DE3325919A1 - Method and device for checking the adjustment of the individual mirrors of heliostats of a solar power station - Google Patents
Method and device for checking the adjustment of the individual mirrors of heliostats of a solar power stationInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zum ÜberprüfenMethod and apparatus for checking
der Justierung der Einzelspiegel von Heliostaten eines Sonnenkraftwerkes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen der Justierung der Einzelspiegel von Heliostaten eines Sonnenkraftwerkes.the adjustment of the individual mirrors of heliostats in a solar power plant The invention relates to a method and an apparatus for checking the adjustment of the individual mirrors of heliostats in a solar power plant.
Energie wird heutzutage in weitaus größtem Umfang durch Verbrennung von leicht zu erschließenden anorganischen und organischen Rohstoffen sowie durch Ausnutzung von Wasserkraft und - in letzter Zeit verstärkt - auch der Atomkernkräfte gewonnen. Schon seit langer Zeit sind jedoch immer wieder Vorschläge gemacht worden, auch andere Energiequellen auszunutzen. Erwähnt sei nur unter vielen anderen die Energiegewinnung durch Windkraftwerke oder Sonnenkraftwerke. Erst in jüngster Zeit, vor allem unter dem Eindruck der endlichen Rohstoffreserven, wie Erdgas und Erdöl, sind derartige sog.Nowadays, by far the greatest amount of energy is obtained through combustion of easily accessible inorganic and organic raw materials as well as through Utilization of hydropower and - more recently - also of nuclear power won. For a long time, however, suggestions have been made again and again, to use other energy sources as well. Just mention the one among many others Energy generation through wind power plants or solar power plants. Only recently especially under the impression of finite raw material reserves, such as natural gas and crude oil, are such so-called
alternative Energiequellen in größerem Ausmaß auf wirtschaftliche Nutzung untersucht worden.alternative energy sources to a greater extent on economic ones Usage has been investigated.
Vorbild für Sonnenkraftwerke ist hierbei die Anlage in Odeillo in Südfrankreich, mit der zu Forschungszwecken insbesondere Ferrolegierungen erschmolzen werden. In europäischer Zusammenarbeit sind größere Sonnenkraftwerke zur Energiegewinnung, insbesondere Strom- und Wärmeerzeugung bekannt. Derartige Sonnenkraftwerke weisen eine Vielzahl von Heliostaten, d.h. Spiegelanordnungen auf, mit denen das Sonnenlicht auf einen Absorber an der Spitze eines Turmes fokussiert wird. Im Absorber wird eine Flüssigkeit aufgeheizt und verdampft, wonach diese Wärmeenergie nach entsprechendem Wärmeaustausch z.B. zum Antrieb eines Stromgenerators, ausgenutzt wird. Die einzelnen Heliostaten des gesamten Heliostatfeldes sind individuell dem Sonnenlauf nachführbar, so daß die erwähnte Fokussierung des Sonnenlichtes auf den Absorber während des Betriebes des Sonnenkraftwerkes erhalten bleibt.The model for solar power plants is the plant in Odeillo in Southern France, with which ferro alloys in particular melted for research purposes will. In European cooperation, larger solar power plants for energy generation, in particular Electricity and heat generation known. Such solar power plants have a large number of heliostats, i.e. mirror arrangements with which the sunlight falls on you Absorber at the top of a tower is focused. A liquid is created in the absorber heated and evaporated, after which this thermal energy after appropriate heat exchange e.g. to drive an electricity generator. The individual heliostats of the entire heliostat field can be tracked individually to the course of the sun, so that the aforementioned focusing of the sunlight on the absorber during operation of the solar power plant is preserved.
Die einzelnen Heliostaten des Heliostatfeldes bestehen aus einem zur Nachführung des Heliostaten schwenkbaren Heliostatgerüst, auf dem mehrere Einzelspiegel justiert montiert sind.The individual heliostats of the heliostat field consist of a for Tracking of the heliostat swiveling heliostat frame on which several individual mirrors are mounted adjusted.
