DE102020118995A1

DE102020118995A1 - Verfahren zur Bestimmung der Orientierung von Spiegeln von Heliostaten in einem Heliostatenfeld

Info

Publication number: DE102020118995A1
Application number: DE102020118995.8A
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: WO2022012953A1; EP4182614A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Orientierung von mindestens einem Spiegel (12) mindestens eines Heliostaten (11) in einem Heliostatenfeld (10), wobei das Heliostatenfeld (10) eine Bodenfläche umfasst, auf der der mindestens ein Heliostat (11) angeordnet ist, mit den Schritten:a) Scannen des Heliostatenfelds (10) zur Ermittlung von Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten, wobei elektromagnetische Strahlung ausgesendet und zumindest ein Teil von diffus reflektierter elektromagnetischer Strahlung zur Bildung der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten empfangen wird,b) Analysieren der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten bezüglich eines oder mehrerer erster Bereiche (12a) ohne empfangene reflektierte Strahlung und/oder eines oder mehrerer sich von der Bodenfläche abhebender zweiter Bereiche (12b, 12c) mit empfangener reflektierter Strahlung,c) Bestimmen einer Form oder von Formen des oder der ersten Bereiche (12a) und/oder Bestimmen einer Form oder von Formen des oder der zweiten Bereiche (12b, 12c), und Zuordnen des oder der ersten Bereiche (12a) bzw. des oder der zweiten Bereiche (12b, 12c) zu dem mindestens einen Heliostat (11),d) Bestimmen einer Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels (12) des mindestens einen Heliostaten (11) aus der zugeordneten Form oder den jeweils zugeordneten Formen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Orientierung von mindestens einem Spiegel mindestens eines Heliostaten bzw. eines den Spiegel eines Heliostaten umgebenden Rahmens in einem Heliostatenfeld sowie ein entsprechendes System.
Eine besondere Herausforderung bei Heliostatenfeldern ist die Nachführung der Orientierung der Heliostaten, wobei die optimale Orientierung grundsätzlich abhängig ist von der Position eines Solarreceivers, auf den das Heliostatenfeld ausgerichtet sein soll, von der Position der einzelnen Heliostaten sowie vom Sonnenstand. Aufgrund der ständigen Änderung des Sonnenstands, ist die Nachführung essenziell für die Effizienz eines Heliostatenfelds. Ferner umfassen Heliostatenfelder üblicherweise eine große Anzahl an Heliostaten, die, da sie unterschiedlich zum Receiver positioniert sind, jeweils eine individuelle und präzise Nachführung erfordern, damit die Solarstrahlung in gewünschter Weise auf den Solarreceiver reflektiert wird. Somit weist in der Regel jeder Heliostat eine eigene Nachführvorrichtung auf, wobei es abhängig von der Qualität der Nachführvorrichtung zu Ungenauigkeiten bei der Nachführung kommen kann. Dies führt dazu, dass Solarstrahlung den Solarreceiver verfehlt und somit ein Teil der vom Heliostatfeld zur Verfügung gestellten Strahlungsleistung nicht mehr vom Solarreceiver nutzbar gemacht werden kann oder dass Solarstrahlung nicht auf den vorgesehenen Zielpunkt auf den Solarreceiver trifft und sich dadurch eine ungünstigere Flussdichteverteilung einstellt. Der Wirkungsgrad des Heliostatenfelds bzw. eines Solarkraftwerks mit einem Heliostatenfeld ist somit maßgeblich von der Orientierung der Heliostaten abhängig.
Es mangelt an effizienten Verfahren zur Bestimmung der Orientierung von Heliostaten in einem Heliostatenfeld. Viele Heliostatenfelder weisen nur eine Kalibrierungsmöglichkeit auf. Bei einer Kalibrierung werden die Heliostaten während des Betriebs des Solarkraftwerks einzeln vom Solarreceiver auf ein Kalibrierungstarget gerichtet (dies ist z. B. eine weiße Fläche unterhalb des Solarreceivers), wobei ein Offset des Lichtpunkts, der vom jeweiligen Heliostaten auf das Kalibrierungstarget geworfen wird, zum Mittelpunkt des Kalibrierungstargets ermittelt wird. Der Heliostat wird dann so verfahren, bis sich der Lichtpunkt auf einer Sollposition in der Mitte des Kalibrierungstargets befindet. Anschließend wird der so kalibrierte Heliostat wieder zurück auf den Solarreceiver gerichtet. Die Kalibrierung ist mit einem hohen zeitlichen Aufwand verbunden, insbesondere bei Heliostatenfeldern mit einer großen Anzahl von Heliostaten. Ferner führt die Methode zu Ungenauigkeiten, da die Nachführgenauigkeit der einzelnen Heliostaten während des Betriebs aufgrund von Getriebespielen und unterschiedlichen Krafteinflüssen auf die Haltestruktur der Spiegel variieren bzw. sich aufgrund von Verschleiß ändern kann.
