CN118401791A - 测量定日镜的方法和校准定日镜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量定日镜场(3)中的定日镜(1)的方法，该定日镜场具有多个定日镜(1)，并且是具有太阳能塔(7)的太阳能塔式发电厂(10)的一部分，每个定日镜(1)具有至少一个具有镜面的反射器(5)，所述方法包括以下步骤：a)提供光源，例如在太阳能塔(7)处；b)对准至少一些要测量的定日镜，以便将来自光源的光反射到天空中或太阳能塔附近的预定义目标点(15)或目标区域上；c)沿预定义的飞行图案移动具有至少一个相机的飞行装置(17)，围绕目标点或目标区域并在其上飞行，并且同时通过相机以预定义的时间间隔捕获一个或多个要测量的定日镜中的一个的图像；d)评估图像，其中，对于至少一些图像中的每个要测量的定日镜，确定来自光源的光是否已经反射到相机中，并且其中，通过先前确定或存储的相应图像的捕获位置从图像计算虚拟目标，其中，在虚拟目标上确定每个要测量的定日镜的焦点；e)通过虚拟目标(19)上的焦点确定每个要测量的定日镜的目标向量，并将其与目标值进行比较，以确定目标/实际偏差，其中，至少步骤a)至c)在太阳辐射低的时间或夜间进行。

Description

测量定日镜的方法和校准定日镜的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量太阳能塔式发电厂(solar tower power plant)的定日镜场(heliostat field)的定日镜(heliostats)的方法，其中定日镜场包括多个定日镜，本发明还涉及一种用于校准定日镜的方法。

背景技术

太阳能塔式发电厂包括具有多个定日镜的定日镜场，每个定日镜包括至少一个带有镜面(mirror surface)的反射器(reflector)，通过该反射器可以将太阳辐射集中到吸收器(absorber)上。

定日镜通常沿着太阳能塔(solar tower)周围的弯曲路径布置。定日镜与所述塔/吸收器的距离可能在几百米到一公里以上的范围之间变化，具体取决于定日镜的位置。每个反射器的焦距都与反射器与吸收器的距离相适应。

在操作中，定日镜跟踪太阳的位置。精确跟踪定日镜所需的特征参数通常如下：描述倾斜的两个角度(方位轴(azimuth axis)、仰角轴(elevation axis))、仰角轴和方位轴各自的偏移、描述驱动器非线性的两个参数、描述仰角轴和方位轴之间90°偏差的角度，以及镜子定义的光轴与轴位置实际定义的光轴之间的偏差。

为了使定日镜最准确地聚焦在吸收器上，必须确定上述偏移和参数，以便校准定日镜控制。此外，还必须在操作期间检查所述偏移和参数，以便进行必要的调整。

确定偏移的已知方法使用所谓的相机目标法(camera target method)，其中用相机观察定日镜在白色漫反射目标上的焦斑。

还有用于对镜面图像进行光度评估(photometric evaluation)的方法。这些在本申请人的申请EP 1 717 568 A2和DE 10 2011 080 969中进行了描述。在这些方法中，用相机记录目标在反射器的镜面上的反射并进行评估。这两种已知方法针对抛物面槽式集热器(parabolic trough collectors)的测量进行了优化。

已知的基于通量密度的方法需要在所述塔上安装固定的硬件，并且还取决于太阳的位置或直接太阳辐射的可用性。由于定日镜数量众多，定日镜的单独校准需要很长时间。

从DE 10 2015 217 086 A1中得知，将飞行装置飞过定日镜场，并记录飞行装置在定日镜反射器上生成的图像，以便通过飞行装置在记录时的位置和图像在反射器上的位置推断出定日镜的朝向。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种测量定日镜的方法，该方法独立于太阳辐射，并且几乎不需要硬件相关的技术工作，而且非常精确、非常快速。此外，本发明的另一个目的是提供一种校准定日镜的方法。

