DE102020118990A1

DE102020118990A1 - Method for adjusting a heliostat of a solar system

Info

Publication number: DE102020118990A1
Application number: DE102020118990.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Christoph Sattler; Joachim Göttsche; Markus SAUERBORN; Cristiano José Teixeria Boura
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-01-20
Also published as: WO2022012952A1; EP4182613A1

Abstract

Verfahren zum Einstellen eines mindestens eine Spiegelfläche (9) aufweisenden Heliostaten (7) einer Solaranlage mit vorzugsweise mehreren Heliostaten (7), wobei der oder die Heliostate mindestens eine Markierung (15, 15a) auf seiner bzw. ihrer mindestens einen Spiegelfläche (9) aufweist bzw. aufweisen, mit folgenden Schritten:a) Ausrichten des mindestens einen Heliostaten (7) mittels vorgegebenem Ausrichtungssollwert,b) Aufnehmen von Bilddaten der mindestens einen Spiegelfläche (9) des Heliostaten (7),c) Analyse der Bilddaten zur Ermittlung der Position der mindestens einen Markierung (15, 15a) des Heliostaten (7) in den Bilddaten,d) Vergleich der ermittelten Position der mindestens einen Markierung (15, 15a) in den Bilddaten mit einer zuvor für den Ausrichtungssollwert ermittelten Sollposition der mindestens einen Markierung (15, 15a).Method for adjusting a heliostat (7) having at least one mirror surface (9) in a solar system preferably with a plurality of heliostats (7), the heliostat or heliostats having at least one marking (15, 15a) on its or their at least one mirror surface (9). or have, with the following steps:a) aligning the at least one heliostat (7) using a predetermined target alignment value,b) recording image data of the at least one mirror surface (9) of the heliostat (7),c) analyzing the image data to determine the position of the at least one marking (15, 15a) of the heliostat (7) in the image data,d) comparison of the determined position of the at least one marking (15, 15a) in the image data with a target position of the at least one marking (15) previously determined for the target alignment value, 15a).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung von Heliostaten einer Solaranlage. Solaranlagen, wie beispielsweise solare Turmkraftwerke, können Heliostate nutzen, die zweiachsig der Sonne nachgeführt werden, um das Sonnenlicht auf einen Empfänger (Receiver) zu konzentrieren. Der Receiver kann beispielsweise an dem Turm eines Turmkraftwerks angeordnet sein. Das von den Heliostaten reflektierte Licht soll dabei einen Zielpunkt auf dem Receiver möglichst genau treffen.The present invention relates to a method for adjusting heliostats in a solar system. Solar systems, such as solar tower power plants, can use heliostats that track the sun on two axes in order to concentrate the sunlight on a receiver. The receiver can be arranged, for example, on the tower of a tower power plant. The light reflected by the heliostats should hit a target point on the receiver as precisely as possible.

Heliostate besitzen zumeist einen Antrieb mit zwei Aktuatoren, denen eine gewünschte anzufahrende Position (Sollposition) vorgegeben wird. Ferner können im Bereich des Antriebs zwei Sensoren vorgesehen sein (Encoder), um die erreichte Position (Istposition) anzuzeigen. Die Sollposition der Heliostaten wird anhand eines berechneten Sonnenstandes ermittelt.Heliostats usually have a drive with two actuators, to which a desired position to be approached (set position) is specified. Furthermore, two sensors (encoders) can be provided in the area of the drive in order to indicate the position that has been reached (actual position). The target position of the heliostats is determined using a calculated position of the sun.

Große Solarturmkraftwerke weisen ein Heliostatenfeld aus hunderten bis tausenden einzelner Heliostate auf, die dem Sonnenstand individuell nachgeführt werden müssen, damit die reflektierte Direktsolarstrahlung auf vorgegebene Zielpunkte auf den Receiver trifft. In Abhängigkeit von der Qualität der Nachführmechanik und des Antriebs kann es zu größeren Ungenauigkeiten bei der Nachführung kommen. Das führt dazu, dass Solarstrahlung den Receiver nicht mit ausreichender Genauigkeit auf die Zielpunkte auftrifft oder sogar verfehlt und somit ein Teil der vom Heliostatfeld zur Verfügung gestellten Strahlungsleistung nicht vom Receiver nicht optimal oder gar nicht genutzt werden kann. Dieser Effizienzverlust hat einen proportionalen Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad des Solarkraftwerks.Large solar tower power plants have a heliostat field made up of hundreds to thousands of individual heliostats that have to be individually tracked to the position of the sun so that the reflected direct solar radiation hits the receiver at specified target points. Depending on the quality of the tracking mechanism and the drive, there may be major inaccuracies in tracking. As a result, solar radiation does not hit the receiver with sufficient accuracy or even misses the target points and thus part of the radiation power provided by the heliostat field cannot be used optimally or at all by the receiver. This loss of efficiency has a proportional impact on the overall efficiency of the solar power plant.