Es ist ferner erforderlich, die Heliostaten für die Kalibrierung sequenziell aus dem Fokus des Solarreceivers zu fahren, was den Kalibriervorgang für einen Heliostaten sehr langwierig macht. Die Kalibrierung des gesamten Heliostatenfeldes kann daher abhängig von der Heliostatenfeldgröße sogar mehrere Wochen dauern. In der Regel werden, um die Trackingqualität nach dem Kalibrieren möglichst lange zu gewährleisten, relativ teure und präzise Nachführvorrichtungen an den einzelnen Heliostaten eingesetzt. Etwa 50 Prozent der Investitionskosten für ein Solarkraftwerk mit einem Heliostatenfeld entfallen üblicherweise auf das Heliostatenfeld, was nicht zuletzt durch die Erfordernisse einer präzisen Nachführung bedingt ist. Ferner liegen bei derartigen Heliostatenfeldern vor der Kalibrierung keine präzisen Informationen zur Einhaltung oder Abweichung der Orientierung der Heliostaten vor. Mit anderen Worten: Da eine Kalibrierung ohne eine vorherige Bestimmung der Orientierung durchgeführt wird, erfolgt die Kalibrierung grundsätzlich auf Verdacht, also ohne zu wissen, ob überhaupt schon eine Kalibrierung notwendig ist oder bereits deutlich früher notwendig gewesen wäre.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein System bereitzustellen, welches die Bestimmung der Orientierung von Spiegeln von Heliostaten in einem Heliostatenfeld vereinfacht und es ermöglicht, die Nachführung bzw. Korrektur der Orientierung der Heliostaten gegenüber dem Stand der Technik effizienter und kostengünstiger zu gestalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruch 1 definiert. Das erfindungsgemäße System ist durch die Merkmale des Anspruchs 11 definiert.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Orientierung von mindestens einem Spiegel mindestens eines Heliostaten in einem Heliostatenfeld, wobei das Heliostatenfeld eine Bodenfläche aufweist, auf der der mindestens eine Heliostat angeordnet ist, umfasst die Schritte:

a) Scannen des Heliostatenfelds zur Ermittlung von Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten, wobei elektromagnetische Strahlung ausgesendet und zumindest ein Teil von diffus reflektierter elektromagnetischer Strahlung zur Bildung der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten empfangen wird,
b) Analysieren der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten bezüglich eines oder mehrerer erster Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung und/oder eines oder mehrerer sich von der Bodenfläche abhebender zweiter Bereiche mit empfangener reflektierter Strahlung,
c) Bestimmen einer Form oder von Formen des oder der ersten Bereiche und/oder Bestimmen einer Form oder von Formen des oder der zweiten Bereiche, und Zuordnen des oder der ersten Bereiche bzw. des oder der zweiten Bereiche zu dem oder mindestens einem Heliostaten,
d) Bestimmen einer Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten oder von mindestens einem Heliostaten aus der zugeordneten Form oder den jeweils zugeordneten Formen.

Bei einem Auftreffen der elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise Laserstrahlung, auf eine Spiegelfläche eines Heliostaten, wird die elektromagnetische Strahlung gerichtet reflektiert. Trifft die elektromagnetische Strahlung hingegen auf eine Stelle im Heliostatenfeld, die keine Spiegelfläche ist, wie beispielsweise einem Rahmen des Spiegels oder von Objekten hinter Spalten zwischen Spiegelfacetten, wird die Strahlung diffus reflektiert. Bei einer gerichteten Reflexion wird die Strahlung als Ganzes nach dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel) reflektiert, so dass beim Scannen keine reflektierte Strahlung empfangen wird. Für Spiegelflächen werden aufgrund der gerichteten Reflexion somit keine oder nahezu keine Scan-Daten empfangen, während die diffuse Reflexion der übrigen Teile des Heliostatenfelds zumindest teilweise empfangen werden kann, so dass Scan-Daten vorliegen. Die ersten Bereiche, für die keine Scan-Daten vorliegen, repräsentieren somit die Spiegelflächen. Für das übrige Heliostatenfeld, d. h. für diejenigen Teile des Heliostatenfelds, die keine Spiegelflächen sind, liegen idealerweise hingegen Scan-Daten vor. Die Scan-Daten sind mit anderen Worten Negativabbild der Spiegelflächen des mindestens einen Heliostaten im Heliostatenfeld, insbesondere ein auf den Boden projiziertes Negativabbild. Die Scan-Daten können insbesondere eine Punktwolke beschreiben, die das Heliostatenfeld abbildet. Die sich aus den Scan-Daten ergebende Form von üblichen, rechteckigen Spiegelflächen kann beispielsweise ein Parallelogramm oder Trapez sein bzw. die sich ergebenden Formen können beispielsweise Parallelogramme oder Trapeze sein.
Werden beim Scannen des Heliostatenfelds 3D-Scan-Daten ermittelt, beispielsweise als räumlich aufgelöste Punktwolke, können die 3D-Scan-Daten auf zweite Bereiche mit empfangener elektromagnetischer Strahlung, die sich räumlich von der Bodenfläche abheben, analysiert werden. Die zweiten Bereiche mit empfangener elektromagnetische Strahlung, die sich räumlich von der Bodenfläche abheben, können beispielsweise Rahmen der Spiegel der Heliostaten, Anbauteile der Heliostaten, an den Spiegeln der Heliostaten vorgesehene Reflektorflächen oder Verschmutzungen auf den Spiegeln der Heliostaten, die - anders als saubere Spiegelflächen - auftreffende elektromagnetische Strahlung diffus reflektieren, abbilden. Aus den zweiten Bereichen können Formen bestimmt werden, die einen Rückschluss auf die Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten zulassen.
Die Position des mindestens einen Heliostaten innerhalb eines Heliostatenfelds ist üblicherweise bekannt, so dass der jeweilige Bereich bzw. die jeweiligen Bereiche oder die jeweilige Form bzw. die jeweiligen Formen eindeutig jeweils einem Heliostaten zuordenbar ist bzw. sind. Durch die eindeutige Zuordenbarkeit können bei mehreren Heliostaten die Scan-Daten bei Bedarf für jeden Heliostaten isoliert bzw. parallel verarbeitet werden. Beispielsweise kann dadurch ein Defekt oder eine besonders stark ausgeprägte Fehlorientierung eines bestimmten Heliostaten detektiert werden. Somit kann auf einfache Weise festgestellt werden, ob ein bestimmter Heliostat eine entsprechende Wartung erfordert.
Ferner ist üblicherweise zu jedem Zeitpunkt der Sonnenstand bzw. die Position der Sonne relativ zum Heliostatenfeld bekannt, anhand der mittels Steuerungsdaten für die Nachführung auf die grobe Orientierung der Spiegel der Heliostaten geschlossen werden kann. So sind die Spiegel der Heliostaten in der Regel auch bei ungenauer Orientierung zumindest grob in Richtung der Sonne ausgerichtet. Ergibt sich bei der Bestimmung der Orientierung auf Grundlage der Formen der Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung keine eindeutige Orientierung der jeweiligen Spiegel, kann anhand des Rückschlusses auf die grobe Orientierung der Spiegel zwischen mehreren Orientierungen diejenige Orientierung ausgewählt werden, die für den jeweiligen Spiegel am wahrscheinlichsten zutrifft. Mit anderen Worten: Ergibt sich durch die Bestimmung der Orientierung für einen Spiegel eine Form, die sowohl bei einer Orientierung des Spiegels in eine erste Richtung als auch bei einer Orientierung des Spiegels in eine zweite Richtung auftreten könnte, kann anhand des Rückschlusses vom Sonnenstand grob auf die Orientierung des Spiegels entschieden werden, ob die Ist-Orientierung des Spiegels der ersten oder der zweiten Richtung entspricht.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt als prädikatives Verfahren implementiert sein, wobei zum Zeitpunkt der Bestimmung der Orientierung oder zeitlich vor der Bestimmung der Orientierung für den oder die Heliostaten im Heliostatenfeld im Voraus berechnet wird, welche Formen sich an welcher Position im Heliostatenfeld beim Scannen ergeben müssten, so dass der oder die Heliostaten in Richtung des Solarreceivers ausgerichtet ist.
