ES2422806B1 - Sistema, procedimiento y programa informático de calibración del posicionamiento de los espejos en heliostatos - Google Patents
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Abstract
Sistema, procedimiento y programa informático de calibración del posicionamiento de los espejos en heliostatos.#La presente invención pertenece al campo de los dispositivos colectores de calor, concretamente a los colectores solares de tipo heliostato (1) en campos solares termoeléctricos con tecnología de torre y más concretamente a un sistema y a un procedimiento de calibración del posicionamiento de los espejos (2) que componen dichos heliostatos (1) en el proceso de montaje de los mismos (1). El sistema posee un receptor láser (11) posicionable en contacto con un punto (3) de la superficie del espejo (2) a calibrar, un emisor láser (10) para determinar la posición del punto (3) a calibrar, un dispositivo de posicionamiento (12) que alberga el receptor láser (11), una unidad de control (13) y un interfaz (14).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema, procedimiento y programa informático de calibración del posicionamiento de los espejos en heliostatos
OBJETO DE LA INVENCIÓN 5
La presente invención pertenece al campo de los dispositivos colectores de calor, concretamente a los colectores solares de tipo heliostato en campos solares termoeléctricos con tecnología de torre y más concretamente a un sistema, a un procedimiento y a un programa informático de calibración del posicionamiento de los espejos que componen dichos heliostatos durante el proceso de montaje de los mismos. 10
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Cada heliostato para centrales termosolares de torre, está formado por una pluralidad de superficies reflectantes, normalmente espejos, que reflejan los rayos solares hacia un foco situado en una torre central. Un mecanismo de 15 accionamiento permite el posicionamiento acimutal y de elevación del heliostato y por lo tanto de sus espejos. Se entiende por ángulo acimutal como el ángulo medido sobre el plano de proyección de la superficie terrestre y referenciado al norte geográfico. Se entiende por ángulo de elevación como el ángulo medido sobre el plano horizontal o plano de proyección a la superficie terrestre.
20
Un primer mecanismo de accionamiento permite el posicionamiento en ángulo de elevación del heliostato, así como de un tubo de torsión sobre el que se localizan unas vigas transversales y longitudinales de soporte de los espejos y un segundo mecanismo de accionamiento permite el posicionamiento en ángulo acimutal del heliostato rotando sobre un pedestal al que se fija y que se prolonga hasta el suelo.
25
Los anteriores componentes son ensamblados en una línea de montaje y es durante el ensamblaje de los mismos cuando se realiza la calibración del posicionamiento de cada uno de los espejos que conforman el mismo, ya que cada heliostato debe tener los espejos orientados según la posición que ocupe respecto a la torre central.
El mencionado procedimiento de ensamblaje de los heliostatos se realiza en naves de ensamblaje. Estas naves 30 poseen una serie de puestos de montaje en los que se realiza el ensamblaje de cada uno de los anteriores elementos que lo componen y en los procedimientos de montaje conocidos, unos puentes-grúa desplazan el heliostato entre cada uno de los puestos de montaje.
Son conocidos en el estado de la técnica los sistemas y procedimientos de posicionamiento de heliostatos que 35 comprenden un láser emisor de un impulso óptico. El impulso se refleja en un objeto y es devuelto al emisor del sistema. Un contador de alta velocidad mide el tiempo de respuesta del impulso y dicha medida se convierte en una distancia con el objeto de definir si el posicionamiento de cada espejo es el correcto y corregir su posición en caso necesario. Esta medición se realiza a lo largo de un intervalo de tiempo en el que se mide la distancia de todos los puntos que tienen que ser calibrados. Los valores obtenidos son enviados a una unidad de control del sistema que 40 calcula aquellos puntos que no están en la posición ideal y cuya posición por lo tanto hay que modificar. Posteriormente, un operario realiza de forma manual el posicionamiento de cada uno de los puntos de aquellos espejos cuya posición no se corresponde con la ideal y de nuevo se realiza el proceso anterior, es decir, se vuelve a realizar la medición de la totalidad de los puntos de los espejos del heliostato, repitiéndose la medición normalmente un par de ocasiones más hasta que finalmente todos los puntos están calibrados. En total pueden emplearse unos 45 minutos 45 para la calibración de cada uno de los heliostatos.