Heutzutage besteht weiterhin das Problem, dass die tatsächlichen Abweichungen in der Nachführung der Heliostate insbesondere zeitgleich nicht oder nur sehr ungenau erfasst werden kann. Bei großen Heliostaten wird nur der Ist-Wert des Drehgebers (Encoder) des Antriebs genutzt, um eine Abweichung festzustellen. Es wird üblicherweise das sogenannte Kamera-Target-Kalibrierverfahren zur Bestimmung der Abweichung genutzt. In diesen Systemen wird Licht mittels der Spiegelfläche des Heliostaten auf eine weiße Fläche, dem Target, reflektiert. Der vorgegebene Sollwert für den Heliostaten ist dabei so bestimmt, dass sich das auf die weiße Fläche reflektierte Abbild in der Mitte des Targets befinden sollte. Aufgrund der Ungenauigkeiten in den Aktoren und Sensoren und aufgrund einer möglichen Verbiegung des Heliostaten in Abhängigkeit von seiner Steifigkeit, trifft das Abbild durch diese Beeinflussungen irgendwann nicht mehr die Mitte des Targets. Es werden Bilddaten von dem Target mit Abbild aufgenommen, um durch die Auswertung der Bilddaten die Abweichung zu ermitteln. Der Nachteil dieser Methode ist, dass die Heliostaten sequentiell aus dem Receiverfokus herausgefahren werden müssen.Today there is still the problem that the actual deviations in the tracking of the heliostats cannot be recorded at the same time or can only be recorded very imprecisely. With large heliostats, only the actual value of the rotary encoder (encoder) of the drive is used to determine a deviation. The so-called camera target calibration method is usually used to determine the deviation. In these systems, light is reflected onto a white surface, the target, by means of the mirror surface of the heliostat. The specified target value for the heliostat is determined in such a way that the image reflected on the white surface should be in the center of the target. Due to the inaccuracies in the actuators and sensors and due to a possible bending of the heliostat depending on its rigidity, the image no longer hits the center of the target due to these influences. Image data of the target with an image are recorded in order to determine the deviation by evaluating the image data. The disadvantage of this method is that the heliostats have to be moved out of the receiver focus sequentially.

Aufgrund der großen Anzahl von Heliostaten ist ein hoher zeitlicher Aufwand notwendig, um die Abweichungen zu ermitteln. Daher werden derartige Messungen nur einige Male im Jahr durchgeführt.Due to the large number of heliostats, it takes a lot of time to determine the deviations. For this reason, such measurements are only carried out a few times a year.

Während des Betriebs gibt es somit keine Rückmeldung darüber, ob ein einzelner Heliostat seinen Zielpunkt ausreichend genau trifft.During operation, there is therefore no feedback as to whether an individual heliostat hits its target point with sufficient accuracy.

Die Anmelderin hat ein Verfahren entwickelt, bei dem leicht angewinkelte Hilfsspiegel, die auf jeden einzelnen Heliostaten installiert sind, Sonnenstrahlen während des Solarbetriebs auf das Target reflektieren. Mit einer Videokamera und einem Bilderfassungssystem, kann die Ist- mit der Sollposition des Auftreffpunktes ermittelt werden. Dieses Verfahren ist aus DE 10 2009 037 280 A1 der Anmelderin bekannt. Bei diesem Verfahren erfolgt die Kalibrierung ebenfalls sequentiell.Applicant has developed a method whereby slightly angled auxiliary mirrors installed on each individual heliostat reflect sun rays onto the target during solar operation. With a video camera and an image acquisition system, the actual and target position of the point of impact can be determined. This procedure is over DE 10 2009 037 280 A1 known to the applicant. With this method, the calibration also takes place sequentially.

Eine präzise, einfach durchführbare Ermittlung der Abweichung der Heliostaten, die insbesondere während des Betriebs erfolgen kann, wäre jedoch wünschenswert.A precise, easily executable determination of the deviation of the heliostats, which can take place in particular during operation, would be desirable.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zur Einstellung von Heliostaten zur Verfügung zu stellen.It is therefore the object of the present invention to provide a simplified method for adjusting heliostats.

Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.The invention is defined by the features of claim 1.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einstellen, insbesondere Nachführen, eines mindestens eine Spiegelfläche aufweisenden Heliostaten einer Solaranlage mit vorzugsweise mehreren Heliostaten, wobei der oder die Heliostate mindestens eine Markierung auf seiner bzw. ihrer mindestens einen Spiegelfläche aufweist bzw. aufweisen, sind folgende Schritte vorgesehen:

a) Ausrichten des mindestens einen Heliostaten mittels vorgegebenem Ausrichtungssollwert,
b) Aufnehmen von Bilddaten der mindestens einen Spiegelfläche des Heliostats,
c) Analyse der Bilddaten zur Ermittlung der Position der mindestens einen Markierung des Heliostats in den Bilddaten,
d) Vergleich der ermittelten Position der mindestens einen Markierung in den Bilddaten mit einer zuvor für den Ausrichtungssollwert ermittelten Sollposition der mindestens einen Markierung.

