大多于十倍，特别优选大多于30倍并且还优选大多于50倍。

18.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中阴影接收器不是传感器。

19.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中阴影接收器不是透光的或是不可透光的。

20.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中接收器和/或反射器不是光伏传感器和/或不具有光伏传感器。

21.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中所述系统还包括控制装置，所述控制装置优选集成在控制台中或可集成到所述控制台中。

22.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中传感器检测阴影图像。

23.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中控制装置评估由传感器检测到的阴影。

24.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中控制装置评估所检测到的阴影的阴影参数，其中阴影参数优选包括本影KS和半影HS。

25.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中控制装置考虑下述参数中的至少一个或多个：太阳直径d_Sonne，接收器直径d_Receiver，接收器与阴影接收器的间距h_Rohr，以及太阳与阴影接收器的行星距离h_Sonne。

26.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中控制装置构成为用于确定遮阴物在阴影接收器上的阴影的位置(实际位置)，优选如下结构体系在如下阴影接收器上的阴影的位置，所述结构体系优选是接收管，所述阴影接收器优选是承载件T，并且与期望位置进行比较，所述期望位置对应于在最优定向时相对于太阳的位置，并且其中控制装置还优选构成用于确定实际位置与期望位置的偏差，并且还优选构成用于基于此计算所需要的追踪。

27.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中根据上两方面之一的所述系统，优选控制装置，构成用于确定阴影的绝对偏差，优选将实际位置与期望位置比较，优选具有例如以度数计的角度偏差的结果，，或具有与中点或中轴线的位置偏差的结果；或构成为用于确定偏差的趋势，例如方向，例如向左或向右。

28.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中反射器包括抛物线型槽，并且遮阴物包括接收管，其中阴影接收器构成为后部结构的扭曲管。

29.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中相机固定在现有结构上，优选固定在遮阴物的承载件上或固定在其自身上，所述遮阴物优选是接收器。

30.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中传感器，优选相机，设置在遮阴物和阴影接收器之间。

31.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中由传感器检测到的阴影的评估周期为大约1秒或更短。

32.根据上述方面之一所述的CSP系统，还包括一个或多个计算机、服务器、微型处理器/信号处理器。

33.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中由传感器确定的阴影数据经由标准布线或无线地传输，优选经由无线电、WLAN、蓝牙等传输。

34.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中控制装置考虑下述参数中的一个或多个：

–遮阴物距抛物线型槽的旋转轴线的距离(位置)，

–阴影接收器距抛物线型槽的旋转轴线的距离(位置)，

–相机的位置，

–相机的拍摄角度，

–相机的分辨率，

–所使用的算法的分辨率。

35.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中所述系统，优选控制装置，构成用于：

1)将相机中的图像复制到存储器中；

2)评估图像，优选通过将图像扫描行分解为黑/白值和/或提高对比度的方式；

3)其中优选针对多条图像扫描线，优选至少2条，更优选至少4条并且尤其优选至少6条或多于6条扫描线执行步骤2)；

4)其中针对每行确定阴影入口、出口和半影区域；

5)其中针对每条待分析的线形成四边形；

6)其中计算阴影中心(实际位置)并且与期望位置比较；并且其中

7)相应地执行追踪。

36.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中追踪是单轴的，并且优选尤其不进行多轴追踪。

37.根据上述方面之一所述的CSP系统，其中数字图像处理基于检测到的阴影图像的逐行评估。

38.一种根据上述方面之一所述的CSP系统的应用，用于使所述系统追踪太阳位置。

39.一种用于借助于CSP系统进行追踪，优选借助于根据上述方面之一所述的CSP系统进行追踪的方法，所述方法至少具有下述步骤：探测遮阴物在阴影接收器上的阴影，对阴影进行图像处理；以及相对于基准位置确定阴影位置；用CSP系统进行追踪。

40.根据方面39所述的方法，其中以如下值进行追踪，所述值与阴影位置和基准位置的偏差的值成比例。

41.根据方面39或40所述的方法，其中首先将图像从相机复制到存储器中，其中然后将图像扫描行分解为黑/白值，其中然后在阴影的宽度上确定阴影的强度，其中这优选针对多条图像扫描线进行，尤其优选针对至少2行，更优选至少4行且特别优选6行或多于6行来进行，其中还针对每行确定阴影入口、出口和半影区域，并且其中接着计算阴影中心并且与阴影的基准位置比较，最后经由所述差计算追踪路径或追踪角度并且执行追踪。