Mit anderen Worten, für den Zeitpunkt der Bestimmung der Orientierung kann in Abhängigkeit des Sonnenstands sowie der Position des Scanners, für jeden Heliostaten im Voraus berechnet werden, wo die projizierten Spiegelflächen auf dem Erdboden auftreffen müssten, sodass der Heliostat präzise seinen Zielpunkt auf dem Receiver trifft. Auf diese Weise kann gezielt für den mindestens einen oder jeden Heliostaten nur ein kleiner Teil der Scan-Daten für eine Analyse herangezogen werden, wodurch der Rechenaufwand reduziert wird und eine schnelle Analyse erfolgen kann. Die Analyse kann z. B. erfolgen, indem ein Teil der Scan-Daten auf eine flache Ebene projiziert werden, sodass die prädiktive Projektion der Spiegelform mit dem Teil der Scan-Daten zügig verglichen werden kann.
Das prädiktive Verfahren kann die Unebenheiten des Bodens, auf dem das Heliostatenfeld steht, einbeziehen, wobei der Boden des Heliostatenfelds für einen Algorithmus des prädiktiven Verfahrens bekannt sein muss, z. B. durch eine zuvor durchgeführte Erfassung mittels eines Laser-Scanners.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden keine zusätzlichen Reflektoren, die an den Heliostaten angebracht sind, benötigt. Das Verfahren kann somit auch bei bestehenden Heliostatenfeldern kostengünstig, nachträglich implementiert werden. Ferner ermöglicht das Verfahren mit geringem Aufwand die Schaffung einer validen Datengrundlage über die Orientierung der Heliostaten in einem Heliostatenfeld sowie über die Veränderung der Orientierung durch Umwelteinflüsse oder durch Defekte an den Heliostaten.
Das Scannen des Heliostatenfelds erlaubt es unabhängig von der Anzahl der Heliostaten und der Größe des Heliostatenfelds mit geringem Aufwand die Orientierung der Spiegel der Heliostaten zu erfassen. Auch eine große Zahl von Heliostaten kann somit effizient erfasst werden, bzw. kann deren Orientierung auf effiziente Weise überprüft werden.
Insbesondere wurde festgestellt, dass Scan-Daten des Heliostatenfelds eine Projektion des mindestens einen Heliostaten des Heliostatenfelds in eine Projektionsebene beschreiben, wobei die Projektionsebene parallel zu einer Oberfläche eines Areals verläuft, auf dem sich das Heliostatenfeld befindet. Die Projektionsebene entspricht dabei insbesondere der horizontalen Oberfläche des Areals, auf dem sich das Heliostatenfeld befindet.
Die Projektion des mindestens einen Heliostaten in eine Projektionsebene erfolgt unter einem bestimmten Projektionswinkel, der von der Position, von der das Scannen erfolgt, sowie von der Lage der Projektionsebene abhängig ist. Die Projektion ist daher eine schiefe Projektion des mindestens einen Heliostaten. Bei der Verwendung eines Laser-Scanners zum Scannen des Heliostatenfelds kann der Laser-Scanner beispielsweise auf einem Solarturm angeordnet sein und das Heliostatenfeld von oben scannen. Dadurch, dass die Heliostaten in dieselbe Projektionsebene projiziert werden, kann die Zuordnung der Formen der Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung unter Berücksichtigung des Projektionswinkels zu den jeweiligen Heliostaten auf besonders einfache Weise erfolgen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Form oder die Formen mit vordefinierten Eigenschaften und/oder mit vordefinierten Formen abgeglichen wird oder werden, wobei für die Form oder die Formen eine vordefinierte Eigenschaft und/oder eine vordefinierte Form ausgewählt wird, wobei die Auswahl vorzugsweise anhand eines Abgleichergebnisses erfolgt, und wobei bei einer Abweichung zwischen der Form oder den Formen von der ausgewählten vordefinierten Eigenschaften und/oder der ausgewählten vordefinierten Form eine Interpolation erfolgt, um die Form oder der Formen an die ausgewählte vordefinierte Eigenschaft und/oder an die ausgewählte vordefinierte Form anzupassen.
Da die Gestalt und Anordnung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten im Heliostatenfeld bekannt ist, liegen ausreichende Informationen darüber vor, welche Eigenschaften durch das Scannen erfasste Formen haben können und/oder welchen vordefinierten Formen die erfassten Formen aufweisen können. Abweichungen von vordefinierten Eigenschaften und/oder vordefinierten Formen können sich insbesondere durch verschmutzte oder verdeckte Spiegelflächenabschnitte ergeben. Eine Verschmutzung von Spiegelflächenabschnitten kann insbesondere durch Umwelteinflüsse entstehen. Eine Verdeckung von Spiegelflächenteilen kann einerseits durch Umwelteinflüsse, beispielsweise durch Tiere, aber auch - insbesondere, wenn mehrere Heliostaten im Heliostatenfeld eng nebeneinander angeordnet sind - durch ein gegenseitiges teilweises Verdecken der Heliostaten, oder durch beispielsweise Reflektoraufkleber o.ä. auftreten. Durch die Interpolation bzw. Berechnung der Formen, die von vordefinierten Eigenschaften und/oder Formen abweichen, wird auch bei verschmutzten oder verdeckten Spiegelteilen eine valide Bestimmung der Orientierung ermöglicht. Die Bestimmung der Orientierung des mindestens einen Heliostaten kann somit auch bei verschmutzten oder verdeckten Spiegelflächenteilen erfolgen. Die vordefinierten Eigenschaften können insbesondere geometrische Eigenschaften umfassen, beispielsweise Bedingungen bezüglich der Gestalt der Ränder oder der Anzahl der Ecken der Formen. Die vordefinierten Formen können Formen aus einem Pool von Formen sein, mit denen erfasste Formen abgleichbar sind.