In the method according to the invention for setting, in particular tracking, a heliostat having at least one mirror surface in a solar system with preferably several heliostats, the heliostat or heliostats having at least one marking on its or their at least one mirror surface, the following steps are provided:

a) Alignment of the at least one heliostat using a specified alignment target value,
b) recording image data of the at least one mirror surface of the heliostat,
c) analysis of the image data to determine the position of the at least one marking of the heliostat in the image data,
d) Comparison of the determined position of the at least one marking in the image data with a target position of the at least one marking previously determined for the target alignment value.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, dass über eine einfache Aufnahme von Bilddaten der Spiegelfläche des Heliostats und einer Bildanalyse festgestellt werden kann, ob eine Abweichung zwischen der Soll- und Istposition des Heliostaten besteht. Die Bilddaten können beispielsweise eine oder mehrere Fotografien sein, die mittels einer oder mehreren Kameras aufgenommen werden. Die mindestens eine Kamera kann beispielsweise oberhalb des Heliostatfelds an einem Turm, beispielsweise dem Solarturm, befestigt sein. Der vorgegebene Ausrichtungssollwert des Heliostats kann beispielsweise der von der Nachführungssteuerung vorgegebene Wert sein. Dieser ist dem Steuerungssystem der Solaranlage grundsätzlich bekannt, sodass für den entsprechenden Ausrichtungssollwert eine Sollposition der mindestens einen Markierung ermittelt werden kann. Durch den Vergleich der ermittelten Position der Markierung in den Bilddaten und der ermittelten Sollposition, die beispielsweise abgeschätzt oder errechnet werden kann, ist somit auf einfache Art und Weise eine Abweichung der Position des Heliostats feststellbar.The method according to the invention thus provides that a simple recording of image data of the mirror surface of the heliostat and an image analysis can be used to determine whether there is a deviation between the desired and actual position of the heliostat. The image data can be, for example, one or more photographs that are recorded using one or more cameras. The at least one camera can, for example, be attached to a tower, for example the solar tower, above the heliostat field. The preset target alignment value of the heliostat can be, for example, the value preset by the tracking controller. This is basically known to the control system of the solar installation, so that a target position of the at least one marking can be determined for the corresponding target alignment value. By comparing the determined position of the marking in the image data and the determined target position, which can be estimated or calculated, for example, a deviation in the position of the heliostat can be determined in a simple manner.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Verfahrensschritte während des normalen Betriebs der Solaranlage durchgeführt werden können, ohne ihn zu beeinträchtigen. Die einzelnen Verfahrensschritte sind relativ einfach und mittels mindestens einer Kamera und eines Computers bzw. der Steuerung durchführbar, sodass auch Wiederholungen der Verfahrensschritte möglich sind, um mehrfach Abweichungen der Position des Heliostats festzustellen.The method according to the invention has the advantage that the method steps can be carried out during normal operation of the solar system without impairing it. The individual method steps are relatively simple and can be carried out using at least one camera and a computer or the controller, so that the method steps can also be repeated in order to determine multiple deviations in the position of the heliostat.

Die Markierungen können beispielsweise Aufkleber, Kugeln oder Lichtquellen sein, die am Rahmen des Heliostaten montiert sind. Die Markierungen können auch mit einer oder mehreren Farben für das Bilderfassungssystem besser erkenntlich gemacht werden.The markings can be, for example, stickers, balls or light sources mounted on the frame of the heliostat. The markings can also be made more recognizable for the image acquisition system with one or more colors.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in einem weiteren Schritt e) bei Ermittlung einer Abweichung in Schritt d) die Position des Heliostaten anhand der ermittelten Abweichung korrigiert wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit in vorteilhafter Weise unmittelbar nach der Ermittlung einer Abweichung zwischen der Soll- und Istposition des Heliostaten eine Korrektur der Position erfolgen, sodass eine hohe Genauigkeit der Position erreicht werden kann. It is preferably provided that in a further step e) if a deviation is determined in step d), the position of the heliostat is corrected on the basis of the deviation determined. By means of the method according to the invention, the position can thus advantageously be corrected immediately after a deviation between the desired and actual position of the heliostat has been determined, so that a high degree of accuracy of the position can be achieved.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schritte a)-d) oder a)-e) in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt werden.Provision is preferably made for steps a)-d) or a)-e) to be repeated at predetermined time intervals.

In Abhängigkeit von der Häufigkeit der Durchführung der Verfahrensschritte kann somit die Genauigkeit bei der Nachführung der Heliostate erhöht werden. Beispielsweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch ein Online-Verfahren (closed-loop tracking control), wobei während des Solarbetriebs des Heliostaten mehrmals am Tag, gegebenenfalls in kurzen Zeitintervallen (z. B. wenige Sekunden), die Abweichung zwischen Soll- und Istposition des Heliostaten ermittelt wird und ggf. eine Korrektur erfolgt.Depending on the frequency with which the method steps are carried out, the accuracy in the tracking of the heliostats can thus be increased. For example, the inventive method also allows an online method (closed-loop tracking control), during the solar operation of the heliostat several times a day, possibly at short time intervals (z. B. a few seconds), the deviation between the target and actual position of the heliostat is determined and, if necessary, a correction is made.