本发明由权利要求1的特征以及权利要求11和权利要求17的特征所限定。

一种用于测量包括太阳能塔的太阳能塔式发电厂的具有多个定日镜的定日镜场的定日镜的方法，每个所述定日镜包括至少一个具有镜面的反射器，包括以下步骤：

a)提供光源，其中所述光源布置在至少某些要测量的的定日镜的反射区域中；

b)对准至少某些要测量的的定日镜，以便将来自光源的光反射到天空中或所述太阳能塔附近的预定义目标点或目标区域上；

c)沿预定义的飞行图案移动具有至少一个相机的飞行装置，围绕所述目标点或目标区域并在所述目标点或目标区域上飞行，并同时以预定时间间隔通过相机捕获一个或多个要测量的的定日镜之一的图像；

d)评估所述图像，其中，对于至少某些图像中的每个要测量的定日镜，确定来自光源的光是否已经反射到所述相机中，并且其中通过先前确定或存储的相应图像的捕获位置，从图像计算虚拟目标(virtual target)，其中在虚拟目标上确定每个要测量的定日镜的焦点；

e)通过虚拟目标上的焦点确定每个要测量的定日镜的目标向量(targetvector)，并将其与目标值进行比较，以确定目标/实际偏差，

其中至少所述步骤a)至c)在太阳辐射低的时间或夜间进行。

所述太阳辐射低的时间可以是例如黎明时分或云层厚重的时间，此时定日镜通常不会将太阳辐射集中到太阳能塔上。

定日镜的“反射区域(reflection area)”是指可被定日镜“看见(visible)”的区域，即来自该区域的某物可以被定日镜的镜面反射。

光源优选布置在塔或所述太阳能塔上。但是其也可以布置在不同位置，或者可以移动并例如布置在第二飞行装置上。

根据本发明的方法具有特别的优势，即可以通过在飞行装置在定日镜上方飞行时对定日镜进行拍摄然后评估图像，以简单的方式测量大量定日镜。例如，还可以针对要测量的定日镜的不同朝向，重复方法步骤b)至e)。在这里，可以在非常短的周期内针对定日镜的不同朝向进行数据采集。因此，本发明的方法一方面有利地通过同时记录多个定日镜实现并行或几乎并行的数据采集，另一方面实现测量点采集的高时间密度。

在夜间执行工艺步骤a)至c)具有特别的优势，因为由于天黑，照明和未照明的定日镜之间存在高对比度，此外，白天的持续运行不会受到干扰。评估图像所需的工作量也相对较低，因为只需确定每个图像和每个要测量的定日镜是否有光反射到相机中。这意味着只需要评估飞行路线上每个位置的二进制信息。

此外，根据本发明的方法的变体，其中光源布置在塔或所述太阳能塔上，其优点在于集中的光束从塔或所述太阳能塔上的光源发出，因此来自固定光源，因此，与使用太阳不同，定日镜的位置不必改变以适应光源的变化位置。

光源也不会对飞行装置造成损坏的风险，例如由于过度辐射，例如在使用太阳辐射时可能发生的情况。

通过在天空中或所述太阳能塔附近选择目标点或目标区域，可以提高测量结果的质量。例如，可以增加目标点或目标区域与定日镜的距离，这可以提高该方法的分辨率和稳定性。可以使用远摄镜头(telephoto lenses)来进一步确保即使在更远的距离下捕获的图像的质量。

在步骤c)中捕获的图像例如也可以记录为一个或多个视频序列。

根据本发明的方法，光源可由目标上产生的光斑(light spot)形成，该目标附接至一个塔，优选所述太阳能塔。目标由外部灯光(external light)照射以形成光斑，该目标反射形成光斑的辐射，或者目标由灯光背光照射(backlit)以形成光斑。这具有以下优点：可以使用太阳能塔上已有的目标来实施根据本发明的方法。此外，目标通常布置在塔上紧邻接收器之处，从而确保要测量的定日镜可以接收目标反射的光并且不被另一个定日镜遮蔽。例如，可以将灯光布置在地面上，从而不需要在太阳能塔上进行与设备相关的额外技术工作。

