ES2607710A1

ES2607710A1 - Método de calibración para heliostatos

Info

Publication number: ES2607710A1
Application number: ES201531419A
Authority: ES
Inventors: Michael BURISCH; Marcelino Sánchez González; Aitor OLARRA URBERUAGA; Cristóbal VILLASANTE CORREDOIRA; David OLASOLO DON
Original assignee: Fundacion Tekniker; Fundacion Cener Ciemat
Current assignee: Fundacion Tekniker; Fundacion Cener Ciemat
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-04-03
Anticipated expiration: 2035-10-02
Also published as: AU2016329628B2; WO2017055663A1; ES2607710B1; US20180274819A1; SA518391255B1; ZA201802045B; MA42176B1; MA42176A1; CN108139115A; CL2018000842A1; AU2016329628A1; CN108139115B

Abstract

Método de calibración para heliostatos que comprende llevar a cabo al menos una búsqueda para visualizar al menos una referencia por medio de un dispositivo de visión artificial dispuesto de manera fija en cada uno de los heliostatos a ser calibrado; reconocer la referencia buscada; llevar a cabo una captura de la referencia para cada una de las búsquedas, comprendiendo la captura una toma de una imagen visualizada por el dispositivo de visión artificial en la que aparece la referencia y una lectura de un valor de los sensores; recopilar y almacenar datos de la toma y la lectura; comparar el valor de los sensores de la captura con el valor de los sensores de acuerdo con una relación cinemática que está en vigor; establecer un error para cada una de las capturas; y determinar una nueva relación cinemática.

Description

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DESCRIPCION

METODO DE CALIBRACION PARA HELIOSTATOS

Campo tecnico

La presente invencion se refiere al sector de la generacion de energfa electrica mediante captura de energfa solar a traves de receptores solares, proponiendo un metodo de calibracion para heliostatos que permite guiar luz solar de manera precisa a un receptor solar durante las horas de luz del sol.

Estado de la tecnica

El funcionamiento de centrales termosolares de receptor central se ve altamente influenciado por la eficiencia de campos de heliostatos. La eficiencia de los campos de heliostatos depende en gran medida de la capacidad de los heliostatos para reflejar la luz solar a un receptor solar durante las horas de luz del sol.

Existe una gran variedad de soluciones para cumplir con los requisitos funcionales y asf orientar correctamente los heliostatos. Todos los heliostatos comprenden: actuadores tales como motores rotativos y actuadores lineales por un lado y sistemas de transmision por otro lado. Los sistemas de transmision son mecanismos que comprenden componentes tales como correas, cadenas, cajas de engranajes, componentes estructurales, uniones, etc.

Los heliostatos comprenden medios de control que establecen valores de consigna deseados de los actuadores (posicion angular, desplazamientos lineales, etc.) para reflejar la luz solar de manera adecuada hacia el receptor solar correspondiente en todo momento. Para ello, los medios de control deben relacionar posicion de los actuadores y orientacion de los heliostatos. Esta relacion se define como una relacion cinematica y puede establecerse mediante metodos que emplean ecuaciones que representan unas cadenas cinematicas, metodos que implementan tablas que relacionan la posicion de los actuadores y la orientacion de los heliostatos, etc. Cuando se instalan los heliostatos, se establece una relacion cinematica inicial en los medios de control segun el diseno de los heliostatos y su posicion en el campo solar.

Diferentes tipos de problemas pueden cambiar dicha relacion cinematica inicial generando una

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incorrecta orientacion de los heliostatos, es decir, haciendo que unos vectores normales centrales de unas superficies reflectantes de los heliostatos no enfoquen o apunten en una direccion deseada, de modo que la luz solar no se refleje de manera adecuada hacia los receptores solares durante las horas de luz del sol. Algunos de estos problemas son consecuencia de una fabricacion, montaje e instalacion imprecisos, suciedad indeseada en partes tales como engranajes o juntas, impactos, hundimiento del suelo en el que se ubican los heliostatos, tormentas, etc.