Normalmente la medición se realiza con sistemas denominados comercialmente como láser radar que son los encargados de calcular la distancia entre el punto emisor y el punto a medir. Estos sistemas comprenden un emisor láser que emite un rayo láser, que se refleja en la superficie a medir. Estos sistemas tienen la desventaja en su uso en 50 heliostatos de que para permitir la anterior reflexión del rayo emitido, la superficie de los espejos debe ser previamente tratada mediante la pulverización sobre la misma de un producto que la haga opaca para poder reflejar el haz emitido. Otra de las desventajas que poseen es que el tiempo de calibración por cada heliostato es elevado según lo indicado anteriormente.
55
Son también conocidos otros sistemas de medición, empleados por ejemplo en la medición del posicionamiento de la parábola de colectores cilindro-parabólicos. Estos sistemas comprenden un emisor láser y además un receptor de dicho emisor láser que se sitúa sobre el punto cuya posición se quiere medir. Un operario sitúa manualmente el receptor en los mencionados puntos y el sistema de medición comunica con un una unidad de procesamiento el dato medido. Sin embargo, el objeto de la medición en los receptores cilindro-parabólicos no es de la calibración de los 60 puntos de la parábola, sino el de realizar un control de calidad, ya que el posicionado y calibración de los colectores se realiza con otros medios.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema objeto de la invención para la calibración del posicionamiento de los espejos de heliostatos se caracteriza porque comprende:
5
- un receptor láser posicionable en contacto con un punto de la superficie del espejo a calibrar y desplazable con el espejo para seguir el movimiento del mismo,
- un emisor láser destinado a emitir un haz hacia el receptor láser para determinar la posición del mismo y por tanto, del punto del espejo a calibrar con el que el receptor está destinado a estar en contacto,
- un dispositivo de posicionamiento que alberga el receptor láser, destinado al posicionamiento del receptor 10 láser sobre el punto de la superficie del espejo a calibrar,
- una unidad de control:
o destinada a comunicarse con el dispositivo de posicionamiento para el control del posicionamiento del receptor láser sobre el punto de la superficie del espejo a calibrar en un valor de referencia para las coordenadas X e Y, 15
o destinada a comunicarse con el emisor láser para recibir del mismo una posición cenital, es decir, Z, a calibrar, medida en el punto de la superficie del espejo de coordenadas X e Y de referencia, y
o configurada para el cálculo de la desviación cenital entre el valor medido por el emisor láser y el valor cenital de referencia correspondiente a dichas coordenadas acimutales, y
- un interfaz conectable a la unidad de control para mostrar dicha desviación cenital. 20
Se entiende por cenital la coordenada vertical Z en un sistema de coordenadas cartesiano y por acimutales a las coordenadas horizontales X e Y.
De esta manera los anteriores elementos que componen el sistema están configurados de modo que la actuación 25 sobre el espejo a ajustar cenitalmente, es decir, en coordenada Z medida en el punto de la superficie del espejo con el valor de coordenadas acimutales de referencia, desplaza el receptor láser, recibiendo la unidad de control un nuevo valor medido por el sistema de medición, trasmitiendo al interfaz una nueva desviación cenital. De este modo, el operario que está encargado de mover el espejo para ajustar cenitalmente el punto del espejo a calibrar, recibe en el interfaz en tiempo real el ajuste que debe realizar y las consecuencias que las variaciones en la posición cenital del 30 espejo tienen sobre dicha desviación. Una vez que la desviación cenital entre el valor medido y el valor de referencia, tolerancia de posicionamiento, es inferior a un valor predeterminado, cercano a cero, ha terminado la calibración. Esto permite un ajuste rápido y fiable del punto a calibrar.