此外或作为替代，光源可以由布置在太阳能塔上的一个或多个灯光形成。

优选地，光斑或灯光的照明区域的尺寸与至少一个定日镜在太阳塔上(优选地在目标上)的太阳反射的尺寸相适应。还可以设定，光斑或灯光的照明区域的形状与至少一个定日镜在太阳塔上(优选地在目标上)的太阳反射的形状相适应。当使用多个灯光时，灯光形成的照明区域不一定必须完全“照亮”，但灯光也可以间隔开并根据太阳反射的形状和/或尺寸进行布置。

通过使光斑或照明区域的尺寸和/或形状适应反射到太阳能塔上的太阳图像，可以实现定日镜用于反射的部分与定日镜正常使用时使用的部分相当。从而，在测量定日镜时实现了高精度。

飞行装置移动所沿着的飞行图案(flying pattern)可以包括曲折或螺旋形状。这有利地允许覆盖大面积。飞行装置可以是例如无人机。

优选地，飞行图案布置在预设目标点或目标区域所在的平面中。从而避免必须相对于目标区域或目标点所在的平面来转换所捕获的图像。还可以设定所述飞行图案沿虚拟球体(virtual sphere)延伸，这有利的是，每个定日镜相对于由所述飞行图案形成的区域具有相同的倾斜度。

步骤d)和e)可以在步骤c)结束后在与飞行装置离线执行。换句话说：图像可以从飞行装置传输到中央计算机，并且中央计算机可以执行步骤a)至c)的图像评估。基本上，图像的评估当然可以在飞行装置的飞行过程中开始。

根据本发明的方法，在定日镜场中设置多个标记(markers)，其中在步骤d)中，可以通过图像中的标记识别单个要测量的定日镜。这确保可以在每幅图像中清楚地识别定日镜，从而可以确定该定日镜的光是否反射到相机中。

当识别单个要测量的定日镜时，可以使用包括至少某些定日镜和标记的位置的模拟，并且可以将所述模拟与图像进行比较。因此，可以以简单的方式将图像中的像素分配给定日镜。

另一种用于测量包括太阳能塔的太阳能塔式发电厂的具有多个定日镜的定日镜场的定日镜的方法，每个定日镜包括至少一个具有镜面的反射器，所述方法包括以下步骤：

a)提供可移动光源，并将光源移动通过至少某些要测量的定日镜的反射区域；

b)确定光源在不同时间的位置；

c)对准至少某些要测量的定日镜，以便将来自光源的光反射到目标表面上，其中多个相机以网格形式(in a grid)布置在目标表面上；

d)使用相机以指定的时间间隔捕获一个或多个要测量的定日镜的图像；

e)评估所述图像，其中对于每个要测量的定日镜，在至少某些图像中确定来自光源的光是否已经反射到其中一个相机中，并且其中通过先前确定的光源位置从图像确定每个要测量的的定日镜在目标表面上的焦点；

f)通过虚拟目标上的焦点确定每个要测量的定日镜的目标向量，并将其与目标值进行比较，以确定目标/实际偏差，其中至少步骤a)至c)在太阳辐射低的时间或夜间进行。

根据本发明的方法的另一种变体本质上是上述根据本发明的方法的逆转。因此，上述优点也适用于该方法的这种变体。该变体不是固定光源和可移动相机，而是提供可移动光源和固定相机网格。然而，基本上可以设想在目标区域上布置一个或多个可移动相机，这些相机可以定位在与网格点相对应的不同测量点处。例如，可以沿着轨道移动一个或多个相机并在测量点处捕获图像。

可以设定，每个相机或多个相机均具有鱼眼镜头(fisheye lens)，或者每个测量点布置两个相机，两个相机指向不同的方向。因此，每个测量点可以捕获特别大的区域。

可以使用飞行装置移动所述光源。

可以通过视距仪(tachymeter)跟踪光源来确定所述光源的位置。

所述光源可以是从内部点亮的(internally lit)气球。

所述光源可以沿着与太阳在一年中运行的不同轨道相适应的轨迹移动。因此，测量可以独立于太阳的位置进行，其中也可以随时获取对应于一年内仅发生很短时间的太阳位置的测量点的数据。此外，可以在很短的时间内获取大量数据，即数据点的时间密度很高。