Algunos heliostatos conocidos comprenden dos ejes de rotacion de acuerdo a un eje acimutal o vertical y un eje de elevacion u horizontal, otros de los heliostatos conocidos son del tipo denominado comunmente como “pitch-roll”, algunos otros son del tipo denominado comunmente “target alligned”, y algunos otros de los heliostatos conocidos se basan en configuraciones cinematicas paralelas.

En la actualidad se conocen diferentes metodos de calibracion para corregir dichas orientaciones incorrectas de los heliostatos. Algunos de estos bien conocidos metodos requieren llevar a cabo una calibracion manual de los heliostatos, uno por uno, por al menos un operario. Estos metodos no son eficientes y son mas adecuados para los campos de heliostatos con un numero reducido de heliostatos.

Otros metodos conocidos requieren el uso de dispositivos de vision caros porque en estos metodos es necesario emplear los dispositivos de vision que pueden recibir varios reflejos de la luz solar desde algunos de los heliostatos al mismo tiempo sin resultar danados. En algunos casos, los dispositivos de vision adicionalmente requieren el uso de algunos filtros para enfocar directamente el sol, lo que tiene la desventaja de no permitir observar ningun otro objeto aparte del sol.

Tambien se conocen metodos en los que tanto los dispositivos de vision como referencias usados para la calibracion de los heliostatos estan dispuestos en postes altos alejados de los heliostatos. Estas condiciones conllevan que los dispositivos de vision tienen que estar esten preparados para resistir condiciones meteorologicas adversas, tales como lluvia y nieve, ademas del hecho de que estos postes generan sombras que pueden interferir con una identificacion correcta de las referencias dependiendo del metodo de calibracion empleado.

Metodos de calibracion convencionales que requieren una observacion simultanea del sol y el

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receptor solar mediante los dispositivos de vision, siendo uno de estos conocidos por el documento US2009/249787A1, tienen otra desventaja anadida. Esta desventaja es una necesidad de usar los dispositivos de vision con lentes especiales de coste elevado para cubrir optimamente un campo de vision amplio o una limitacion de llevar a cabo la calibracion solamente cuando el sol y el receptor estan proximos a su alineacion con respecto a la posicion de los dispositivos de vision correspondientes.

Adicionalmente, algunos de los metodos de calibracion convencionales no permiten que varios heliostatos se calibren simultaneamente. Este hecho supone una clara e indeseada desventaja en campos en los que hay decenas de miles de los heliostatos debido a que estos metodos conllevan demasiado tiempo de calibracion.

Ademas, los metodos de calibracion convencionales no ofrecen una calibracion automatica y simultanea de todos los heliostatos que maximice la eficiencia de los campos de heliostatos.

Objeto de la invencion

Metodo de calibracion para heliostatos que comprenden un elemento reflectante y que tienen actuadores, sensores que definen una posicion de los actuadores y una relacion cinematica que esta en vigor para los heliostatos. El metodo comprende los pasos de:

- llevar a cabo al menos una busqueda para visualizar al menos una referencia con una localizacion conocida por medio de un dispositivo de vision artificial dispuesto de manera fija en cada uno de los heliostatos a ser calibrado, de modo que los dispositivos de vision artificial se desplazan junto con los elementos reflectantes y de una misma manera;

- reconocer la referencia buscada;

- llevar a cabo una captura de la referencia para cada una de las busquedas, la captura comprendiendo una toma de una imagen visualizada por el dispositivo de vision artificial en la que aparece la referencia y una lectura de un valor de los sensores;

- recopilar y almacenar datos de la toma y la lectura;

- comparar el valor de los sensores de la captura con el valor de los sensores de acuerdo con la relacion cinematica que esta en vigor;

- establecer un error para cada una de las capturas de acuerdo a diferencias entre el valor de los sensores de la captura y el valor de los sensores de acuerdo con la relacion cinematica que esta en vigor; y

- determinar una nueva relacion cinematica que minimiza los errores.