Diese Einzelspiegel weisen eine bestimmte zur Fokussierung geeignete und in der Regel einstellbare Krümmung der Spiegeloberfläche auf und sind auf dem Heliostatgerüst justierbar verkantet so angeordnet, daß die erwähnte Fokussierung zustande kommt. Der Anstellwinkel der einzelnen Spiegel auf dem Heliostatgerüst und die Vorkrümmung der Spiegeloberflächen müssen zu Betriebsbeginn justiert werden. Diese Justierung muß im Laufe des Betriebes regelmäßig überprüft werden. Falls Einzelspiegel oder Spiegelanordnungen der Heliostaten soweit dejustiert sind, daß das Sonnenlicht nicht mehr oder nur unzureichend auf dem Absorber fokussiert wird, muß eine Nachjustierung der einzelnen Spiegel bzw. Spiegelanordnungen erfolgen.These individual mirrors have a specific one that is suitable for focusing and usually adjustable curvature of the mirror surface and are on the Heliostat frame adjustable tilted so that the mentioned focusing comes about. The angle of incidence of the individual mirrors on the heliostat frame and the pre-curvature of the mirror surfaces must be adjusted at the start of operation. This adjustment must be checked regularly during operation. If single mirror or mirror arrangements of the heliostats are misaligned to such an extent that the sunlight If the focus is no longer or insufficiently on the absorber, readjustment must be carried out the individual mirrors or mirror arrangements take place.
Zur Überprüfung der Justierung der Spiegel und Spiegelanordnungen auf dem einzelnen Heliostaten, ist vorgeschlagen worden, die Spiegelanordnung dieses Heliostaten bei Sonnenschein auf einer vor dem Absorber auf der Turmspitze angebrachte Leinwand zu richten und dann zu überprüfen, ob das Bild der Sonne im Bereich des Absorbers konzentriert ist.For checking the adjustment of the mirrors and mirror arrangements on the individual heliostat, it has been suggested the mirror arrangement of this Heliostats in the sunshine on one in front of the absorber on the top of the tower Straightening the canvas and then checking that that Image of the sun is concentrated in the area of the absorber.
Ist dies nicht der Fall, so werden die einzelnen Spiegel durch Veränderung der Krümmung der Spiegeloberfläche und durch Nachstellung der Anlagepunkte an dem Heliostatgerüst entsprechend nachjustiert. Diese Überprüfung ist allerdings sehr zeitaufwendig, insbesondere wenn man bedenkt, daß das Heliostatfeld eines Sonnenkraftwerkes viele hunderte bis tausende derartiger Heliostate umfaßt. Außerdem muß der jeweils untersuchte Heliostat während der Überprüfung dem Sonnenlauf nachgeführt werden. Da diese Überprüfung noch dazu nur bei Sonnenschein durchgeführt werden kann, und daher der Betrieb des Sonnenkraftwerkes während dieser über prüfungszeit eingestellt werden muß, wird die ohnehin durch die Sonnenscheinzeit beschränkte Betriebsdauer des Kraftwerkes weiter verkürzt.If this is not the case, the individual mirrors are changed the curvature of the mirror surface and by readjusting the contact points on the Heliostat frame readjusted accordingly. This review is great though time consuming, especially when you consider that the heliostat field of a solar power plant includes many hundreds to thousands of such heliostats. In addition, each must examined heliostat can be tracked during the review of the course of the sun. Since this check can only be carried out when the sun is shining, and therefore, the operation of the solar power plant stopped during this review period has to be, the operating time, which is already limited by the sunshine time, becomes of the power plant further shortened.
Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, die überprüfung der Justierung der einzelnen Heliostaten mit deren Spiegelanordnungen in ähnlicher Weise mit einer Laser-Lichtquelle vorzunehmen, mit der die Spiegelanordnungen bestrahlt werden.It has also been suggested to check the adjustment of the individual heliostats with their mirror arrangements in a similar way with a Make laser light source with which the mirror assemblies are irradiated.