Una vez que el primer punto a calibrar ha sido ajustado, la unidad de control transmite al dispositivo de posicionamiento 35 la posición acimutal de referencia de un segundo punto de la superficie del espejo a calibrar, repitiendo la secuencia anteriormente descrita.
El sistema anteriormente descrito posee entre otras ventajas que no es necesario que la superficie reflectante sea opaca y por lo tanto no es necesaria la utilización de un producto de pulverización que logre dicho objetivo. Esto es 40 debido a la utilización de un sistema de medición que comprende un receptor que al situarse en contacto con el punto de la superficie del espejo cuya posición se desea medir permite recibir directamente el haz láser emitido.
Otra de las ventajas que posee el sistema objeto de la invención es que al calibrar punto a punto es posible que mientras un operario realiza la calibración de un segundo punto, en el primer punto ya calibrado, otro operario está 45 realizado el apriete de la posición ya calibrada. Sin embargo, en sistemas y procedimientos en los que se realiza primero una lectura de todos los puntos a calibrar y posteriormente se evalúa la posición de los mismos, no es posible realizar el apriete hasta que todos los puntos han sido calibrados y medidos, ya que la evaluación del colector se realiza para todos los espejos en su conjunto. Es decir, el sistema objeto de la invención permite la calibración de cada espejo individualmente, en oposición a los sistemas que obligan a calibrar la totalidad de los espejos del colector o 50 heliostato, de forma que no se pueda evaluar y por tanto validar el posicionamiento de cada espejos individualmente.
Es también objeto de la invención, el procedimiento que comprende los siguientes pasos ejecutables por el sistema de calibración anteriormente descrito:
55
- transmisión de la unidad de control al dispositivo de posicionamiento del valor de referencia de la posición de un punto a calibrar de la superficie de los espejos,
- posicionamiento del receptor láser sobre el punto a calibrar,
- emisión de un haz del emisor láser al receptor láser para la medición del valor de la posición del primer punto de la superficie de los espejos, 60
- recepción en la unidad de control del valor medido por el emisor láser del punto a calibrar de la superficie de los espejos,
- cálculo en la unidad de control de la desviación cenital entre el valor cenital medido y el valor cenital de referencia,
- transmisión de la unidad de control al interfaz de dicha desviación cenital,
- ajuste del espejo según el valor de la desviación cenital recibido en el interfaz, hasta conseguir una desviación cenital recibida en el interfaz inferior a un valor predeterminado, 5
- repetición de los pasos anteriores en los siguientes puntos de calibración.
Según lo anteriormente descrito el procedimiento y el sistema objeto de la invención permiten reducir el tiempo de calibración, ya que la unidad de control, el interfaz y el dispositivo de posicionamiento del receptor láser logran la posibilidad de medir y regular de forma continua y poder así calibrar cada uno de los puntos en el momento en el que 10 está siendo medido, mientras que los dispositivos conocidos en el estado de la técnica necesitan realizar un medición completa de la totalidad de los puntos a calibrar, seguida de una calibración de los mismos.