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Los dispositivos de vision artificial estan dispuestos en una cara trasera del elemento reflectante, en una cara frontal del elemento reflectante, entre la cara trasera y la cara frontal del elemento reflectante o en un lateral del elemento reflectante.

Las referencias comprenden caracterfsticas de identificacion para ser visualizadas, reconocidas y capturadas inequfvocamente. Las referencias son naturales o artificiales, y/o moviles o estacionarias. La localizacion de las referencias se determina de acuerdo a un pixel contenido en una forma ajustada a lo largo de un contorno exterior de las caracterfsticas de identificacion.

Por medio de un dispositivo de vision artificial adicional con una localizacion conocida con precision se visualiza un reflejo de una de las referencias en el elemento reflectante de al menos uno de los heliostatos, y se determina una bisectriz entre un vector desde el dispositivo de vision artificial adicional hasta el elemento reflectante y un vector desde la referencia reflejada hasta el elemento reflectante. El metodo comprende establecer una relacion entre la bisectriz y una direccion de enfoque de los dispositivos de vision artificial.

Las busquedas de las referencias se llevan a cabo cambiando la orientacion de los heliostatos hasta que un pixel de localizacion real de las referencias se corresponde con un pixel especffico de las imagenes o variando la orientacion del heliostato de acuerdo a valores de consigna conocidos, basandose en la relacion cinematica que esta en vigor y la referencia buscada.

Las busquedas se llevan a cabo de acuerdo a las referencias que han sido previamente seleccionadas o de acuerdo a un movimiento en espiral hacia fuera. Llevando a cabo la busqueda una vez, se actualiza un valor de “offset” para los actuadores. Llevando a cabo la busqueda al menos dos veces visualizando una o mas de las referencias la orientacion de los heliostatos se varfa para cada una de las capturas. Llevando a cabo la busqueda al menos tres veces, se determina completamente la nueva relacion cinematica.

Para mejorar la precision del heliostato se puede disponer mas de uno de los dispositivos de vision artificial de manera fija en cada uno de los heliostatos. Adicionalmente, cada uno de los dispositivos de vision artificial esta dispuesto de manera fija en una faceta del heliostato.

Descripcion detallada de la invencion

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La presente invencion se refiere a un metodo de calibracion para heliostatos que maximiza la eficiencia de campos de heliostatos que incluyen al menos un receptor solar con una localizacion conocida con precision. La presente invencion permite la calibracion de un gran numero (por ejemplo miles o decenas de miles) de los heliostatos incluidos en los campos de heliostatos simultaneamente. Dicho numero es ilimitado porque todos los heliostatos del campo de heliostatos pueden calibrarse simultaneamente dado que la calibracion de cada uno de los heliostatos es independiente de la calibracion del resto de los heliostatos. El metodo de calibracion puede aplicarse en paralelo a todos los heliostatos del campo de heliostatos.

Un sistema de calibracion para los heliostatos comprende un conjunto de dichos heliostatos, medios de control y un conjunto de dispositivos de vision artificial. Cada uno de los heliostatos comprende un elemento reflectante, que a su vez comprende al menos una faceta. Adicionalmente, cada uno de los heliostatos tiene uno de los dispositivos de vision artificial dispuesto de manera fija de modo que los dispositivos de vision artificial se mueven o desplazan junto con los elementos reflectantes y de una misma manera. Los elementos reflectantes tienen un lado reflectante y un lado no reflectante, siendo el lado reflectante el lado por el que sale de los elementos reflectantes reflejos de luz solar. Los elementos reflectantes estan configurados para reflejar la luz solar hacia el receptor solar y pueden ser planos o no planos, por ejemplo comprendiendo algunas de las facetas anguladas entre si o siendo los elementos reflectantes curvados con una forma concava. Adicionalmente, la disposicion de los dispositivos de vision artificial en los heliostatos es libre; es decir, puede realizarse en cualquier punto de los heliostatos con respecto a puntos geometricos centrales de los elementos reflectantes.