Diese überprüfung kann zwar außerhalb der Betriebszeit des Sonnenkraftwerkes, z.B. in der Nacht vorgenommen werden; sie verbleibt jedoch ähnlich zeit- und personalaufwendig wie bisher.This check can be done outside of the solar power plant's operating hours, e.g. be carried out at night; however, it remains similarly time-consuming and labor-intensive as until now.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der in Frage stehenden Art anzugeben, mit denen die Justierung der Einzelspiegel bzw. Spiegelanordnungen eines Heliostaten bzw. Heliostatfeldes eines Sonnenkraftwerkes möglichst rasch überprüft werden kann.The invention is based on the object of a method and a device indicate the type in question with which the adjustment of the individual mirrors or mirror arrangements of a heliostat or heliostat field of a solar power plant can be checked as quickly as possible.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung für ein Verfahren bzw.According to the invention, this object is for a method or
eine Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 3 gelöst.a device by the distinguishing features of the independent Claims 1 and 3 solved.
Mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann sehr schnell ein Gesamtiiberblick über den Justagezustand des gesamten Heliostatfeldes erzielt werden. Als Lichtquelle, mit der die Einzelspiegel bzw. Spiegelanordnungen der Heliostate beleuchtet werden, kann z.B. der Mond dienen. Das Bild des Mondes in der Brennfläche der Heliostaten wird dann mit einem Bildaufzeichnungsgerät, so z.B. einer Videokamera oder einer Bildspeicheranordnung aus ladungsgekoppelten Speichern mit einer entsprechenden Optik aufgezeichnet. Das Aufzeichnungsgerät befindet sich entweder auf dem Turm, an dem auch der Absorber angeordnet ist, in dessen unmittelbarer Nachbarschaft bzw. auf einem separaten Turm. Vorteilhaft ist die Anordnung direkt vor dem Absorber, da hiermit auch sonstige Eigenschaften des Systems, insbesondere hinsichtlich der Nachführung der einzelnen Heliostaten überprüft werden können.With the method and the device according to the invention can be very quickly a general overview of the adjustment status of the entire heliostat field be achieved. As a light source with which the individual mirrors or mirror arrangements the heliostats are illuminated, e.g. the moon can be used. The image of the moon in the focal area of the heliostat is then with an image recording device, so e.g. a video camera or an image storage arrangement made up of charge coupled devices recorded with appropriate optics. The recording device is in place either on the tower on which the absorber is arranged, in its immediate vicinity Neighborhood or on a separate tower. The direct arrangement is advantageous in front of the absorber, as this also includes other properties of the system, in particular can be checked with regard to the tracking of the individual heliostats.
Das von dem Aufzeichnungsgerät aufgezeichnete Bild enthält dann entsprechend der optischen Auflösung des optischen Systems des Bildaufzeichnungsgerätes ein Muster von einzelnen Bildpunkten, die den Bildorten der Lichtquelle, d.h.The image recorded by the recording device then contains the corresponding a pattern of the optical resolution of the optical system of the image recording apparatus of individual pixels which correspond to the image locations of the light source, i.e.
in diesem Falle des Mondes entsprechen, wie sie durch die Spiegel und Spiegelanordnungen erzeugt werden. Diese Bildorte bzw. Bildpunkte werden dann mit einem Referenzbild verglichen, auf dem die exakten Bildpunkte bei richtiger Justierung der Spiegel bzw. Spiegelanordnungen auf den Heliostaten enthalten sind. Dieser Vergleich erfolgt z.B.in this case correspond to the moon as seen through the mirror and mirror arrays are generated. These image locations or image points are then compared with a reference image on which the exact image points are correct Adjustment of the mirror or mirror arrangements on the heliostats are included. This comparison is made e.g.
mit einem Rechner. Hierzu wird das von dem Aufzeichnungsgerät aufgezeichnete Bild abgetastet,und die Abtastsignale werden in den Rechner als Istwerte eingegeben und dort mit Sollwerten verglichen. Mit dem Rechner kann ein Drucker gekoppelt werden, mit dem das Überprüfungsergebnis ausgedruckt wird. Aufgrund dieses Ergebnisses können dann einzelne Spiegel bzw. Spiegelanordnungen der Heliostate nachjustiert werden.with a calculator. For this purpose, the recorded by the recording device is The image is scanned and the scanning signals are entered into the computer as actual values and compared there with setpoints. A printer can be linked to the computer, with which the check result is printed out. Because of this result you can then individual mirrors or mirror arrangements of the heliostats are readjusted.