附图说明

在下文中，参照附图示例地描述本发明的其他优选的实施方式。在此仅是示意性的视图，所述视图通常为了说明特定的方面而不示出其他的(可选的)结构或也在视图中考虑不同的、可选的、彼此关联的方面。在本文中，相同的附图标记表示在所示出的实施方式中的等效的、类似的、近似的或相同的构件。

所描述的实施方式能够在实施方式中在多个方面改变。在此需注意的是：能够将上述实施方式的特征在唯一的实施方式中组合。因此，本发明的实施方式根据设计方案能够具有所有上述特征或仅具有上述特征中的一些。附图的公开内容不应限制本发明的保护范围。下面，参照附图示例地描述优选的设计方案。附图示出：

图1a-1示出抛物线型槽式发电厂的示意图；

图1a-2示出所述抛物线型槽式发电厂根据太阳位置的定向的示意图；

图1a-3示出具有抛物线型槽式镜的示例的反射器结构的示意图；

图1b示出具有菲涅尔-镜-收集器的示例的反射器结构的示意图；

图1c示出在中央接收器发电厂中，在此在太阳能塔式发电厂中的示例的反射器结构的示意图；

图1d示出在具有抛物线型槽式镜或太阳能斯特林设备的设施中的示例的反射器结构的示意图；

图2示出具有PV电池传感器的已知的系统的示意性的构造；

图3a示出在收集器中的抛物线型槽式设备的接收管的投射阴影的实例；

图3b示出在收集器中的抛物线型槽式设备的接收管的投射阴影的简化的勾勒图；

图3c示出在收集器中的抛物线型槽式设备的接收管的投射阴影的简化的勾勒细节图；

图3d示出在收集器中的抛物线型槽式设备的接收管的投射阴影的简化的勾勒图；

图3e示出在收集器中的抛物线型槽式设备的接收管的投射阴影的简化的勾勒细节图；

图4以接收管阴影为例示出投射阴影的几何条件；

图5示出接收管在阴影接收器上的示例的阴影的示意图，其中突出中间的本影和侧面的半影；

图6示出阴影的原图的一个实例，所述阴影由相机检测；

图7示出抛物线型槽式设备的一个优选的示例的配置；

图8示出一个优选的算法的示例的可视化显示，具有如下步骤：将图像扫描行分解为黑/白值和/或提高对比度(图8a)；选择多个图像扫描行(图8b)；针对每行确定阴影入口、出口和半影区域(图8c)；针对每条待分析的线形成几何边界(图8d)；以及计算实际位置与预期位置的偏差(图8e)；以及

图9示出根据本发明的系统的示例的构造。

具体实施方式

在下面的阐述中，示例地根据IP相机描述数字的阴影分析。优选的相机的技术数据可仅作为举例如下概括：

对由相机检测到的阴影图像的评估能够在不同的硬件平台上执行。评估不是时间要求严格的。例如，周期优选为1秒。1秒应示例地表明：收集器的追踪基本上不是时间要求严格的。基于标准工业PC(个人电脑)，于此所描述的算法大约需要1ms，使得也能够应用更短的周期。周期优选不应长于60秒，优选不长于30秒，优选在1ms至15秒的范围中，并且更优选0.5秒至5秒。优选地，为了评估使用已知的PC或服务器。替选地，尤其在自给自足的系统中优选使用微处理器/信号处理器。

图6示出阴影的原图的一个实例，所述阴影由相机检测并且由评估单元分析。阴影对应于之前尤其结合图3所描述的阴影。根据图6的相片以768x494的分辨率示出在承载件T上的，在此在抛物线型槽式设备的扭曲管上的阴影。

原图能够经由不同的标准布线或者无线地传输，例如经由无线电、WLAN、蓝牙等传输。在此可利用的协议是大量的。

对于抛物线型槽式设备而言，可能的系统分辨率(角度相关)尤其与下述因素相关：

–遮阴物距抛物线型槽的旋转轴线的距离(位置)，

–阴影接收器距抛物线型槽的旋转轴线的距离(位置)，

–相机的位置，

–相机的拍摄角度，

–相机的分辨率，

–所使用的算法的分辨率。

下面，开始样本计算，其中系统分辨率为大约0.03°而测量范围最小为2.1°。其他优选的范围从整个说明书中得到。在这些参数中，优选重复错误少或启动准确性是突出的。结果优选不与气候、入射辐射强度或污染相关。