Los dispositivos de vision artificial estan configurados para visualizar, reconocer y captar referencias, las cuales se describen mas abajo. Los dispositivos de vision artificial pueden visualizar mas de una de las referencias simultaneamente, aunque esto no es necesario para llevar a cabo el metodo. Los dispositivos de vision artificial pueden visualizar las referencias una por una para llevar a cabo el metodo. Los dispositivos de vision artificial comprenden, de manera preferente, camaras de bajo coste y/o de pequeno tamano. Los requisitos de los dispositivos de vision artificial empleados en la presente invencion lo permiten. Por ejemplo, los dispositivos de vision artificial pueden comprender lentes limitadas a cubrir un campo de vision estrecho porque los dispositivos de vision artificial pueden emplearse solo para visualizar, reconocer y captar las referencias de una en una. Adicionalmente, los dispositivos de vision artificial pueden ser del tipo incluido en los telefonos moviles. Esto es posible dado que estos

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tambien comprenden preferentemente sensores comunmente considerados de baja calidad.

Segun una realizacion preferente, los dispositivos de vision artificial estan dispuestos en una parte posterior de los heliostatos, es decir, en una cara trasera de los elementos reflectantes en la que se localiza el lado no reflectante. Para la visualizacion, el reconocimiento y la captura de las referencias los dispositivos de vision artificial estan dispuestos enfocando hacia atras o lateralmente con respecto al heliostato correspondiente. Esta disposicion permite evitar, mediante los elementos reflectantes, que dichos dispositivos de vision artificial esten expuestos de manera directa a la radiacion solar, y por tanto se evita su potencial efecto negativo sobre la vida util de los dispositivos de vision artificial. Ademas, esta disposicion de los dispositivos de vision artificial permite la utilizacion de toda el area de la superficie reflectante para reflejar la luz solar o la radiacion solar al hacia el receptor solar.

Segun otra realizacion preferente, los dispositivos de vision artificial estan dispuestos en una parte frontal de los heliostatos, es decir, en una cara frontal de los elementos reflectantes en la que se localiza el lado reflectante. En este caso, los dispositivos de vision artificial estan dispuestos enfocando hacia delante o lateralmente con respecto al heliostato correspondiente. Debido al pequeno tamano de los dispositivos de vision artificial, la reduccion del area de las superficies reflectantes destinada para reflejar la radiacion solar es muy pequena.

Segun una realizacion preferente adicional, los dispositivos de vision artificial estan dispuestos entre la cara frontal y la cara trasera de los elementos reflectantes, siendo las superficies reflectantes planas o no planas. En este caso, los dispositivos de vision artificial estan dispuestos enfocando hacia delante, lateralmente o hacia atras. Los dispositivos de vision artificial estan dispuestos integrados en los elementos reflectantes, estando insertados completa o parcialmente en los elementos reflectantes, por ejemplo por medio de perforaciones o estando ubicados en espacios entre las facetas.

Segun otra realizacion preferente adicional, los dispositivos de vision artificial estan dispuestos en una parte lateral de los heliostatos, es decir, en un lateral del elemento reflectante, y enfocando hacia delante, hacia atras o lateralmente con respecto al heliostato correspondiente. De este modo, los dispositivos de vision artificial no reducen el area de las superficies reflectantes. Preferentemente, al menos parte del elemento reflectante esta situado entre el sol y los dispositivos de vision artificial, de modo que se evita que los dispositivos de vision artificial, y mas particularmente sus sensores y/o sus lentes, se expongan directamente a la

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radiacion solar.

En la presente invencion, los dispositivos de vision artificial enfocan en cualquier direccion con respecto a un vector normal central del elemento reflectante, y mas especfficamente del lado reflectante. Dicho de otro modo, la direccion de enfoque de los dispositivos de vision artificial puede ser diferente de la direccion de los vectores normales centrales de los lados reflectantes. Los vectores normales centrales parten de los puntos del centro geometrico tanto de los lados reflectantes planos como de los no planos.