Wenn aufgrund von teilweiser Verdeckung eines Heliostaten die durch das Scannen erfasste Form oder erfassten Formen unvollständig ist bzw. sind, also beispielsweise nur einen Teilbereich einer Trapezform, beispielsweise ein oberer Bereich einer Trapezform, darstellt, kann auch diese ausreichend zur Bestimmung der Orientierung eines Heliostaten sein. Eine Interpolation zur Bestimmung der vollständigen Form ist bei der Erfassung von unvollständigen Formen somit nicht immer notwendig.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner den folgenden Schritt auf:

e) Bestimmen einer Abweichung der Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten zu einer Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten bzw. eines den Spiegel eines Heliostaten zumindest teilweise umgebenden Rahmens anhand von Daten über den Sonnenstand, der Position eines Zielpunkts auf einem Solarreceiver, auf den der mindestens eine Spiegel des mindestens einen Heliostaten ausgerichtet sein soll, und der Position des mindestens einen Heliostaten bestimmt ist.
Die Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten entspricht üblicherweise derjenigen Orientierung, die eine bestmögliche Ausbeute der Sonnenenergie oder die eine gewünschten Verteilung der Strahlung auf einer Receiverempfangsfläche gewährleistet. Mittels eines Vergleichs zwischen der Ist-Orientierung und der Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels lässt sich auf einfache Weise der Grad der Abweichung bestimmen, der als geeigneter Ausgangspunkt herangezogen werden kann, um die Effizienz eines Heliostatenfelds bzw. eines Solarkraftwerks mit einem Heliostatenfeld zu bestimmen. Ferner kann auf der Grundlage der Abweichung bestimmt werden, ob eine Nachführungskorrektur bzw. Korrektur der Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten erforderlich ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann ferner den folgenden Schritt aufweisen:

f) Korrektur der Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Abweichung der Ist-Orientierung von der Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch ein Verfahren zur Bestimmung und Steuerung der Orientierung von mindestens einem Spiegel mindestens eines Heliostaten in einem Heliostatenfeld sein.
Mit anderen Worten, werden die aus den oben genannten Verfahren erhältlichen Ergebnisse zur Korrektur der Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten verwendet, um zu erreichen, dass insbesondere die Abweichung der Ist-Orientierung von der Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegt.
Die Korrektur der Ist-Orientierung der Heliostaten kann insbesondere durch eine oder mehrere Nachführvorrichtungen an dem mindestens einen Spiegel des mindestens einen Heliostaten erfolgen. Besonders vorteilhaft ist, dass der mindestens eine Heliostat weder für die Bestimmung der Orientierung noch für die nachgelagerte Korrektur von dessen Ist-Orientierung aus dem Fokus eines Solarreceivers, auf den der mindestens eine Heliostat ausgerichtet ist, gefahren werden muss. Der Wirkungsgrad des Heliostatenfels bzw. eines Solarkraftwerks mit einem Heliostatenfelds wird somit gesteigert, da der Betrieb zur Korrektur nicht beeinträchtigt werden muss. Gleichzeitig werden die Kosten für die Nutzbarmachung der Solarenergie verringert. Die Korrektur kann daher in vergleichsweise kurzen Zeitabständen wiederholt werden, ohne Wirkungsgradverluste zu verursachen. Dadurch kann einerseits gewährleistet werden, dass die Ist-Orientierung des mindestens einen Heliostaten nicht über einen Toleranzbereich hinaus von der Soll-Orientierung des mindestens einen Heliostaten abweicht. Andererseits kann durch die Möglichkeit der einfachen Bestimmung und Korrektur der Ist-Orientierung des mindestens einen Heliostaten auf günstigere Nachführvorrichtungen zugrückgegriffen werden, da ein etwaiger Einfluss einer geringeren Qualität von Nachführvorrichtungen durch eine häufigere Bestimmung und Korrektur der Orientierung innerhalb kürzerer Zeitabstände ausgeglichen werden kann. Somit können die Investitionskosten für das Heliostatenfeld reduziert werden, ohne dessen Wirkungsgrad zu beeinträchtigen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Korrektur der Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten automatisch erfolgt, wenn eine Abweichung der Ist-Orientierung von der Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels außerhalb des vordefinierten Toleranzbereichs liegt.
Durch die Festlegung eines Toleranzbereichs für die Abweichung zwischen der Ist-Orientierung und der Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten ist es in vorteilhafter Weise möglich, in Abhängigkeit von der Abweichung eine automatische Korrektur der Ist-Orientierung vorzunehmen. Mit anderen Worten: Die Bestimmung der Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten erfolgt in regelmäßigen Zeitabständen oder kontinuierlich, wobei die Korrektur die Ist-Orientierung automatisch erfolgt, wenn die Abweichung zwischen der Ist-Orientierung von der Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten außerhalb eines Toleranzbereichs liegen. Dadurch kann die Effizienz bei der Nachführung der Heliostaten erhöht werden.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Heliostatenfeld mehrere Heliostaten umfasst, wobei die Schritte a) bis d) oder a) bis e) oder a) bis f) für mehrere Heliostaten, vorzugsweise für alle Heliostaten des Heliostatenfelds durchgeführt werden.
Die Durchführung der Schritte a) bis d) für mehrere Heliostaten auf einem Heliostatenfeld umfasst a) Scannen des Heliostatenfelds mit mehreren Heliostaten zur Ermittlung von Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten, wobei elektromagnetische Strahlung ausgesendet und zumindest ein Teil von diffus reflektierter elektromagnetischer Strahlung zur Bildung der Scan-Daten empfangen wird,

b) Analysieren der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten bezüglich mehrerer erster Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung und/oder mehrerer sich von der Bodenfläche abhebender zweiter Bereiche mit empfangener reflektierter Strahlung, c) Bestimmen von Formen der ersten Bereiche und/oder Bestimmen der zweiten Bereiche, und Zuordnen der ersten und/oder zweiten Bereiche zu Heliostaten, und d) ein Bestimmen einer jeweiligen Ist-Orientierung der Spiegel der Heliostaten aus den jeweils zugeordneten Formen.

Die Durchführung der Schritte a) bis e) für mehrere Heliostaten auf einem Heliostatenfeld umfasst ferner e) Bestimmen einer Abweichung der jeweiligen Ist-Orientierung der Spiegel der Heliostaten zu einer jeweiligen Soll-Orientierung der Spiegel der Heliostaten.