Otra ventaja derivada del anterior sistema y procedimiento es la reducción de la mano de obra empleada e incluso de la cualificación de la misma. 15
Es también objeto de la presente invención un programa informático que comprende un código de programa legible por ordenador y ejecutable por un sistema de procesamiento de datos configurado para realizar el siguiente procedimiento en la unidad de control del sistema anteriormente descrito:
20
- transmisión al dispositivo de posicionamiento del valor de referencia de la posición de un punto a calibrar de la superficie de los espejos,
- transmisión al emisor láser de una orden de emisión de un haz para la medición del valor de la posición del punto de la superficie de los espejos,
- recepción del valor medido por el emisor láser del punto de la superficie de los espejos, 25
- cálculo de la desviación entre el valor cenital medido y el valor cenital de referencia,
- transmisión al interfaz de dicha desviación cenital,
- recepción del valor cenital ajustado medido por el emisor láser del punto a calibrar,
- transmisión al interfaz de dicha desviación cenital,
- recepción de un valor ajustado medido por el emisor láser procedente de la actuación sobre la posición cenital 30 del punto a calibrar, con el objeto de conseguir una desviación cenital mostrada por el interfaz inferior a un valor predeterminado,
- transmisión al dispositivo de posicionamiento del valor de referencia de un segundo punto de calibración sobre la superficie de los espejos, cuando la desviación cenital entre el valor medido y el valor de referencia del primer punto sea inferior al valor predeterminado, 35
- repetición de los pasos posteriores hasta completar todos los puntos a calibrar.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las 40 características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización de un heliostato y de los elementos que lo 45 componen.
Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización de un puesto de calibración en la línea de montaje de un heliostato.
50
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En la figura 1 se representa un ejemplo de realización de los elementos que componen un heliostato (1). El heliostato (1) mostrado está formado por 35 espejos (2) que deben ser calibrados. En el ejemplo de realización mostrado en las figuras, la calibración de los espejos (2) se realiza a través de la calibración de cuatro puntos de su superficie, por lo 55 que en total son calibrados 140 puntos.
La nave de ensamblaje de los heliostatos (1) está dotada de unos carriles por donde circula un carro eléctrico que posee un pedestal hidráulico que se traslada de un puesto de montaje a otro. Una vez que el carro eléctrico se posiciona en el puesto de verificación, se fija la posición del carro para evitar movimientos y vibraciones. 60
En la figura 2 se representa un puesto de calibración y un ejemplo de realización del sistema objeto de la invención. El
sistema de calibración comprende:
- el emisor láser (10),
- el receptor láser (11) que está localizado sobre un punto (3) de la superficie del espejo (2) a calibrar, más concretamente en contacto con el mismo (3). El receptor láser (11) ocupa la posición de referencia X, Y, ya 5 que los espejos (2) están localizados de forma esencialmente horizontal para realizar la medición, y es en la coordenada Z en la que el espejo (2) tiene que ser ajustado entre la posición real que ocupa y la posición de referencia.
En el ejemplo de realización mostrado en la figura 2, el receptor láser (11) es una superficie esférica. 10
Con el objeto de que el haz emitido sea recibido correctamente por el receptor láser (11), el emisor láser (10) está dotado de capacidad de movimiento, para ello comprende medios de desplazamiento y orientación para focalizar el haz hacia la posición del receptor láser (11).
15
Se representa también en la figura 2 el dispositivo de posicionamiento (12) del receptor láser (11) que está unido al mismo (11) de modo que desplaza al receptor láser (11) al punto (3) de la superficie del espejo (2) a calibrar. El dispositivo de posicionamiento (12) comprende medios para su movimiento en los tres ejes cartesianos, de manera que desplaza en X, Y y Z al receptor láser (11) hasta el valor de referencia en coordenadas X e Y, ajustando finalmente el sistema y procedimiento objeto de la invención en la coordenada Z. 20
Igualmente, se representa la unidad de control (13) que se materializa en un ordenador al que tiene acceso el operario (20) y que se dispone en comunicación con el dispositivo de posicionamiento (12), es decir, le indica la posición a la que debe desplazarse. También está en comunicación con el sistema de medición, indicándole al emisor láser (10) que tiene que transmitir un haz y recibiendo los resultados de la medición. Igualmente la unidad de control (13) realiza un 25 cálculo de la desviación cenital existente entre la medición cenital obtenida y un valor de referencia cenital previamente introducido en la unidad de control (13).
En el ejemplo de realización mostrado en la figura 2, al ser el receptor láser (11) una superficie esférica, la unidad de control (13) descuenta la distancia entre el centro geométrico de la misma y la superficie del espejo (2) donde se 30 apoya.