Las referencias estan dispuestas a cualquier altura con respecto a los heliostatos, es decir, sobre el suelo o en posiciones elevadas con respecto a los heliostatos y distribuidas geograficamente por todo el campo de heliostatos o alrededor del mismo. Las referencias estan dispuestas de modo que estan en el campo de vision de los dispositivos de vision artificial. Las localizaciones de las referencias se conocen con precesion en cualquier momento del metodo de calibracion en el entorno 3D en el que estan distribuidas.

Cada una de dichas referencias comprende caracterfsticas de identificacion para ser visualizadas, reconocidas y capturadas inequfvocamente por el sistema de calibracion por medio de los dispositivos de vision artificial y los medios de control. Las referencias pueden ser naturales, tales como cuerpos celestes, o artificiales.

Las referencias naturales se seleccionan preferiblemente entre estrellas, el Sol y la Luna. Las referencias naturales son fuentes de luz natural que emiten una luz natural. Las caracterfsticas de identificacion de las referencias naturales se determinan de acuerdo a esta luz natural. Preferentemente, las caracterfsticas de identificacion se basan en la forma de la luz natural. Adicional o alternativamente, las caracterfsticas de identificacion pueden estar basadas en el tamano, color y/o intensidad de dicha luz natural.

Las referencias artificiales comprenden incluyen un elemento de identificacion mediante el cual comprenden las caracterfsticas de identificacion. En caso de que las referencias sean artificiales, las caracterfsticas de identificacion se basan preferiblemente en la forma del elemento de identificacion. Adicional o alternativamente, las caracterfsticas de identificacion pueden estar basadas en el tamano, color, brillo, etc. del elemento de identificacion de dichas referencias artificiales.

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El elemento de identificacion es preferentemente una luz artificial emitida por las referencias artificiales. Dicha luz artificial tambien puede encenderse y apagarse para ser visualizadas, reconocidas y capturadas inequfvocamente por el sistema de calibracion. Adicional o alternativamente, es una luz continua o intermitente y/o de intensidades especfficas para el mismo fin.

Alternativamente, el elemento de identificacion es un objeto configurado de modo que cada una de las referencias puede ser visualizada, reconocida y captada inequfvocamente mediante el sistema de calibracion por medio de los dispositivos de vision artificial y los medios de control. Los objetos pueden comprender elementos codificados para dicho fin. Estos objetos pueden ser paneles dispuestos solamente para actuar como las referencias o cualquier otro elemento localizado en el campo de heliostatos y que, ademas de actuar como una de las referencias, desempena otro papel en el campo de heliostatos.

De acuerdo con lo que se ha descrito, las referencias tambien son moviles o estacionarias. En ambos casos, su localizacion se conoce con precision o exactitud durante el metodo de calibracion. Para ello, se emplean medios tales como localizadores GPS, sistemas de seguimiento por laser o fotogrametrfa. De este modo, las referencias moviles pueden ser dispositivos tales como drones, que vuelan o no.

La orientacion de los heliostatos se cambia o varfa por medio de los medios de control, que definen valores de consigna de actuadores para orientar los heliostatos. En otras palabras, la orientacion de los heliostatos se cambia o varfa cambiando o variando los valores de consigna de los actuadores. Dependiendo de la cadena cinematica de los heliostatos, los valores de consigna pueden ser posiciones angulares, desplazamientos lineales, etc. En la presente invencion, los heliostatos no estan limitados a ningun tipo ni a ninguna configuracion.

Para visualizar las referencias mediante los dispositivos de vision artificial en el entorno 3D, se lleva a cabo una busqueda. Para llevar a cabo la busqueda, se varfa la orientacion de los heliostatos para visualizar y reconocer las referencias, habiendo sido las referencias previamente seleccionadas o determinadas. De este modo, la variacion en la orientacion de los heliostatos se realiza de acuerdo a la localizacion conocida de las referencias. Si despues de dicha variacion en la orientacion de los heliostatos no se visualizan las referencias previamente seleccionadas o determinadas, se varfa de nuevo la orientacion de los heliostatos por ejemplo segun un movimiento en espiral hacia fuera hasta que dichas referencias se visualizan y

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reconocen.