Vorzugweise ist vorgesehen, dass in Schritt a) mehrere Heliostaten ausgerichtet werden, in Schritt b) Bilddaten der Spiegelfläche mehrerer der Heliostaten aufgenommen werden, wobei die Schritte c) und d) oder c)-e) für mehrere der Heliostate durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit in vorteilhafter Weise, dass mehrere der Heliostate eines Heliostatfelds entsprechend eingestellt werden, sodass eine genaue Nachführung erfolgen kann. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass in Schritt b) beispielsweise eine Fotografie von mehreren Heliostaten erfolgt, wobei dann anhand dieser einmalig aufgenommenen Bilddaten der Soll-Ist-Positionsvergleich mehrerer Heliostaten erfolgt. Dies kann parallel oder auch nacheinander erfolgen.It is preferably provided that in step a) several heliostats are aligned, in step b) image data of the mirror surface of several of the heliostats are recorded, with steps c) and d) or c)-e) being carried out for several of the heliostats. The method according to the invention thus makes it possible in an advantageous manner for several of the heliostats of a heliostat field to be adjusted accordingly, so that precise tracking can take place. In particular, it can be provided that in step b), for example, a photograph is taken of a plurality of heliostats, with the target/actual position comparison of a plurality of heliostats then being carried out on the basis of this image data, which is recorded once. This can be done in parallel or one after the other.

Da dabei lediglich eine Bildaufnahme für mehrere Heliostate erfolgen muss, ist das Verfahren mit geringem Zeitaufwand durchführbar.Since only one image has to be recorded for several heliostats, the method can be carried out with little expenditure of time.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass in Schritt b) die Bilddaten mittels einer oder mehrerer Kameras mit einer ein- oder zweiachsigen Führung aufgenommen werden, wobei die Bilddaten von Heliostaten sequenziell aufgenommen werden, in dem die eine oder mehreren Kameras entsprechend ausgerichtet werden. Die Führung der Kamera bzw. Kameras sollte eine sehr schnelle Einstellung ermöglichen, beispielsweise eine Ausrichtung auf einen oder mehrere Heliostate in wenigen Sekunden (z.B. kleiner 5 Sekunden) oder sogar unter einer Sekunde.The method according to the invention can provide that in step b) the image data is recorded by means of one or more cameras with a one- or two-axis guide, the image data being recorded sequentially by heliostats, in which the one or more cameras are aligned accordingly. The guidance of the camera or cameras should allow for a very quick adjustment, for example an alignment to one or more heliostats in a few seconds (e.g. less than 5 seconds) or even under a second.

Mittels der einer oder mehrerer Kameras mit einer ein- oder zweiachsigen Führung können beispielsweise einzelne Heliostate oder auch eine Gruppe von Heliostaten aufgenommen werden.For example, individual heliostats or also a group of heliostats can be recorded by means of one or more cameras with a one- or two-axis guide.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in oder vor Schritt c) die Bilddaten in Teilabschnitte aufgeteilt werden (Regions of Interest), wobei bei der Analyse der Bilddaten für einen der Heliostate jeweils nur der Teilabschnitt, der den entsprechenden Heliostat oder einen Teilbereich des Heliostaten abbildet, verwendet wird. Mit anderen Worten: Die Bilddaten werden aufgeteilt, sodass sich in einem Teilabschnitt nur ein oder eine geringe Anzahl Heliostate befinden, wobei dann für die Auswertung der Position der Heliostate jeweils nur der entsprechende Teilabschnitt analysiert wird. In einer Bilddatei befindet sich somit jeder einzelne aufgenommene Heliostat in einem definierten Bildbereich, sodass jedem Heliostaten eine sogenannte Region of Interest (ROI) zugeordnet werden kann. Dies ermöglicht eine effizientere Bildauswertung Es ist jedoch auch möglich, dass sich ROIs überlappen, beispielsweise für weiter entfernte Heliostaten. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Teilabschnitt nur einen Teilbereich eines Heliostaten, in dem die Markierung angeordnet ist, abbildet. Dadurch ist der Rechen- und Zeitaufwand für die Analyse der Bilddaten deutlich reduziert, da die zu analysierende Datenmenge deutlich reduziert ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that in or before step c) the image data is divided into sections (regions of interest), with the analysis of the image data for one of the heliostats only the section containing the corresponding heliostat or a section of the heliostat is used. In other words: the image data is divided so that only one or a small number of heliostats are located in a subsection, with only the corresponding subsection then being analyzed for the evaluation of the position of the heliostats. In an image file, each individual recorded heliostat is located in a defined image area, so that a so-called region of interest (ROI) can be assigned to each heliostat. This enables more efficient image evaluation. However, it is also possible for ROIs to overlap, for example for heliostats that are further away. Provision can also be made for a partial section to image only a partial area of a heliostat in which the marking is arranged. This significantly reduces the computational effort and time required for the analysis of the image data, since the amount of data to be analyzed is significantly reduced.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mindestens eine Markierung eine farblich auffällige, das heißt sich gegenüber der Spiegelfläche optisch deutlich abhebende, Markierung sein, beispielsweise eine Farbmarkierung, eine Kugel oder ein Aufkleber. Dies hat den Vorteil, dass die Markierung auf Bilddaten in vorteilhafter Weise erkennbar ist. Die Markierung kann jedoch auch eine Lichtquelle sein. Bei der Aufnahme der Bilddaten können schmalbandige optische Filter verwendet werden, um die Markierung in den Bilddaten besser ermitteln zu können. Aufkleber haben den Vorteil, dass diese auf sehr einfache Art und Weise beispielsweise am Rahmen angebracht werden können. Aufkleber können auch auf einfache Art und Weise ausgetauscht oder entfernt werden.Provision is preferably made for the at least one marking to be a color-conspicuous marking, ie a marking that is visually distinct from the mirror surface, for example a colored marking, a ball or a sticker. This has the advantage that the marking can be recognized in an advantageous manner on image data. However, the marking can also be a light source. When recording the image data, narrow-band optical filters can be used in order to be able to better determine the marking in the image data. Stickers have the advantage that they can be attached to the frame, for example, in a very simple manner. Stickers can also be easily replaced or removed.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei der Ermittlung der Position der mindestens einen Markierung des Heliostats in den Bilddaten ein Pixel, das die mindestens eine Markierung abbildet, oder ein Pixel-Bereich, der die mindestens eine Markierung abbildet, ermittelt wird und für Schritt d) die Sollposition der mindestens einen Markierung als Sollpixel oder Sollpixelbereich ermittelt wird, wobei in Schritt d) der ermittelte Pixel mit dem Sollpixel bzw. der ermittelte Pixelbereich mit dem Sollpixelbereich verglichen wird.It is preferably provided that when determining the position of the at least one marking of the heliostat in the image data, a pixel that maps the at least one marking, or a pixel area that maps the at least one marking, is determined and for step d) the Target position of the at least one marking is determined as target pixel or target pixel area, wherein in step d) the determined pixel is compared with the target pixel or the determined pixel area with the target pixel area.