根据本发明的方法，可以在定日镜场中设置多个标记，其中在步骤e)中，可以通过图像中的标记识别单个要测量的定日镜。这确保可以在每幅图像中清楚地识别定日镜，从而可以确定该定日镜的光是否反射到相机中。

本发明还提供了一种校准定日镜的方法。在这里，可以执行根据本发明的方法。此后，可以使用目标/实际偏差来校准要测量的定日镜。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明。

唯一的附图是太阳能塔式发电厂10的示意图，参考该图描述了根据本发明的方法的变体。

具体实施方式

根据本发明的方法用于测量定日镜场3中的定日镜1，该定日镜场3具有多个定日镜1，并且是具有太阳能塔7的太阳能塔式发电厂10的一部分。每个定日镜1都包括具有至少一个镜面的反射器5。

目标9布置在太阳能塔7上的接收器12下方。这可以是现有技术方法中用于校准定日镜1的目标9。目标9通过外部灯光11照射，从而在目标9上形成光斑13。光斑13形成用于根据本发明的方法的光源。

根据本发明的方法是在太阳辐射低的时间执行的，例如在夜间。首先，对准部分或全部定日镜1，以便将光源13的光反射到预定义的目标点15上。目标点15可以是例如天空中的点。

携带至少一个相机的飞行装置17沿着预定的飞行图案在目标点15周围和上方飞行，同时通过相机捕获(capture)定日镜1的图像。

随后，对图像进行评估，其中针对每幅图像确定是否可以检测到由定日镜1反射的光源发出的光。然后基于预先确定或存储的相应图像的捕获位置，从图像中计算出虚拟目标19。基于是否可以检测到由定日镜1反射的光源发出的光的信息，可以确定虚拟目标19上相应定日镜1的焦点23。

随后，可以基于虚拟目标19上定日镜1的焦点23确定每个定日镜1的相应目标矢量。可以将该目标矢量与目标矢量的设定值进行比较，该设定值例如根据对太阳能塔式发电厂的评估或通过模拟确定。可以通过与目标值进行比较来确定目标/实际偏差。图中，目标矢量的目标值终点显示为目标焦点25。

目标/实际偏差可用于例如校准相应的定日镜1。

灯光11可设计成使得在目标9上产生的光斑13的大小和形状与太阳光反射在目标9上所产生的光斑的大小和形状相对应。

为了能够在评估图像时识别单个定日镜1，可在定日镜场3中提供标记(markers)21。标记21可在所捕获的图像中识别，并且标记21的位置便于识别单个定日镜1。还可以提供包含定日镜1和标记21的定日镜场3的模拟，可通过将它们与图像进行比较来识别定日镜1。

本发明用于测量定日镜1的方法可用于校准定日镜1，即使用确定的目标/实际偏差校准定日镜1。

本发明方法的优点在于，定日镜1的测量或校准可在太阳能塔式发电厂10不运行时进行，即在夜间进行。测量可独立于太阳位置进行，其中还可在任何时间获取对应于一年中仅短暂出现的太阳位置的测量点的数据。此外，可在极短时间内获取大量数据，即数据点的时间密度(temporal density)高。

此外，可以同时测量大量的定日镜1，因为当飞过定日镜场3时，可以在很短的时间内捕获大量甚至所有定日镜1的图像。由于只需要确定定日镜1是否将光源发出的光反射到相机中，从而可以在图像上识别出来自相应定日镜1的光，因此需要处理的数据量相对较小，因此可以在相对较短的时间内完成该过程。

因此，根据本发明的方法可以节省测量和校准定日镜1的时间，从而可以将该装置所需的与装置相关的技术工作量保持在非常低的水平。

附图标记列表

1 定日镜

3 定日镜场

5 反射器

7 太阳能塔

9 目标

10 太阳能塔式发电厂

11 外部光源

12 接收器

13 光斑

15 目标点

17 飞行装置

19 虚拟目标

21 标记

23 焦点

Claims (17)