Despues de la busqueda, y por medio de los medios de control, tiene lugar una captura de la referenda correspondiente. Dichas capturas comprenden una toma de una imagen visualizada mediante el dispositivo de vision artificial en la que aparece la referencia buscada, asf como una lectura del valor de los sensores que determinan la posicion de los actuadores. Los medios de control tambien estan tambien configurados para recopilar o almacenar datos relativos a dichas tomas y dichas lecturas para un procesamiento posterior.

En dichas imagenes en las que aparecen las referencias, las fuentes de luz natural y los elementos de identificacion pueden aparecer con un contorno exterior no circular. Esto puede ser, por ejemplo, porque las referencias son naturales o porque los elementos de identificacion no tienen una forma esferica. Adicionalmente, a pesar de tener un contorno exterior circular, cuando los elementos de identificacion y las luces naturales se enfocan con un angulo con respecto a su frontal, es decir, no frontalmente, aparecen con el contorno exterior no circular, tal como una elipse.

Para la captura de las referencias, segun la imagen en 2D del entorno 3D en el que se localizan, los medios de control preferentemente detectan el contorno exterior de las referencias; es decir, los medios de control detectan el contorno exterior de las luces naturales y los elementos de identificacion. Tras dicha deteccion, los medios de control ajustan una forma a lo largo de dicho contorno. Despues, se determina un pixel, el cual es definido como pixel de localizacion, mediante los medios de control para dicha forma en la imagen tomada en la captura correspondiente. El pixel de localizacion en las imagenes representa la localizacion conocida de las referencias en el entorno 3D. Dicho pixel de localizacion corresponde a cualquier pixel de dicha forma, como por ejemplo un pixel central o del punto medio de dicha forma.

Los medios de control determinan la localizacion de las referencias en las imagenes tomadas de acuerdo a su pixel de localizacion. Este hecho proporciona una alta precision en los calculos llevados a cabo por el metodo.

A modo de ejemplos, cuando los elementos de identificacion no se enfocan frontalmente mediante los dispositivos de vision artificial, el contorno exterior de los elementos de identificacion con una forma esferica aparece como un cfrculo en las imagenes y el contorno

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exterior de los elementos de identificacion con una forma circular aparece como una elipse. En estos casos, los medios de control determinan el pfxel de localizacion del drculo y la elipse que aparecen en las imagenes.

Cuando se determina el p^xel de localizacion de las referencias, se establece en las imagenes la localizacion para las referencias a traves de uno de los pfxeles, que se define como pfxel de localizacion real.

Como se ha descrito, las referencias se reconocen inequvocamente por sus caractensticas de identificacion, pero en caso de que mas de una de las referencias comprenda las mismas caractensticas de identificacion o solo para confirmar que la referencia visualizada es la referencia que se ha buscado, se lleva a cabo un paso adicional de acuerdo a la localizacion conocida con precision de cada una de las referencias. Tras la visualizacion de una de las referencias y el reconocimiento de las caractensticas de identificacion de dicha referencia, se confirma que las caractensticas de identificacion corresponden a las caractensticas de identificacion de la referencia localizada donde enfoca el dispositivo de vision artificial correspondiente. Esta confirmacion se realiza por medio de los medios de control.

Segun una realizacion preferente, la busqueda de las referencias implica cambiar la orientacion de los heliostatos hasta que el pfxel de localizacion real de las referencias corresponde a un pfxel espedfico de las imagenes visualizadas y tomadas. El pfxel espedfico es previamente definido o seleccionado mediante los medios de control. Dicho pfxel espedfico corresponde a un pfxel cualquiera de las imagenes tomadas, como por ejemplo un pfxel central o de un punto central de dichas imagenes.

Para este pfxel espedfico, los medios de control definen los valores de consigna para la posicion de los actuadores de acuerdo a una relacion cinematica que esta en vigor para los heliostatos cuando se aplica el metodo, los cuales se definen como valores esperados de los sensores que determinan la posicion de los actuadores. Esta relacion cinematica puede ser por ejemplo una relacion cinematica inicial establecida cuando se instalan los heliostatos.