Die Ermittlung der Position der Markierung in den Bilddaten auf Pixelebene genauso wie die Ermittlung der Sollposition der Markierung als Sollpixel oder Sollpixelbereich erlaubt eine besonders einfache Analyse sowie einen einfachen Vergleich in den Schritten c) und d). Dadurch ist das Verfahren besonders schnell durchführbar, da Bildauswertungen auf Pixelbasis einfach und effektiv durchführbar sind.Determining the position of the marking in the image data at the pixel level as well as determining the target position of the marking as a target pixel or target pixel area allows a particularly simple analysis and a simple comparison in steps c) and d). As a result, the method can be carried out particularly quickly, since image evaluations can be carried out simply and effectively on a pixel basis.

In einer Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der oder jeder Heliostat mindestens drei Markierungen auf seiner bzw. ihrer mindestens einen Spiegelfläche aufweist bzw. aufweisen, wobei in Schritt c) die Position der mindestens drei Markierungen in den Bilddaten ermittelt werden und in Schritt d) ein Vergleich der ermittelten Position der mindestens drei Markierungen in den Bilddaten mit zuvor für den Ausrichtungssollwert ermittelten Sollpositionen der mindestens drei Markierungen erfolgt. Die Verwendung von drei Markierungen und drei Sollpositionen der drei Markierungen hat den Vorteil, dass auf diese Weise die Ebene der Spiegelfläche eines Heliostaten ermittelt werden kann und somit die Ausrichtung der Ebene der Spiegelfläche überprüft werden kann. Dadurch ist die Position und Ausrichtung der Spiegelfläche des Heliostaten in besonders vorteilhafter Weise und sehr genau ermittelbar.In one embodiment of the method it can be provided that the or each heliostat has or have at least three markings on its or their at least one mirror surface, wherein in step c) the position of the at least three markings in the image data is determined and in step d ) a comparison of the determined position of the at least three markings in the image data with target positions of the at least three markings previously determined for the target alignment value is carried out. The use of three markings and three target positions of the three markings has the advantage that in this way the plane of the mirror surface of a heliostat can be determined and the alignment of the plane of the mirror surface can thus be checked. As a result, the position and orientation of the mirror surface of the heliostat can be determined in a particularly advantageous manner and very precisely.

Es kann vorgesehen sein, dass die Heliostate grundsätzlich mindestens drei Markierungen aufweisen und das erfindungsgemäße Verfahren zu Kalibrierungszwecken mittels der mindestens drei Markierungen ausgeführt wird. Anschließend kann das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt werden, wobei lediglich beispielsweise nur eine der drei Markierungen verwendet wird. Das Verfahren mit der Verwendung lediglich einer Markierung kann dann mehrfach wiederholt werden, sodass ein sogenanntes Tracking erfolgen kann. Auf diese Weise ist der Rechenaufwand reduziert, da die Verwendung der mindestens drei Markierungen und der entsprechende Rechenaufwand für die Positionsbestimmung und die Bestimmung der Sollposition der Markierungen lediglich einmal durchgeführt wird.It can be provided that the heliostats basically have at least three markings and the method according to the invention is carried out for calibration purposes using the at least three markings. The method according to the invention can then be repeated, for example only one of the three markings being used. The method using only one marking can then be repeated several times, so that so-called tracking can take place. In this way, the computing effort is reduced since the use of the at least three markings and the corresponding computing effort for determining the position and the determination of the target position of the markings is carried out only once.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren mit der Verwendung der mindestens drei Markierungen auch in vorgegebenen Abständen wiederholt werden, wobei in der Zwischenzeit das Verfahren lediglich mit z.B. nur einer Markierung durchgeführt wird.Of course, the method according to the invention can also be repeated at predetermined intervals using the at least three markings, with the method being carried out in the meantime with only one marking, for example.