Wenn als Aufzeichnungsgerät eine Videokamera mit einem Objektiv variabler Brennweite (Zoom-Objektiv) verwendet wird, so können mit der Videokamera anstelle des gesamten Heliostatfeldes auch einzelne Heliostate bzw.When as a recording device a video camera with a lens more variable Focal length (zoom lens) is used so can use the video camera instead of the entire heliostat field also individual heliostats or
deren Spiegelanordnungen oder kleinere Heliostatgruppen angepeilt werden, die dann entsprechend überprüft werden.their mirror arrangements or smaller heliostat groups targeted which are then checked accordingly.
Die Verwendung des Mondes als Testlichtquelle für die Überprüfung hat noch den Vorteil, daß im Laufe der Untersuchung auch die Nachführeinrichtungen der einzelnen Heliostate überprüft werden können, wenn diese dem Mondlauf nachgeführt werden.Using the moon as a test light source for verification has the advantage that the tracking devices are also used in the course of the investigation the individual heliostats can be checked if they track the course of the moon will.
Selbstverständlich ist es möglich, als Testlichtquelle eine künstliche Lichtquelle zu verwenden, die ein paralleles Strahlenbündel liefert, mit dem mindestens mehrere Einzelspiegel eines Heliostaten gleichzeitigrnach Möglichkeit aber ein ganzer Heliostat oder sogar mehrere Heliostate angestrahlt werden können.It is of course possible to use an artificial light source as the test light source To use a light source that delivers a parallel beam with which at least several individual mirrors of a heliostat at the same time, but if possible a whole Heliostat or even several heliostats can be illuminated.
Bei der Auswertung ist es im übrigen auch möglich, nicht nur die Lage der Bildpunkte auf dem Bild des Aufzeichnungsgerätes zu überprüfen, sondern auch deren Helligkeit. Aus dieser Überprüfung kann einmal auf die Güte der Spiegeloberflächen der einzelnen Spiegel bzw. Spiegelanordnungen rückgeschlossen werden; außerdem ist aus der Leuchtdichteverteilung der den Spiegelflächen zugeordneten Bildpunkte bzw. Bildflächen der Justagezustand der jeweils vermessenen Heliostaten mit deren Spiegelanordnungen ableitbar. Mit der angegebenen Methode ist es im übrigen nicht notwendig, die gesamte Absorberfläche, auf die ansonsten die gebündelten Sonnenstrahlen treffen, auszumessen. Vielmehr genügt die Ausmessung an einem einzigen Ort, wenn für diesen Ort die entsprechenden Referenzwerte vorhanden sind.In the evaluation, it is also possible, not just the location but also to check the pixels on the image of the recording device their brightness. This check can be used to check the quality of the mirror surfaces the individual mirrors or mirror arrangements are inferred; moreover is from the luminance distribution of the image points assigned to the mirror surfaces or Image areas of the adjustment status of the respectively measured heliostats with their mirror arrangements derivable. Incidentally, with the method given, it is not necessary to complete the entire Measure the absorber surface that would otherwise be hit by the bundled rays of the sun. Rather, the measurement at a single location is sufficient if the appropriate one for this location Reference values available.