Die Durchführung der Schritte a) bis f) für mehrere Heliostaten auf einem Heliostatenfeld umfasst ferner f) Korrektur der jeweiligen Ist-Orientierung der Spiegel der Heliostaten, so dass die Abweichung der jeweiligen Ist-Orientierung von der jeweiligen Soll-Orientierung der Spiegel jeweils innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegt.
Insbesondere kann in einem Heliostatenfeld mit mehreren Heliostaten, für die das Verfahren durchgeführt wird, die Korrektur der Ist-Orientierung der Spiegel der Heliostaten für jeden Heliostaten individuell erfolgen.
Das Scannen des Heliostatenfelds erlaubt es unabhängig von der Anzahl der Heliostaten und der Größe des Heliostatenfelds mit geringem Aufwand die Orientierung der Spiegel der Heliostaten zu erfassen. Auch eine große Zahl von Heliostaten kann somit effizient erfasst werden, bzw. es kann deren Orientierung auf effiziente Weise überprüft werden. Ferner ist die Position der Heliostaten innerhalb eines Heliostatenfelds üblicherweise bekannt, so dass die jeweiligen Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung bzw. die jeweiligen Formen eindeutig jeweils einem Heliostaten zuordenbar sind. Durch die eindeutige Zuordenbarkeit können die Scan-Daten für jeden Heliostat isoliert und/oder parallel verarbeitet werden und für jeden Heliostat individuell festgestellt werden, ob eine Korrektur von dessen Ist-Orientierung erforderlich ist. Die Möglichkeit, die Korrektur der Ist-Orientierung der Heliostaten für jeden Heliostat individuell durchzuführen, gewährleistet eine hohe Effizienz der Korrektur bei geringem Aufwand.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Toleranzbereich der Abweichung zwischen Ist- und Soll-Orientierung eines Spiegels einen Toleranzwert a für die Abweichung des Azimutwinkels, und einen Toleranzwert z für die Abweichung des Elevationswinkels der Spiegel umfasst, wobei eine Abweichung der Istvon der Soll-Orientierung eines Spiegels außerhalb des Toleranzbereichs liegt, wenn beispielsweise gilt: |a| > 2 mrad und/oder |z| > 2 mrad, vorzugsweise wenn gilt: |a |> 1,5 mrad und/oder |z| > 1,5 mrad, vorzugsweise wenn gilt: |a| > 1 mrad und/oder |z| > 1 mrad.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Toleranzbereich der Abweichung zwischen Ist- und Soll-Orientierung eines Spiegels einen Toleranzwert a für die Abweichung des Azimutwinkels, und einen Toleranzwert z für die Abweichung des Elevationswinkels der Spiegel umfasst, wobei nach der Korrektur beispielsweise die Bedingung |a| ≤ 2 mrad und |z| ≤ 2 mrad, vorzugsweise |a ≤| 1,5 mrad und |z| ≤ 1,5 mrad, vorzugsweise |a| ≤ 1 mrad und |z| ≤ 1 mrad, erfüllt ist.
Toleranzbereiche in der Größenordnung von ±1 mrad bezüglich des Azimutwinkels bzw. des Elevationswinkels als Abweichung der Ist-Orientierung von der Soll-Orientierung eines Heliostaten haben sich als geeignet erwiesen, um den Wirkungsgrad eines Heliostatenfelds bzw. eines Solarkraftwerks mit einem Heliostatenfeld signifikant zu erhöhen.
Besonders bevorzugt, werden die Schritte der oben genannten Verfahren in vordefinierten Zeitabständen wiederholt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schritte der der oben genannten Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden.
Da es weder zur Bestimmung noch zur Steuerung der Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten im Heliostatenfeld erforderlich ist, den mindestens einen Heliostaten aus dem Fokus des Solarreceivers, auf den dieser ausgerichtet ist, zu fahren, kann die Bestimmung bzw. die Bestimmung und Steuerung der Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten in kurzen Zeitabständen hintereinander oder kontinuierlich erfolgen, ohne den Wirkungsgrad des Heliostatenfelds zu beeinträchtigen. Das wiederholte Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten ermöglicht eine Online-Überwachung (closedloop tracking control) des Heliostatenfelds. Es kann damit beispielsweise über einen längeren Zeitraum dokumentiert werden, wie sich die Orientierung der Spiegel der Heliostaten im Verlauf der Zeit, beispielsweise durch Umwelteinflüsse oder Defekte an den Heliostaten, verändert. Somit kann eine valide Datengrundlage geschaffen werden, die für verschiedene Auswertungen herangezogen werden kann, beispielsweise um Rückschlüsse auf den Wirkungsgrad eines Heliostatenfelds und um einen möglichen Handlungsbedarf abzuleiten. Wird ferner die Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten anhand der Ergebnisse der Bestimmung der Orientierung korrigiert, können hohe Wirkungsgrade in der Nachführung des Heliostatenfelds erreicht werden.
Ein erfindungsgemäßes System zur Bestimmung der Orientierung von mindestens einem Spiegel mindestens eines Heliostaten in einem Heliostatenfeld, wobei das Heliostatenfeld eine Bodenfläche umfasst, auf der der mindestens ein Heliostat angeordnet ist, umfasst eine Scanvorrichtung zum Scannen des Heliostatenfelds zur Ermittlung von Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten, wobei die Scanvorrichtung elektromagnetische Strahlung aussendet und zumindest ein Teil von diffus reflektierter elektromagnetischer Strahlung zur Bildung der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten empfängt, und eine Auswerteeinheit zum Analysieren der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten bezüglich eines oder mehrerer erster Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung und/oder eines oder mehrerer sich von der Bodenfläche abhebender zweiter Bereiche mit empfangener reflektierter Strahlung, wobei die Auswerteeinheit eine Form oder Formen des oder der ersten Bereiche und/oder des oder der zweiten Bereiche bestimmt, wobei die Auswerteeinheit den oder die ersten Bereiche bzw. den oder die zweiten Bereiche zu dem mindestens einen Heliostat zuordnet, und wobei die Auswerteeinheit die Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostaten aus der zugeordneten Form oder den zugeordneten Formen bestimmt.
Vorzugsweise ist das System ausgebildet, um eines der oben genannten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen. Mittels der Scanvorrichtung ist das Heliostatenfeld, vorzugsweise durch Aussenden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mit parallelem Strahlengang, scannbar. Die elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise Laserstrahlung sein.