Finalmente, el dato de la desviación anterior es transmitido por la unidad de control (13) al interfaz (14). El interfaz (14) puede ser por ejemplo, un dispositivo móvil que porta el propio operario (20) o puede ser un interfaz (14) fijo. En el ejemplo de realización mostrado, el operario (20) porta el dispositivo móvil que contiene el interfaz (14). Dicho 35 interfaz (14) ofrece en tiempo real la desviación cenital entre la posición medida por el sistema de medición y la posición teórica que debería ocupar el punto (3) que se está calibrando.
El ajuste de la posición de los espejos (2) es realizada de forma manual por el propio operario (20) que a su vez, y debido a la continuidad de la medición del sistema, obtiene también en tiempo real como la variación que está 40 realizando sobre la posición del punto (3) de calibración, afecta a la desviación calculada por la unidad de control (13) y que es reflejada en el interfaz (14). De este modo, cuando el operario detecta que la desviación es inferior a un valor predeterminado, normalmente próximo a cero con una tolerancia determinada de ajuste, el operario (20) finaliza la manipulación del espejo (2) y la unidad de control (13) transmite la orden al sistema de medición, de trasladarse a un segundo punto de medición a calibrar. Posteriormente, otro operario realiza el par de apriete de la 45 posición calibrada.
Con el objeto de tener una medición más rápida, es posible contar con dos sistemas de calibración según lo descrito.
50
Previamente a lo anterior, la unidad de control (13) transmite a un mecanismo de accionamiento los ángulos acimutal y de elevación de la estructura que soporta los espejos (2) el replegado del heliostato (1) o colector a un plano de referencia. Este mecanismo de accionamiento acimutal de la posición de los espejos (2) consiste en el ejemplo de realización, en un motor que controla el movimiento de los ángulos acimutal y de elevación de dicha estructura soporte. Normalmente este replegado será a una posición horizontal para facilitar la labor del elemento de posicionamiento (12). 55 Para ello la unidad de control (13) transmite la orden al emisor láser (10) que emite un haz a un receptor láser (11) situado normalmente en la base de un pedestal localizado bajo la superficie de los espejos (12). Posteriormente, el plano de los espejos (2) a través del mecanismo de accionamiento acimutal y de elevación gira hasta que está paralelo al plano de referencia medido. De esta manera además se independiza la referencia de la bancada que sostiene el propio heliostato (1). 60
Claims (8)
-
REIVINDICACIONES1.- Sistema de calibración del posicionamiento de los espejos (2) en heliostatos (1), caracterizado porque comprende:- un receptor láser (11) posicionable en contacto con un punto (3) de la superficie del espejo (2) a calibrar y desplazable con el espejo (2) para seguir el movimiento del mismo (2), 5- un emisor láser (10) destinado a emitir un haz hacia el receptor láser (3) para determinar la posición del mismo (11) y del punto (3) del espejo (2) a calibrar en cada posición ocupada por el espejo (2),- un dispositivo de posicionamiento (12) que alberga el receptor láser (11), destinado al posicionamiento del receptor láser (11) sobre el punto (3) de la superficie del espejo (2) a calibrar,- una unidad de control (13): 10o destinada a comunicarse con el dispositivo de posicionamiento (12), para el control del posicionamiento del receptor láser (11) sobre el punto (3) de la superficie del espejo (2) a calibrar en un valor de referencia para las coordenadas acimutales X e Y,o destinada a comunicarse con el emisor láser (10), para recibir del mismo la posición cenital a calibrar medida del punto (3) de la superficie del espejo (2) de coordenadas acimutales X e Y de referencia, y 15o configurada para el cálculo de la desviación cenital entre el valor medido por el emisor láser (10) y el valor cenital de referencia correspondiente a dichas coordenadas acimutales, y- un interfaz (14) conectable a la unidad de control (13) para mostrar dicha desviación cenital. - 2.- Sistema de calibración del posicionamiento de los espejos (2) en heliostatos (1), según la reivindicación 1, 20 caracterizado porque el emisor láser (10) comprende medios de desplazamiento y orientación para focalizar el haz hacia la posición del receptor láser (11).