1.一种用于测量定日镜场(3)中的定日镜(1)的方法，所述定日镜场(3)具有多个定日镜(1)，并且是具有太阳能塔(7)的太阳能塔式发电厂(10)的一部分，每个定日镜(1)具有至少一个具有镜面的反射器(5)，所述方法包括以下步骤：

a)提供光源；

b)对准至少某些要测量的定日镜，以便将来自光源的光反射到天空中或太阳能塔附近的预定义目标点(15)或目标区域上；

c)沿预定义飞行图案移动具有至少一个相机的飞行装置(17)，围绕目标点或目标区域并在所述目标点或目标区域上飞行，并且同时以预定时间间隔通过相机捕获一个或多个要测量的定日镜之一的图像；

d)评估所述图像，其中，对于至少某些图像中的每个要测量的定日镜，确定来自光源的光是否已经反射到相机中，其中，通过先前确定或存储的相应图像的捕获位置，从图像计算虚拟目标，其中，在虚拟目标上确定每个要测量的的定日镜的焦点；

e)通过虚拟目标(19)上的焦点确定每个要测量的的定日镜的目标向量，并将其与目标值进行比较，以确定目标/实际偏差；

其中，至少步骤a)至c)在太阳辐射低的时间或夜间进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源由在目标(9)上形成的光斑(13)形成，所述目标(9)布置在塔上，所述目标被外部灯光(11)照射以形成光斑并反射形成光斑的辐射，或者所述目标被光背光照射以形成所述光斑(13)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源由布置在太阳能塔上的一个或多个灯光组成。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述光斑或所述灯光的照明区域的尺寸与至少一个定日镜在太阳能塔上、优选在目标上、反射的太阳光的尺寸相适应。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述光斑或所述灯光的照明区域的形状与至少一个定日镜在太阳能塔上、优选在目标上、反射的太阳光的形状相适应。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述飞行图案包括曲折或螺旋形状。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述飞行图案布置在预设目标点或目标区域所在的平面内。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤d)和e)在步骤c)结束后与飞行装置离线执行。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述定日镜场(3)中设置多个标记(21)，其中，在步骤d)中，通过图像中的标记来识别单个要测量的定日镜。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，为了识别单个要测量的定日镜，使用包括至少一些定日镜和标记的位置的模拟，并将模拟与图像进行比较。

11.一种用于测量定日镜场(3)中的定日镜(1)的方法，所述定日镜场具有多个定日镜(1)，并且是具有太阳能塔(7)的太阳能塔式发电厂(10)的一部分，每个定日镜(1)具有至少一个具有镜面的反射器(5)，所述方法包括以下步骤：

a)提供可移动光源，并将所述光源移动通过至少某些要测量的的定日镜的反射区域；

b)确定光源在不同时间的位置；

c)对准至少某些要测量的的定日镜，以便将来自光源的光反射到目标表面上，其中多个相机以网格形式布置在所述目标表面上；

d)使用相机以指定的时间间隔捕获一个或多个要测量的的定日镜的图像；

e)评估所述图像，其中对于每个要测量的的定日镜，在至少一些图像中确定来自光源的光是否已经反射到其中一个相机中，并且其中通过先前确定的光源位置，从图像中确定目标表面上每个要测量的定日镜的焦点；

f)通过虚拟目标上的焦点确定每个要测量的定日镜的目标向量，并将其与目标值进行比较，以确定目标/实际偏差，

其中，至少步骤a)至c)在太阳辐射低的时间或夜间进行。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，每个相机都配有鱼眼镜头，或者每个测量点布置两个相机，分别指向不同的方向。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述光源通过飞行装置移动。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，通过使用视距仪跟踪光源来确定光源的位置。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述光源是内部点亮的气球。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述光源沿着与太阳在一年中运行的不同太阳轨道相适应的轨迹移动。

17.一种用于校准定日镜场中的定日镜(1)的方法，所述定日镜场具有多个定日镜(1)，并且是具有太阳能塔的太阳能塔式发电厂的一部分，每个定日镜(1)具有至少一个具有镜面的反射器，所述方法包括以下步骤：

I)执行根据权利要求1至16之一所述的方法；

II)使用目标/实际偏差校准要测量的定日镜。