图7示出抛物线型槽式设备的一个优选的示例的配置的横截面(图7a)以及示意性的三维视图(图7b)和俯视图(不具有镜SP，即仅下部结构是可见的)(图7c)。所述系统包括多个镜元件SP，所述镜元件形成反射器，在此即抛物线型槽。镜将入射的日光集束，使得所述日光集中到接收器上，在此即接收管或吸收管R上。接收器设置在反射器的焦点或聚焦线中。所述系统具有用于保持反射器和接收器的后部或支撑结构。支撑结构能够以不同方式和方法实现。所述系统是可进行追踪的，也就是说，至少可沿着轴线移动。优选的实施方式，如在此所示出的那样，可沿着设置在抛物线型槽的最深点的区域中的轴线枢转。该轴线优选平行于接收器的纵轴线。

借助于关于此的示例性的基准以及相对于之前所描述的附图，尤其图3至6，下面讨论系统分辨率的优选的计算以及检测和测量范围的确定。

在图7中示出的优选的收集器结构证实为是特别有利的。所述结构包括抛物线型槽式收集器。作为遮阴物使用接收管。后部结构的中央的扭曲管承担阴影接收器的功能。

根据一个优选的实施例的结构体系具有下述参数：

上文列举的参数造成下面计算出的准确性。基本上能够说，768像素对于显著地提高效率而言足够的并且使得所述系统在经济性上是令人感兴趣的。借助于现在已经可作为标准获得的1920像素的技术，使分辨率翻倍，也就是说，在此能够使用在768像素或大于768像素和1920像素之间的范围。

下面，示例地示出系统分辨率的计算。

在此，能够区分阴影接收器的分辨率和之后待测量的变量，例如旋转角度的偏差。

阴影接收器的系统分辨率的相关变量优选是：

–待观察的视角[mm]

–相机的分辨率[像素]

–算法的预期的分辨率[像素]。

在此，

阴影接收器的分辨率＝视角[mm]/相机分辨率[像素]*算法的分辨率[像素]

阴影接收器的分辨率＝256[mm]/768[像素]*3[像素]＝1[mm]

阴影接收器的分辨率＝1[mm]

系统分辨率的变量，以测量旋转角度的偏差，优选是

-阴影接收器的分辨率

-遮阴物距阴影接收器的距离(位置)

在此确定：

旋转角度的分辨率＝arctan(阴影接收器的分辨率[mm]/阴影接收器的间距[mm])

旋转角度的分辨率＝arctan(0.00052)

旋转角度的分辨率＝0.029794[°]

旋转角度的最大测量范围的检测范围是令人感兴趣的。相关的值是

–阴影接收器的宽度

–阴影的宽度

在下面的计算中需注意的是：在测量范围减半时，例如因视角减半而减半时，使分辨率翻倍(数学上减半)。

测量范围＝arctan(阴影的运动范围[mm]/阴影接收器的间距[mm])

测量范围＝arctan(1/2视角[mm]–1/2阴影宽度[mm])/阴影接收器的间距[mm])

测量范围＝arctan((1/2 256[mm]–1/2 110[mm])/阴影接收器的间距[mm])

测量范围＝±2.1945[°]

对所述测量以及所使用的算法的评估能够以不同的方式实现。在一个优选的方法中，评估如下进行(参见图8)：

1)将相机中的图像复制到存储器中

2)将图像扫描行分解为黑/白值并且提高对比度。在此，阴影的强度沿着在图8b中示出的行示出，如在图8a中那样，在阴影的宽度(mm)上绘出。(参见图8a)

3)这针对多条图像扫描线(优选至少2行，更优选至少4行并且尤其优选6行或多于6行)，尤其为了看到可能的点状污染的区域(例如鸟粪)并且将其从分析中排除(参见图8b)

然而，在根据本发明的解决方案中，污染物有利地仅在阴影过渡部的区域中是成问题的，参见图8b中的第5行。在阴影本身中，所述污染物对测量结果没有影响，参见图8b中第1行。在根据图8的实例中，第1行是没有问题的，因为污染物在阴影内部并且不在过渡区域中出现。第5行在此不用于阴影分析，其中在第5行中在过渡区域中存在污染物。

4)针对每行确定阴影入口、出口和半影区域。这能够经由可调节的强度值或强度阈值实现。(参见图8c)