Die bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens zuvor beschriebenen Effekte und Vorteile gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße System.
Das Scanvorrichtung zum Scannen des Heliostatenfelds erlaubt es unabhängig von der Anzahl der Heliostaten und der Größe des Heliostatenfelds mit geringem Aufwand die Orientierung der Spiegel der Heliostaten zu erfassen. Auch eine große Zahl von Heliostaten kann somit effizient erfasst werden, bzw. kann deren Orientierung auf effiziente Weise überprüft werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mindestens eine Heliostat des Heliostatenfelds mindestens eine Nachführvorrichtung aufweist, die vorzugsweise mittels der Auswerteeinheit oder einer Steuereinheit steuerbar sind. Mittels Nachführvorrichtungen lässt sich die Orientierung des mindestens einen Spiegels des mindestens einen Heliostatenfelds effizient steuern.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Scanvorrichtung mindestens einen Laser-Scanner aufweist oder aus mindestens einem Laser-Scanner gebildet ist.
Mittels eines Laser-Scanners kann das Scannen des Heliostatenfelds auf einfache Weise realisiert werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Scanvorrichtung in einer vordefinierten Höhe an mindestens einem Turm angeordnet ist. Es können grundsätzlich auch mehrere Scanvorrichtungen vorgesehen werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Turm, an dem die Scanvorrichtung angeordnet ist, ein Solarturm mit einem Solarreceiver ist.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Solarkraftwerks mit einem Heliostatenfeld mit mehreren Heliostaten, in dem das Verfahren und das System gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung implementiert ist, und
2 eine schematische Darstellung des virtuellen Abbilds gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Das in 1 dargestellte Solarkraftwerk 100 umfasst ein Heliostatenfeld 10 und einen Solarturm 20. Auf dem Heliostatenfeld 10 sind eine Vielzahl von Heliostaten 11 aufgestellt, die jeweils einen Spiegel 12 aufweisen. Der Solarturm weist einen Solarreceiver 21 und eine durch einen Laser-Scanner gebildete Scanvorrichtung 22 auf. Die Scanvorrichtung 22 scannt das Heliostatenfeld 10 ab, wobei Laserstrahlung ausgesendet und zumindest teilweise nach einer Reflexion durch das Heliostatenfeld 10 empfangen wird, um Scan-Daten zu bilden.
Die Scan-Daten, die durch das Scannen des Heliostatenfelds gebildet werden, können das Heliostatenfeld beispielsweise in Form einer Punktwolke abbilden. Eine solche Abbildung des Heliostatenfelds ist in 2 schematisch dargestellt. Die Abbildung ist eine Projektion des Heliostatenfelds auf der Bodenfläche, auf der das Heliostatenfeld 10 steht. Die Scan-Daten weisen erste Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung 12a und Bereiche 13, für die diffus reflektierte Laserstrahlung 23 zur Bildung der Scan-Daten empfangen wurde, auf. Die ersten Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung 12a repräsentieren im Wesentlichen die Spiegelflächen der Spiegel 12 der Heliostaten 11. Die Bereiche 13, für die diffus reflektierte Laserstrahlung 23 zur Bildung der Scan-Daten empfangen wurde, repräsentieren mit der Oberfläche des Areals das übrige Heliostatenfeld. Jeweils jeder Bereich ohne empfangene reflektierte Strahlung 12a weist eine spezifische geometrische Form auf, die in 2 jeweils übertrieben dargestellt ist und zur Bestimmung der Orientierung des Heliostaten 11 analysiert wird. Wenn Heliostaten 11 nah zueinander bzw. hintereinander angeordnet sind, kann die geometrische Form auch unvollständig sein, also beispielsweise nur einen Teil einer Trapezform darstellen. Auch ein Teil der geometrischen Form kann ausreichend zur Bestimmung der Orientierung des Heliostaten 11 sein oder durch Interpolation ergänzt werden.
Vom Rahmen oder von Objekten hinter Spalten zwischen Spiegelfacetten kann diffus reflektierte Laserstrahlung Scan-Daten erzeugen, die ebenfalls in vorteilhafter Weise zur Bestimmung der Ist-Orientierung eines Heliostaten 11 genutzt werden können.
Einer der Spiegel 12 weist einen verschmutzten oder beispielsweise durch Reflektoraufkleber verdeckten Spiegelflächenabschnitt 12b auf, der einen Teil der Laserstrahlung 23 diffus reflektiert und dadurch als Teil des Bereichs 13, für die diffus reflektierte Laserstrahlung 23 zur Bildung der Scan-Daten empfangen wurde, erkannt wird. Bei der Ist-Orientierung des betroffenen Spiegels 12 kann durch eine Interpolation des betroffenen verschmutzten oder verdeckten Spiegelflächenteils 12b auf die Orientierung des gesamten Spiegels 12 geschlossen werden. Somit haben Verschmutzungen oder Verdeckungen von Spiegelflächenteilen 12b keinen die Validität der Scan-Daten beeinträchtigenden Einfluss. Es ist somit in vorteilhafter Weise möglich, trotz Verschmutzungen oder Verdeckungen die Orientierung der Spiegel 12 zu bestimmen.
Die Position des mindestens einen Heliostaten 11 innerhalb eines Heliostatenfelds 10 ist üblicherweise bekannt, so dass die jeweiligen Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung 12a bzw. die jeweiligen Formen eindeutig jeweils einem Heliostat 11 zuordenbar sind. Die Scan-Daten können durch die eindeutige Zuordenbarkeit somit bei Bedarf für jeden Heliostat 11 isoliert und/oder. parallel verarbeitet werden. Beispielsweise wird zusätzlich ermöglicht ein Defekt oder eine besonders stark ausgeprägte Fehlorientierung eines bestimmten Heliostaten 11 zu detektieren. Somit kann auf einfache Weise festgestellt werden, ob ein bestimmter Heliostat 11 eine Wartung erfordert.