- 3.- Sistema de calibración del posicionamiento de los espejos (2) en heliostatos (1), según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de posicionamiento (12) comprende medios para su desplazamiento en los tres ejes 25 cartesianos.
- 4.- Procedimiento de calibración del posicionamiento de los espejos (2) en heliostatos (1), caracterizado porque comprende los siguientes pasos ejecutables por el sistema de calibración descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3: 30- transmisión de la unidad de control (13) al dispositivo de posicionamiento (12) del valor de referencia de la posición de un punto (3) a calibrar de la superficie de los espejos (2),- posicionamiento del receptor láser (11) sobre el punto (3) a calibrar,- emisión de un haz del emisor láser (10) al receptor láser (11) para la medición del valor de la posición del punto (3) de la superficie de los espejos (2), 35- recepción en la unidad de control (13) del valor medido por el emisor láser (10) del punto (3) a calibrar,- cálculo en la unidad de control (13) de la desviación cenital entre el valor cenital medido y el valor cenital de referencia,- transmisión de la unidad de control (13) al interfaz (14) de dicha desviación cenital,- ajuste del espejo (2) según el valor de la desviación cenital recibido en el interfaz (14) hasta conseguir una 40 desviación cenital recibida en el interfaz (14) inferior a un valor predeterminado,- repetición de los pasos anteriores en los siguientes puntos de calibración de los espejos (2) del heliostato (1).
- 5.- Procedimiento de calibración del posicionamiento de los espejos (2) en heliostatos (1), según la reivindicación 4, caracterizado porque previamente la unidad de control (13) transmite a un mecanismo de accionamiento los ángulos 45 acimutal y de elevación de la posición de una estructura soporte de los espejos (2) del heliostato (1) el replegado de la misma a un plano de referencia.
- 6.- Procedimiento de calibración del posicionamiento de los espejos (2) en heliostatos (1), según la reivindicación 5, caracterizado porque el receptor láser (11) es una superficie esférica. 50
- 7.- Procedimiento de calibración del posicionamiento de los espejos (2) en heliostatos (1), según la reivindicación 6, caracterizado porque la unidad de control (13) realiza el paso de descontar la distancia entre el centro geométrico de la superficie esférica y la superficie del espejo (2) donde se apoya.55
- 8.- Programa informático de calibración del posicionamiento de los espejos (2) en heliostatos (1), que comprende un código de programa legible por ordenador y ejecutable por un sistema de procesamiento de datos configurado para realizar el siguiente procedimiento en la unidad de control (13) del sistema descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3:60- transmisión al dispositivo de posicionamiento (12) del valor de referencia de la posición de un punto (3) a calibrar de la superficie de los espejos (2),- transmisión al emisor láser (10) de una orden de emisión de un haz para la medición del valor de la posición del punto (3) de la superficie de los espejos (2),- recepción del valor medido por el emisor láser (10) del punto (3) a calibrar,- cálculo de la desviación cenital entre el valor cenital medido y el valor cenital de referencia,- transmisión al interfaz (14) de dicha desviación cenital, 5- recepción de un valor ajustado medido por el emisor láser (10) procedente de la actuación sobre la posición cenital del punto (3) a calibrar, con el objeto de conseguir una desviación cenital mostrada por el interfaz (14) inferior a un valor predeterminado,- transmisión al dispositivo de posicionamiento (12) del valor de referencia de un segundo punto de calibración sobre la superficie de los espejos (12), cuando la desviación cenital entre el valor medido y el valor de 10 referencia del primer punto (3) sea inferior al valor predeterminado,- repetición de los pasos anteriores hasta completar todos los puntos a calibrar.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2422806 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20140917 |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20210928 |