5)针对每条待分析的线形成一类四边形，尤其梯形。这优选在几何分析或图像处理的范围中实现。为此，优选确定四个点：阴影入口和阴影出口(在图8d的下部位于左外侧和右外侧)以及本影入口和本影出口(在图8d的上部位于左外侧和右外侧)。根据一个优选的实施方式，点能够通过限定的缓冲值相对于在几何方面可确定的值移动，优选向内关于梯形移动。缓冲在图8e中作为Δi(下限值)Δii(上限值)示出。Δi+Δii例如能够为实际强度(关于在几何方面所确定的实际值)的3％至15％，优选为大约10％。替选地，Δi+Δii例如能够为预设的基准公差的3％至15％，优选大约10％。由此，优选能够处理差的可见度条件。所述确定优选与当前存在的太阳条件无关。(参见图8d)

6)计算阴影中心(实际位置)并且与期望位置比较。阴影中心位于四边形的面中点中。经由X值(在图8e中的水平线)能够计算与期望位置的偏差，在所述期望位置中太阳入射辐射最优地集中到接收器上。经由所述差能够计算追踪路径或追踪角并且执行追踪。期望位置优选对应于阴影接收器的几何中心。然而也能够尤其根据几何条件确定其他的期望位置。期望位置能够在几何方面或在图形方面被标记或者设置为机械的、可探测的元件，以便由相机检测。评估因此能够直接经由图像处理实现。替选地，能够在图像基准中预设期望位置。在该变型方案中，期望位置优选能够是可设定的并且必要时能够被调整。

依照根据本发明的系统和方法，优选将IP相机用于阴影分析。作为遮阴物优选使用接收管而作为阴影接收器优选使用承载件，所述承载件优选是所谓的扭曲管。相机拍摄遮阴物的阴影的图像并且程序分析阴影的位置。

所述系统优选包括(参见图9)

-(IP)相机+布线

-用于分析信号值的程序

-以及通向控制台的接口。优选直接在控制台中运行程序，——与现有技术相反，在现有技术中，程序，如果类似，在单独的控制装置中运行。

根据本发明的系统和根据本发明的方法证实是有利的，尤其与从现有技术中已知的解决方案相比是有利的。

因此，根据本发明的系统与至今为止已知的解决方案相比少很多的部件。由此，能够节约成本。所需的部件可更快且更简单地安装以及更快且更简单地投入运行。涉及或需要更少的项目，使得在研发、支持、安装和初始运行的范围中产生更少的员工成本。因为所有部件是连续地相关的，也就是说，已经在系统中存在或能够通过标准外购件进行补充，所以新的解决方案具有明显更高的可用性。在故障情况下，出故障的部件还能够顺利被找到并且被快速替换。

通过使用相机，优选CCTV相机并且尤其优选IP相机，传感装置明显比现有技术的传感装置寿命更长，尤其与使用如下部件系统相比，所述部件即PV电池或信号放大器，所述部件遭受老化影响并且部分具有明显的构件偏差。也需要明显更少的维护。通过使用定性的系列产品，部分程度上近似不再需要维护。清洁周期与现有系统相比也明显更长，平均为1比10。在存在缺陷的情况下，根据本发明的系统证实为是有利的。即使在多年后，各个部件也是可更换的，而不会因整个系统而存在限制。在更换相机时，例如仅须使技术适用于网络。分辨率、速度(每秒的帧数)、尺寸和大量其他参数是不相关的或不受限制的。部分地，这些参数可通过软件参数化。最后，与PV电池传感器相比，可选择明显更多的制造商。最后，相机在系统中的位置不限于专用地点，在所述地点处必须安装用于所述相机。相机仅须识别在拍摄范围中的阴影。

在此所描述的系统中减少布线。因此，在采购时能够实现成本节约。特别地，省去不同的布线类型如信号线缆、控制线缆和网线并且仅保留一根网线。布线此外在安装时是有利的，因为仅涉及一个项目(网线)。通过优选地使用无线的传输技术，例如WLAN技术(工业WLAN)，甚至能够省去网线。整体上产生更少的插接连接，这引起更少的故障源进而减少EMV(电磁兼容性)问题。

数字图像处理的使用是简单的、成本低的且有前瞻性的。在改变平台时，例如改变运行系统或硬件时，可继续使用所述系统。通常不存在对昂贵的且长的维修合同的需求。也能够通过软件/算法更新非常简单地实现性能改进，尤其不必干涉机械结构部件。与之相比，在具有PV电池的解决方案中，可能必须研究新的传感器，这仅仅针对场中的更换就可能造成极大的成本。数字图像处理能够用于观察入射辐射值并且对其进行粗略测量。由此，例如能够进行粗略的气候分析，例如“晴天”相对于“潮湿”或“多云”。最后，能够实现更高的精确度，优选相对于已知的系统优选精确大约0.3°。这种较高的精确度在正常的工业收集器中将总效率提高大约3％。也就是说，运营商所需的占地少3％或者收益高3％，同时购置成本和维护成本更低。与常规系统相比，所述系统也是明显更不敏感的并且能够更好地对点状的污染物(例如鸟粪)和灰尘损伤作出反应并且更好地补偿结果。最后，远程控制也被明显简化。所述系统还能够用于粗略地测量入射情况。本发明还允许有针对性地控制设备的功率，例如也经由以期望的方式“偏离”最优的定向的。