Das angegebene Verfahren und die Vorrichtung zur Überprüfung der Justierung sind in Prinzip auch möglich durch eine Auswertung des von den einzelnen Heliostaten mit deren Spiegelanordnungen erzeugten Sonnenbildes in dem Aufzeichnungsgerät. Hier treten jedoch Probleme aufgrund der hohen Energiedichte auf, gegen die das Aufzeichnungsgerät geschützt werden muß. Die Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, daß die Überprüfung der Justierung unproblematisch ist und zu Zeiten außerhalb der Betriebszeiten des Sonnenkraftwerkes vorgenommen werden kann.The specified procedure and device for checking the adjustment are in principle also possible through an evaluation of the individual heliostats with their mirror arrangements generated sun image in the recording device. here however, problems arise due to the high energy density against which the recorder is exposed must be protected. The invention has the advantage that the review adjustment is unproblematic and at times outside of the operating hours of the Solar power plant can be made.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung stellen dar: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Heliostatfeldes eines Sonnenkraftwerkes mit einem Teil einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Überprüfen der Justierung der Heliostaten; Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktion der Vorrichtung gemäß der Erfindung.Further refinements and advantages of the invention emerge from the subclaims in connection with the following description, in which the invention in an embodiment is explained in more detail with reference to the drawing. In the drawing show: FIG. 1 a schematic view of a heliostat field of a solar power plant with part of a device according to the invention for checking the adjustment the heliostat; 2 shows a block diagram to explain the function of the device according to the invention.
Ein Sonnenkraftwerk weist ein Heliostatfeld 1 aus einer Vielzahl von Heliostaten 2 auf, die jeweils aus einer Anordnung von z.B. 16 Einzelspiegeln 3 aufgebaut sind. Das Heliostatfeld umfaßt z.B. je nach der Leistung des Sonnenkraftwerkes zwischen 300 und 10.000 derartiger Heliostaten. Die Einzelspiegel 3 der Heliostaten 2 haben eine bestimmte Vorkrümmung ihrer Spiegeloberfläche und sind auf den Heliostatgerüsten justiert so angeordnet, daß auf sie fallendes Sonnenlicht auf einen Absorber 4 an der Spitze eines Turmes fokussiert wird.A solar power plant has a heliostat field 1 from a large number of Heliostats 2, each consisting of an arrangement of e.g. 16 individual mirrors 3 are constructed. The heliostat field includes, for example, depending on the output of the solar power plant between 300 and 10,000 such heliostats. The individual mirrors 3 of the heliostats 2 have a certain pre-curvature of their mirror surface and are on the heliostat frames adjusted so that sunlight falls on them a Absorber 4 is focused at the top of a tower.
Außerdem sind die einzelnen Heliostate dem Sonnenlauf nachführbar, so daß diese Fokussierung während des Betriebes des Sonnenkraftwerkes erhalten bleibt.In addition, the individual heliostats can be tracked to the course of the sun, so that this focus is maintained during the operation of the solar power plant.
Die Überprüfung der Justierung der einzelnen Spiegel 3 hinsichtlich deren Vorkrümmung, d . h. der Fokussierungsschärfe, und hinsichtlich der Lage der Auflagepunkte der Spiegelflächen auf den Heliostatgerüsten, d.h. hinsichtlich der Abweichung der optischen Achse der Spiegel gegenüber der Fokussierungsrichtung, wird bei Mondschein vorgenommen, solange die Heliostaten vom Mond 6 beleuchtet werden. Vor den Absorber 4 auf dem Turm 5 wird eine Videokamera 7 mit einem Zoom-Objektiv 8 positioniert. Diese Videokamera wird auf das Heliostatfeld 1 ausgerichtet, wobei je nach Einstellung der Brennweite entweder das gesamte Heliostatfeld oder Gruppen von Einzelheliostaten 2 erfaßt werden. Die einzelnen Heliostaten 2 des Heliostatfeldes sind dabei durch die Nachführeinrichtung so ausgerichtet, daß die Lichtstrahlen des Mondes in das Zoom-Objektiv 8 der Kamera einfallen. Das von dem Objektiv der Videokamera erzeugte optische Bild wird in einer Aufzeichnungseinheit 9 mit Hilfe einer Bildröhre abgetastet und nachfolgend gespeichert. Dieses aufgezeichnete Bild wird anschließend in einem Rechner 10 ausgewertet. Hierzu werden dem Rechner die Abtastsignale der