Ferner ist üblicherweise zu jedem Zeitpunkt der Sonnenstand bzw. die Position der Sonne relativ zum Heliostatenfeld 10 bekannt, anhand der auf die grobe Orientierung der Spiegel 12 der Heliostaten 11 geschlossen werden kann. So sind die Spiegel 12 der Heliostaten 11 in der Regel auch bei ungenauer Orientierung zumindest grob in Richtung der Sonne ausgerichtet. Ergibt sich bei der Bestimmung der Orientierung auf Grundlage der Formen der Bereiche ohne empfangene reflektierte Strahlung keine eindeutige Orientierung der jeweiligen Spiegel 12, kann anhand des Rückschlusses auf die grobe Orientierung der Spiegel 12 zwischen mehreren Orientierungen diejenige Orientierung ausgewählt werden, die für den jeweiligen Spiegel 12 am wahrscheinlichsten zutrifft. Mit anderen Worten: Ergibt sich durch die Bestimmung der Orientierung für einen Spiegel 12 eine Form, die sowohl bei einer Orientierung des Spiegels 12 in eine erste Richtung als auch bei einer Orientierung des Spiegels 12 in eine zweite Richtung auftreten würde, kann anhand des Rückschlusses vom Sonnenstand auf die grobe Orientierung des Spiegels 12 entschieden werden, ob die Ist-Orientierung des Spiegels 12 der ersten oder der zweiten Richtung bereits grob entspricht.
Für die Bestimmung der Orientierung des Heliostaten 11 mit hoher Genauigkeit kann das erfindungsgemäße Verfahren mit prädiktiven Methoden effizienter durchgeführt.
Hier kommt ein prädiktives Verfahren zum Einsatz, bei dem für den Zeitpunkt der Messung und in Abhängigkeit des Sonnenstands sowie der Position der Scanvorrichtung 22, für jeden Heliostaten 11 im Voraus berechnet wird, wo die projizierten Spiegelflächen auf dem Erdboden auftreffen müssten, sodass der Heliostat 11 präzise seinen Zielpunkt auf dem Solarreceiver 21 trifft. So kann gezielt für jeden Heliostaten 11 nur ein kleiner Teil der großen Punktwolke für eine schnelle Analyse herangezogen werden. Die Analyse kann mit vielen möglichen Methoden durchgeführt werden, z. B. mit Projizierung eines Teils der Punktwolke auf eine flache Ebene, sodass die prädiktive Projektion der Spiegelform mit den Punktdaten zügig verglichen werden kann. Die Möglichkeiten der Auswertung der Punkt-Koordinaten und der prädiktiven Soll-Spiegelform-Projektion ist ebenfalls sehr vielfältig.
Durch die umgehende und automatisch ausgeführte Datenauswertung der auf den Boden projizierten Spiegelformen sowie der teils vorhandenen Punkte an den Heliostaten 11 selbst und der Kenntnis der Koordinaten der Scanvorrichtung 22 kann die Ist-Orientierung der Spiegel 12 in kurzer Zeit berechnet und mit der Soll-Orientierung verglichen werden. Sollte es eine Abweichung der Ist-zu-Soll-Ausrichtung geben, wird die Ausrichtung der Heliostaten korrigiert, sodass diese ihre Zielpunkte auf dem Receiver treffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren oder System kann somit besonders bevorzugt als prädikatives Verfahren implementiert sein, wobei zum Zeitpunkt der Bestimmung der Orientierung oder zeitlich vor der Bestimmung der Orientierung für den oder die Heliostaten 11 im Heliostatenfeld 10 im Voraus berechnet wird, welche Formen sich an welcher Position im Heliostatenfeld 10 beim Scannen ergeben müssten, so dass der oder die Heliostaten 11 in Richtung des Solarreceivers 21 ausgerichtet ist. Im Kalibrierungsprozess kann bevorzugt ein Abgleich der prädiktiv ermittelten projizierten Form und der Form aus den Scan-Daten erfolgen. Das prädiktive Verfahren kann vorzugsweise die Unebenheiten des Bodens, auf dem das Heliostatenfeld 10 steht, einbeziehen, wobei der Boden des Heliostatenfelds 10 für einen Algorithmus des prädiktiven Verfahrens bekannt sein muss, z. B. durch Erfassung mit einem Laser-Scanner.
Die Funktionsweise des Laser-Scanners, der die Scanvorrichtung 22 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet, ist wie folgt: Bei einem Auftreffen von Laserstrahlung 23 des Laser-Scanners auf eine Spiegelfläche eines Heliostaten 11, wird die Laserstrahlung 23 gerichtet reflektiert. Bei einem Auftreffen der Laserstrahlung 23 des Laser-Scanners auf eine Stelle im Heliostatenfeld 10, die keine Spiegelfläche ist, wird die Laserstrahlung diffus reflektiert. Bei einer gerichteten Reflexion wird die Laserstrahlung als Ganzes nach dem Reflexionsgesetz (Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel) abgelenkt und kann vom Laser-Scanner nicht erfasst werden, so dass keine Scan-Daten vorliegen, während bei einer diffusen Reflexion ein Teil der reflektierten Laserstrahlung 23 vom Laser-Scanner erfasst werden kann, so dass Scan-Daten vorliegen. Die Bereiche 12a, für die keine reflektierte Lasterstrahlung 23 empfangen wird bzw. für die keine Scan-Daten vorliegen, repräsentieren die Spiegelflächen, da diese einen auftreffenden Laserstrahl des Laser-Scanners gerichtet reflektieren. Die übrigen Bereiche 13, für die Scan-Daten vorliegen, repräsentieren das übrige Heliostatenfeld, d. h. diejenigen Teile des Heliostatenfelds 10, die keine Spiegelflächen sind, insbesondere übrige Teile der Heliostaten 11 und die Oberfläche des Areals, auf dem die Heliostaten 11 stehen. Vom Laser-Scanner erfasst und für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden können ebenfalls Scan-Daten, die von diffus reflektierte Laserstrahlung vom Rahmen oder von Objekten hinter Spalten zwischen Spiegelfacetten erzeugt werden.
Das Scannen des Heliostatenfelds 10 erlaubt es unabhängig von der Anzahl der Heliostaten 11 und der Größe des Heliostatenfelds 10 mit geringem Aufwand die Orientierung der Spiegel 12 der Heliostaten 11 zu erfassen. Auch eine große Zahl von Heliostaten kann somit effizient erfasst werden, bzw. kann deren Orientierung auf effiziente Weise überprüft werden.