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens als Kalibrierungsverfahren mit der Verwendung von mindestens drei Markierungen des Heliostaten kann in gewissen Zeitabständen notwendig sein, da sich beispielsweise Heliostaten aufgrund von Windeinwirkungen verformen oder verdrehen können oder sich ihr Fundament nachträglich setzt.The use of the method according to the invention as a calibration method with the use of at least three markings of the heliostat can be necessary at certain time intervals since, for example, heliostats can deform or twist due to the effects of wind or their foundations can subsequently settle.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bei ausreichend schneller Bildauswertung auch mit der Verwendung der mindestens drei Markierungen zum Tracking verwendet werden.Of course, the method according to the invention can also be used with the use of the at least three markings for tracking if the image evaluation is sufficiently fast.

Bei der Verwendung der Markierung oder der Markierungen in Form von Lichtquellen kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte nachts ausgeführt werden. Insbesondere bei der Verwendung von mindestens drei Markierungen eines Heliostats bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat die Ausführung zu Nachtzeiten den Vorteil, dass eine von einer Nachführposition unterschiedliche Position des Heliostaten verwendet werden kann, sodass beispielsweise eine für die Bestimmung der Ebene der Spiegelfläche besonders vorteilhafte Position mit entsprechendem Ausrichtungssollwert verwendet werden kann.When using the marking or markings in the form of light sources, it can be provided that the method steps are carried out at night. In particular when using at least three markings of a heliostat when carrying out the method according to the invention, the execution at night has the advantage that a position of the heliostat that differs from a tracking position can be used, so that, for example, a position for determining ment of the plane of the mirror surface particularly advantageous position can be used with a corresponding alignment target value.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Möglichkeit, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Position eines Heliostaten im Rahmen eines Tracking-Verfahrens zu überwachen, ist es möglich Heliostaten mit kostengünstigen Nachführmechaniken auszurüsten, da häufiger die Position des Heliostaten angepasst bzw. korrigiert werden kann. Dadurch können die Investitionskosten für Heliostaten und somit auch für eine Solaranlage, die solche verwenden, deutlich reduziert werden. Aufgrund der verbesserten Zielgenauigkeit der einzelnen Heliostate kann darüber hinaus der Wirkungsgrad sowie die Amortisation einer entsprechenden Solaranlage verbessert werden.The method according to the invention and the possibility of using the method according to the invention to monitor the position of a heliostat as part of a tracking method makes it possible to equip heliostats with cost-effective tracking mechanisms, since the position of the heliostat can be adjusted or corrected more frequently. As a result, the investment costs for heliostats and thus also for a solar system that uses such can be significantly reduced. Due to the improved accuracy of the individual heliostats, the efficiency and amortization of a corresponding solar system can also be improved.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Solarstrahlungsreceivers und
2 eine schematische Draufsicht auf die Spiegelfläche eines Heliostaten.

The invention is explained in more detail below with reference to the following figures. Show it:

1 a schematic view of a solar radiation receiver and
2 a schematic plan view of the mirror surface of a heliostat.

In 1 ist eine Solaranlage in Form eines Solarturmkraftwerks 1 schematisch dargestellt. Das Solarturmkraftwerk 1 besteht aus einem Solarturm 3, an dessen oberen Bereich ein Receiver 5 angeordnet ist. Mehrere Heliostate 7 sind als Heliostatenfeld angeordnet. Jeder Heliostat weist eine Spiegelfläche 9 auf.In 1 a solar system in the form of a solar tower power plant 1 is shown schematically. The solar tower power plant 1 consists of a solar tower 3, at the top of which a receiver 5 is arranged. Several heliostats 7 are arranged as a heliostat field. Each heliostat has a mirror surface 9 .

Die Heliostate 7 werden der Sonne nachgeführt, sodass auf die Spiegelflächen 9 auftreffendes Licht auf den Receiver 5 fokussiert wird.The heliostats 7 track the sun so that light incident on the mirror surfaces 9 is focused on the receiver 5 .

Der Solarturm 3 weist ferner eine Kamera 11 auf, mittels der Bilder von den Heliostaten aufgenommen werden können.The solar tower 3 also has a camera 11, by means of which images of the heliostats can be recorded.

Ein entsprechendes Bild eines Heliostaten 7 mit Spiegelfläche 9 ist schematisch in 2 dargestellt. Das in 2 dargestellte Bild zeigt sehr abstrahiert einzelne Pixel 13.A corresponding image of a heliostat 7 with a mirror surface 9 is shown schematically in 2 shown. This in 2 The picture shown shows very abstract individual pixels 13.