Aufzeichnungseinheit 9 als Istwerte zugeführt, und zwar einmal einem Bildpunktspeicher 11 und zum anderen einem zugeordneten Leuchtdichtespeicher 12. Bei entsprechendem Auflösungsvermögen des Objektives der Videokamera entsprechen die Abtastsignale der Aufzeichnungseinheit 9 diskreten Bildpunkten des Mondes 6, die von einem Einzelspiegel bzw. bei geringerer Auflösung und entsprechender Einstellung der Kamera von einer Spiegelanordnung eines Heliostaten erzeugt sind. Diese diskreten Bildpunkte sind in dem Bildpunktspeicher i1 gespeichert. Die zugehörige Leuchtdichte dieser Bildpunkt wird in dem Leuchtdichtespeicher 12 gespeichert. In dem Rechner 10 sind zwei Referenzspeicher 13 bzw. 14 für die Bildpunkte bzw. Leuchtdichte vorgesehen, in denen die Sollwerte für die Bildpunkte und die Leuchtdichte für den jeweiligen Bildausschnitt der Videokamera gespeichert sind. Diese Sollwerte werden mit den Istwerten aus den Speichern 11 und 12 in einer Auswerteeinheit 15 miteinander verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleiches wird z.B. mit Hilfe eines Druckers 16 ausgedruckt. In diesem Ergebnis wird aufgezeigt, daß z.B.The review of the adjustment of the individual mirrors 3 with regard to their pre-curvature, d. H. the focus, and the location of the Points of support of the mirror surfaces on the heliostat frames, i.e. with regard to the Deviation of the optical axis of the mirrors in relation to the focusing direction, is done in moonlight as long as the heliostats are illuminated by moon 6. A video camera 7 with a zoom lens is placed in front of the absorber 4 on the tower 5 8 positioned. This video camera is aimed at the heliostat field 1, wherein Depending on the setting of the focal length, either the entire heliostat field or groups can be detected by single heliostats 2. The individual heliostats 2 of the heliostat field are aligned by the tracking device so that the light beams of the moon fall into the zoom lens 8 of the camera. That from the lens of the Video camera generated optical image is in a recording unit 9 with the help a picture tube scanned and subsequently stored. This recorded image is then evaluated in a computer 10. For this purpose, the Sampling signals are fed to the recording unit 9 as actual values, to be precise once a pixel memory 11 and, on the other hand, an assigned luminance memory 12. Corresponding to the video camera if the resolution of the lens is appropriate the scanning signals of the recording unit 9 discrete pixels of the moon 6, that of a single mirror or with a lower resolution and corresponding setting of the camera are generated by a mirror arrangement of a heliostat. This discreet Image points are stored in the image point memory i1. The associated luminance this pixel is stored in the luminance memory 12 saved. In the computer 10 there are two reference memories 13 and 14 for the image points or Luminance provided in which the target values for the pixels and the luminance are stored for the respective image section of the video camera. These setpoints are processed with the actual values from the memories 11 and 12 in an evaluation unit 15 compared to each other. The result of this comparison is e.g. Printer 16 printed out. In this result it is shown that e.g.
einzelne Spiegel eines Heliostaten dejustiert sind oder daß die Spiegelanordnung eines Heliostaten insgesamt dejustiert ist. Hierauf können die einzelnen Spiegel oder die Nachführungseinrichtung eines Heliostaten so neu justiert werden, daß wiederum Fokussierung erreicht wird.individual mirrors of a heliostat are misaligned or that the mirror arrangement of a heliostat is overall misaligned. The individual mirrors can be used on this or the tracking device of a heliostat can be readjusted so that again Focusing is achieved.
Für einen Gesamtüberblick ist es oftmals günstig, mit der Videokamera das gesamte Heliostatfeld 1 aufzuzeichnen, wobei die einzelnen Bildpunkte nicht mehr aufgelöst zu werden brauchen. Hier kann allein über die Leuchtdichteverteilung auf eine unexakte Justierung einzelner Spiegelanordnungen geschlossen werden.For a complete overview, it is often convenient to use the video camera to record the entire heliostat field 1, the individual pixels not need more to be resolved. Here you can only use the luminance distribution an inexact adjustment of individual mirror arrangements can be concluded.
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