只要本说明书使用表述“基本上”，那么也包括如下实施方式，在所述实施方式中完整的或全部存在相应的特征。将词语“大量”或“多个”理解为“至少两个”，即两个或更多个。如果给出具体的数值，那么这些数值优选也包括与所述数值轻微偏差，例如为相应数值的+/-10％或+/-5％的偏差。本发明的各个方面能够独立地构成发明进而要求受保护。

Claims

1.一种具有反射器和接收器的CSP系统，所述CSP系统用于将射到所述反射器上的太阳入射辐射集中在所述接收器上，其中所述反射器是抛物线型槽并且所述接收器是接收管，

其中所述接收管是遮阴物，所述CSP系统还包括：

阴影接收器，以及将颜色和/或亮度数字化的传感器，所述将颜色和/或亮度数字化的传感器设置用于检测所述遮阴物在所述阴影接收器上的阴影，以便通过数字图像处理确定阴影实际位置与阴影期望位置的偏差，

追踪装置，所述追踪装置构成用于根据所述偏差调整反射器和接收器的位置，

其中所述将颜色和/或亮度数字化的传感器不是所述阴影接收器，并且其中所述将颜色和/或亮度数字化的传感器是构成用于检测阴影图像的相机。

2.根据权利要求1所述的CSP系统，其中所述追踪装置构成为，使得在所述反射器相对于太阳最优地定向时，所述遮阴物的阴影(S_R)在预定的位置处射到所述阴影接收器上。

3.根据权利要求2所述的CSP系统，其中所述追踪装置构成为，使得在所述反射器相对于太阳最优地定向时，所述遮阴物的阴影(S_R)中心地射到所述阴影接收器上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的CSP系统，其中相机固定在所述CSP系统的现有的结构体系上。

5.根据权利要求4所述的CSP系统，其中所述相机固定在所述遮阴物的承载件上。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的CSP系统，其中所述相机设置在遮阴物和阴影接收器之间。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的CSP系统，其中由所述相机检测到的阴影的评估周期为大约1秒或更短。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的CSP系统，其中所述CSP系统构成用于：

1)将所述相机中的图像复制到存储器中；

2)评估所述图像。

9.根据权利要求8所述的CSP系统，

2a)其中在步骤2)中通过将图像扫描行分解为黑/白值和/或提高对比度的方式来评估所述图像；

3)其中针对多条图像扫描线执行步骤2)；

4)其中针对每行确定所述阴影的入口、出口和半影区域；

5)其中针对每条待分析的线形成四边形；

6)其中计算作为实际位置的阴影中心并且与所述期望位置比较；并且其中

7)相应地执行追踪。

10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的CSP系统的应用，所述应用用于使所述CSP系统追踪太阳位置。

11.一种用于借助于根据权利要求1至9中任一项所述的CSP系统进行追踪的方法，所述方法至少具有下述步骤：探测遮阴物在阴影接收器上的阴影；对所述阴影进行图像处理；以及相对于基准位置确定阴影位置；用所述CSP系统进行追踪。

12.一种根据权利要求11所述的方法，其中以如下值进行追踪，所述值与所述阴影位置和所述基准位置的偏差的值成比例。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中首先将所述相机中的图像复制到存储器中，其中然后将扫描行分解为黑/白值，并且其中然后在所述阴影的宽度上确定所述阴影的强度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中针对多条图像扫描线在所述阴影的宽度上确定所述阴影的强度，其中此外针对每行确定所述阴影的入口、出口和半影区域，并且其中接着计算阴影中心并且与所述阴影的所述基准位置比较，最后经由阴影中心与所述阴影的所述基准位置的比较计算追踪路径或追踪角并且执行所述追踪。

15.根据权利要求14所述的方法，其中针对至少2行在所述阴影的宽度上确定所述阴影的强度。

16.根据权利要求14所述的方法，其中针对至少4行在所述阴影的宽度上确定所述阴影的强度。

17.根据权利要求14所述的方法，其中针对至少6行或多于6行在所述阴影的宽度上确定所述阴影的强度。