Grundsätzlich kann die Scanvorrichtung 22 auch als 3D-Scanvorrichtung ausgebildet sein und einen 3D-Scan durchführen. Die empfangenen 3D-Scan-Daten können hinsichtlich sich von der Bodenfläche abhebender zweiter Bereiche 12c analysiert werden, die beispielsweise von den Rahmen der Heliostaten 11 empfangen werden, wobei auch Teilbereiche des beispielsweise Rahmens ausreichend sind. Die Analyse kann alternativ oder zusätzlich zu den ersten Bereichen ohne empfangene reflektierte Strahlung erfolgen. Anhand der zweiten Bereich, die einzelnen Heliostaten 11 zugeordnet werden können, kann in vergleichbarer Weise wie mit den ersten Bereichen die ist-Orientierung bestimmt werden.
Bezugszeichenliste

10: Heliostatenfeld
11: Heliostat
12: Spiegel
12a: erste Bereiche
12b: verschmutzter Spiegelflächenteil
12c: zweite Bereiche
13: übrige Bereiche
20: Solarturm
21: Solarreceiver
22: Scanvorrichtung
23: Laserstrahlung
100: Solarkraftwerk

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Orientierung von mindestens einem Spiegel (12) mindestens eines Heliostaten (11) in einem Heliostatenfeld (10), wobei das Heliostatenfeld (10) eine Bodenfläche aufweist, auf der der mindestens ein Heliostat (11) angeordnet ist, mit den Schritten: a) Scannen des Heliostatenfelds (10) zur Ermittlung von Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten, wobei elektromagnetische Strahlung ausgesendet und zumindest ein Teil von diffus reflektierter elektromagnetischer Strahlung zur Bildung der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten empfangen wird, b) Analysieren der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten bezüglich eines oder mehrerer erster Bereiche (12a) ohne empfangene reflektierte Strahlung und/oder eines oder mehrerer sich von der Bodenfläche abhebender zweiter Bereiche (12c) mit empfangener reflektierter Strahlung, c) Bestimmen einer Form oder von Formen des oder der ersten Bereiche (12a) und/oder Bestimmen einer Form oder von Formen des oder der zweiten Bereiche (12c), und Zuordnen des oder der ersten Bereiche (12a) bzw. des oder der zweiten Bereiche (12c) zu dem mindestens einen Heliostat (11), d) Bestimmen einer Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels (12) des mindestens einen Heliostaten (11) aus der zugeordneten Form oder den jeweils zugeordneten Formen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesendete, elektromagnetische Strahlung Laserstrahlung (23) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form oder die Formen mit vordefinierten Eigenschaften und/oder mit vordefinierten Formen abgeglichen wird oder werden, wobei für die Form oder die Formen eine vordefinierte Eigenschaft und/oder eine vordefinierte Form ausgewählt wird, wobei die Auswahl vorzugsweise anhand eines Abgleichergebnisses erfolgt, und wobei bei einer Abweichung zwischen der Form oder den Formen von der ausgewählten vordefinierten Eigenschaften und/oder der ausgewählten vordefinierten Form eine Interpolation erfolgt, um die Form oder der Formen an die ausgewählte vordefinierte Eigenschaft und/oder an die ausgewählte vordefinierte Form anzupassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch den Schritt: e) Bestimmen einer Abweichung der Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels (12) des mindestens einen Heliostaten (11) zu einer Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels (12) des mindestens einen Heliostaten (11).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels (12) des mindestens einen Heliostaten (11) anhand von Daten über den Sonnenstand, der Position eines Zielpunkts auf einem Solarreceiver (21), auf den der mindestens eine Spiegel (12) des mindestens einen Heliostaten (11) ausgerichtet sein soll, und der Position des mindestens einen Heliostaten (11) bestimmt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch den Schritt: f) Korrektur der Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels (12) des mindestens einen Heliostaten (11).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels (12) des mindestens einen Heliostaten (11) automatisch erfolgt, wenn eine Abweichung der Ist-Orientierung von der Soll-Orientierung des mindestens einen Spiegels (12) außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heliostatenfeld (10) mehrere Heliostaten (11) umfasst, wobei die Schritte a) bis d) oder a) bis e) oder a) bis f) für mehrere Heliostaten (11), vorzugsweise für alle Heliostaten (11) des Heliostatenfelds (10) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Heliostatenfeld (10) mit mehreren Heliostaten (11), für die das Verfahren durchgeführt wird, die Korrektur der Ist-Orientierung der Spiegel (12) der Heliostaten (11) für jeden Heliostat (11) individuell erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Verfahrens in vordefinierten Zeitabständen wiederholt werden.
System zur Bestimmung der Orientierung von mindestens einem Spiegel (12) mindestens eines Heliostaten (11) in einem Heliostatenfeld (10), wobei das Heliostatenfeld (10) eine Bodenfläche umfasst, auf der der mindestens ein Heliostat (11) angeordnet ist, mit einer Scanvorrichtung zum Scannen des Heliostatenfelds (10) zur Ermittlung von Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten, wobei die Scanvorrichtung elektromagnetische Strahlung (23) aussendet und zumindest ein Teil von diffus reflektierter elektromagnetischer Strahlung (23) zur Bildung der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten empfängt, und mit einer Auswerteeinheit zum Analysieren der Scan-Daten oder 3D-Scan-Daten bezüglich eines oder mehrerer erster Bereiche (12a) ohne empfangene reflektierte Strahlung und/oder eines oder mehrerer sich von der Bodenfläche abhebender zweiter Bereiche (12b, 12c) mit empfangener reflektierter Strahlung, wobei die Auswerteeinheit eine Form oder Formen des oder der ersten Bereiche (12a) und/oder des oder der zweiten Bereiche (12b, 12c) bestimmt, wobei die Auswerteeinheit den oder die ersten Bereiche (12a) bzw. den oder die zweiten Bereiche (12b, 12c) zu dem mindestens einen Heliostat (11) zuordnet, und wobei die Auswerteeinheit die Ist-Orientierung des mindestens einen Spiegels (12) des mindestens einen Heliostaten (11) aus der zugehörigen Form oder den zugehörigen Formen bestimmt.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heliostat (11) des Heliostatenfelds (10) mindestens eine Nachführvorrichtung aufweist.
System nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanvorrichtung (22) mindestens einen Laser-Scanner aufweist, oder aus mindestens einem Laser-Scanner gebildet ist.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanvorrichtung (22) in einer vordefinierten Höhe an mindestens einem Turm angeordnet ist.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Turm, an dem die Scanvorrichtung (22) angeordnet ist, ein Solarturm (20) mit einem Solarreceiver (21) ist.