Der Heliostat 7 weist ferner auf der Spiegelfläche 9 Markierungen 15, 15a auf.The heliostat 7 also has markings 15, 15a on the mirror surface 9.

Zur Einstellung des Heliostaten 7 kann bei dem in 1 dargestellten Solarturmkraftwerk das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Heliostaten 7 zunächst mittels eines vorgegebenen Ausrichtungssollwert ausgerichtet werden. Der Ausrichtungssollwert kann beispielweise der für die normale Nachführung vorgesehene Sollwert sein.To set the heliostat 7, the in 1 illustrated solar tower power plant, the inventive method can be carried out. In this case, it is provided that the heliostats 7 are initially aligned by means of a predetermined target alignment value. The target alignment value can be, for example, the target value provided for normal tracking.

Anschließend werden Bilddaten der Spiegelfläche 9 der Heliostaten 7 mittels der Kamera 11 aufgenommen. Derartige Bilddaten sind beispielsweise das in 2 dargestellte Bild.Image data of the mirror surface 9 of the heliostat 7 are then recorded by the camera 11 . Such image data is, for example, the in 2 shown image.

Anschließend werden die Bilddaten analysiert und die Position einer der Markierungen 15, 15a ermittelt. Im vorliegenden Fall wurde zuvor bestimmt, dass die Position der Markierung 15a ermittelt werden soll.The image data is then analyzed and the position of one of the markings 15, 15a is determined. In the present case, it was previously determined that the position of the marking 15a should be determined.

Ferner wird beispielsweise in dem Steuerungscomputer des Solarturmkraftwerks eine Sollposition 17 der Markierung für den bei der Aufnahme der Bilddaten vorliegenden Ausrichtungssollwert ermittelt. Hierzu können beispielsweise vorab entsprechende Datensätze berechnet bzw. ermittelt werden.Furthermore, a target position 17 of the marking for the alignment target value present when the image data was recorded is determined, for example, in the control computer of the solar tower power plant. For this purpose, for example, corresponding data records can be calculated or determined in advance.

Anschließend wird die in den Bilddaten ermittelte Position der Markierung 15a mit der Sollposition 17 verglichen.The position of the marking 15a determined in the image data is then compared with the target position 17.

Die ermittelte Abweichung kann zur Korrektur der Position des Heliostaten 7 herangezogen werden, indem beispielsweise ein entsprechender Korrekturbefehl an die Steuerung übermittelt wird.The deviation determined can be used to correct the position of the heliostat 7, for example by transmitting a corresponding correction command to the controller.

Für die Analyse der Bilddaten kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Bilddaten in Teilabschnitte aufgeteilt werden, wobei bei der Analyse der Bilddaten des Heliostaten jeweils nur der Teilabschnitt 19 verwendet wird, der den entsprechenden Heliostat 7 abbildet oder beispielsweise Teilbereiche des entsprechenden Heliostaten 7. In 2 ist ein entsprechender Teilabschnitt 19 schematisch dargestellt. Bei einer Verwendung eines Teilabschnitts 19, der nur Teilbereiche des Heliostaten 7 abbildet, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren darauf zu achten, dass die entsprechend interessierende Markierung 15a in dem entsprechenden Teilabschnitt 19 enthalten ist.For the analysis of the image data, it can be provided, for example, that the image data is divided into sections, with the analysis of the image data of the heliostat only using the section 19 that depicts the corresponding heliostat 7 or, for example, sections of the corresponding heliostat 7. In 2 a corresponding section 19 is shown schematically. When using a section 19 that only depicts sections of the heliostat 7 , care must be taken in the method according to the invention that the corresponding marking 15a of interest is contained in the corresponding section 19 .

Durch die Aufteilung der Bilddaten in Teilabschnitte kann die für die Analyse notwendige Rechenleistung deutlich reduziert werden, da nur ein Teilabschnitt 19 der Bilddaten anstelle der gesamten Bilddaten zu analysieren ist.By dividing the image data into sections, the computing power required for the analysis can be significantly reduced since only a section 19 of the image data has to be analyzed instead of the entire image data.

Die Markierungen 15, 15a können beispielsweise Lichtquellen sein.The markings 15, 15a can be light sources, for example.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Markierung 15a verwendet wird, kann in vorgegebenen Zeitabständen wiederholt durchgeführt werden, wodurch eine Online-Überwachung der Nachführung in vorteilhafter Weise ermöglicht wird.The method according to the invention, in which the marking 15a is used, can be carried out repeatedly at predetermined time intervals, as a result of which online monitoring of the tracking is advantageously made possible.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass alle Markierungen 15, 15a bei der Analyse berücksichtig werden. Durch die Verwendung aller drei Markierungen 15, 15a kann die Ebene des Spiegels ermittelt werden. Durch einen Vergleich der ermittelten Position der mindestens drei Markierungen in den Bilddaten mit zuvor für den entsprechenden Ausrichtungssollwert ermittelten Sollposition der mindestes drei Markierungen kann somit festgestellt werden, ob bei einem vorgegebenen Ausrichtungssollwert die Ebene der Spiegelfläche 9 des Heliostaten 7 in korrekter Weise ausgerichtet ist. Der entsprechende Verfahrensschritt, bei dem alle mindestens drei Markierungen 15, 15a ausgewertet werden, kann als ein Kalibrierungsschritt für das zuvor beschriebene Verfahren, bei dem lediglich die Markierung 15a verwendet wird, eingesetzt werden. In the method according to the invention it can also be provided that all markings 15, 15a must be taken into account in the analysis. By using all three markings 15, 15a, the level of the mirror can be determined. By comparing the determined position of the at least three markings in the image data with the target position of the at least three markings previously determined for the corresponding target alignment value, it can thus be determined whether the plane of the mirror surface 9 of the heliostat 7 is correctly aligned for a specified target alignment value. The corresponding method step, in which all at least three markings 15, 15a are evaluated, can be used as a calibration step for the method described above, in which only the marking 15a is used.

Der Kalibrierungsschritt kann in vorgegebenen Abständen wiederholt werden. Ist der Kalibrierungsschritt schnell genug, d.h. im Bereich von wenigen Sekunden, kann das Verfahren mit mindestens drei Markierung auch direkt als Tracking-Verfahren genutzt werden.The calibration step can be repeated at predetermined intervals. If the calibration step is fast enough, i.e. in the range of a few seconds, the method with at least three markings can also be used directly as a tracking method.

Bei der Analyse der Bilddaten kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ermittelt wird, in welchem Pixel der Bilddaten sich die Markierung oder der Markierungen 15, 15a befindet bzw. befinden und auch die entsprechende Sollpositionen können als Pixel bestimmt werden.When analyzing the image data, it can be provided, for example, that it is determined in which pixel of the image data the marking or markings 15, 15a is or are located and the corresponding target positions can also be determined as pixels.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Nachführmechaniken der Heliostaten 7 kostengünstiger ausgeführt werden, da keine hochgenauen Antriebe und Nachführmechaniken notwendig sind, da die Nachführung der Heliostate online überwacht werden kann und bei Abweichungen ggf. Nachjustierungen erfolgen können.With the method according to the invention, the tracking mechanisms of the heliostats 7 can be implemented more cost-effectively, since no high-precision drives and tracking mechanisms are required, since the tracking of the heliostats can be monitored online and, if necessary, readjustments can be made in the event of deviations.

BezugszeichenlisteReference List

11: Solarturmkraftwerksolar tower power plant
33: Solarturmsolar tower
55: Receiverreceivers
77: Heliostatheliostat
99: Spiegelflächemirror surface
1111: Kameracamera
1313: Pixelpixel
1515: Markierungmark
15a15a: Markierungmark
1717: Sollpositiontarget position
1919: Teilabschnittsection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102009037280 A1 [0007]

Claims

Method for adjusting a heliostat (7) having at least one mirror surface (9) in a solar system preferably with a plurality of heliostats (7), the heliostat or heliostats having at least one marking (15, 15a) on its or their at least one mirror surface (9). or have, with the following steps: a) aligning the at least one heliostat (7) using a predetermined target alignment value, b) recording image data of the at least one mirror surface (9) of the heliostat (7), c) Analysis of the image data to determine the position of the at least one marking (15, 15a) of the heliostat (7) in the image data, d) Comparison of the determined position of the at least one marking (15, 15a) in the image data with a target position of the at least one marking (15, 15a) previously determined for the target alignment value.

procedure after claim 1 , characterized by the following step: e) if a deviation is determined in step d): correction of the position of the heliostat (7) based on the deviation determined.

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that steps a) to d) or a) to e) are repeated at predetermined time intervals.

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that in step a) several heliostats are aligned, in step b) image data of the mirror surfaces of several of the heliostats (7) are recorded, steps c) and d) or c) to e) for several of the heliostats (7 ) be performed.

procedure after claim 4 , characterized in that in step b) the image data are recorded by means of one or more cameras (11) with a one- or two-axis guide, the image data being recorded sequentially by heliostats, in which the one or more cameras are aligned accordingly.

procedure after claim 4 or 5 , characterized in that in or before step c) the image data are divided into sub-sections (19) (regions of interest), wherein when analyzing the image data for one of the heliostats only the sub-section (19) that contains the corresponding heliostat (7th ) or a portion of the corresponding heliostat (7) is used.

Procedure according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the at least one marking (15, 15a) is a sphere, a sticker or a light source.

Procedure according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that in step c) when determining the position of the at least one marking (15, 15a) of the heliostat (7) in the image data, a pixel that depicts the at least one marking (15, 15a), or a pixel area, which maps the at least one marking (15, 15a), is determined and for step d) the target position of the at least one marking (15, 15a) is determined as a target pixel or target pixel area, wherein in step d) the determined pixel with the target pixel or the determined pixel area is compared with the target pixel area.

Procedure according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the or each heliostat (7) has or have at least three markings (15, 15a) on its or their at least one mirror surface (9), wherein in step c) the positions of the at least three markings (15, 15a) are determined in the image data and in step d) the determined positions of the at least three markings (15, 15a) in the image data are compared with target positions of the at least three markings (15, 15a) previously determined for the target alignment value.

procedure after claim 9 , where the steps are performed during the day and/or at night.