Partiendo de estos valores, el heliostato enfoca la referencia buscada por medio de su dispositivo de vision artificial, de modo que se cambia la orientacion del heliostato hasta que el pfxel de localizacion real de dicha referencia se corresponde con el pfxel espedfico. Por tanto, el heliostato se orienta en la direccion requerida. La lectura de los valores correspondientes de

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los sensores que definen las posiciones de los actuadores, los cuales son definidos como valores reales de los sensores que definen la posicion de los actuadores, se recopila y almacena posteriormente en los medios de control junto con los valores esperados.

Despues, se establece o calcula un error. El error se establece mediante los medios de control basandose en una diferencia entre los valores reales de los sensores que definen la posicion de los actuadores y los valores esperados de los sensores que determinan la posicion de los actuadores. De acuerdo a este error, los medios de control determinan si la localizacion del heliostato en el campo de heliostatos y la relacion cinematica que esta en vigor para dicho heliostato son correctas para reflejar adecuadamente la luz solar hacia el receptor solar.

Para esta realizacion preferente, puede captarse un conjunto de las referencias de acuerdo a un conjunto de los pfxeles especfficos, es decir, variando la orientacion del heliostato para cada pixel especffico. En este metodo, el error se establece independientemente para cada uno de los pfxeles especfficos del conjunto. En otras palabras, cada uno de los errores se determina como se describio anteriormente, cada vez siendo diferente el pixel especffico.

Los medios de control determinan o identifican una nueva relacion cinematica para el heliostato de acuerdo a un proceso de minimizacion matematico, que se conoce en el estado de la tecnica, de dichos errores establecidos independientemente para cada una de las diferencias entre los valores reales y los esperados. Esta nueva relacion cinematica sera la relacion cinematica que estara en vigor cuando el metodo de calibracion es aplicado de nuevo.

La relacion cinematica que esta en vigor para el heliostato que esta implementada en los medios de control se sustituye por la nueva relacion cinematica que se usara en adelante. Esta sustitucion supone una actualizacion de la relacion cinematica. Al mismo tiempo, dicha actualizacion supone la calibracion de los heliostatos. La actualizacion garantiza que la luz solar se refleja hacia el receptor solar durante las horas de sol.

Una ventaja de esta realizacion preferente es que los dispositivos de vision artificial no tienen necesidad de ser calibrados, es decir, no es necesario conocer parametros internos de los dispositivos de vision artificial como la distorsion.

Segun otra realizacion preferente, la busqueda se lleva a cabo variando la orientacion del heliostato de acuerdo a valores de consigna conocidos, basados en la relacion cinematica que

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esta en vigor y la referenda buscada. Si despues de esta busqueda no se visualiza dicha referencia, la orientacion del heliostato se varfa de nuevo segun, por ejemplo, el movimiento en espiral hacia fuera hasta que se visualiza dicha referencia.

De este modo, la busqueda de la referencia se lleva a cabo hasta que se visualiza la referencia en cualquier posicion dentro de la imagen; es decir, en un pixel arbitrario o no especffico.

Despues de llevar a cabo la busqueda de las referencias, tiene lugar la captura de las referencias. En la imagen tomada mediante los dispositivos de vision artificial se establece el pixel de localizacion real de las referencias. Adicionalmente, se recopilan y almacenan los valores reales de los sensores que definen la posicion de los actuadores.

Basado en la relacion cinematica que esta en vigor, el valor de los sensores que definen la posicion de los actuadores corresponde a una orientacion esperada. Por tanto, para un valor particular de los sensores, se espera que una de las referencias aparezca en un pixel en particular de la imagen definido como pixel de localizacion esperado. De igual manera que, si una de las referencias se identifica en la imagen en un pixel en particular, se espera un valor de los sensores correspondiente. Este valor de los sensores se define como el valor esperado de los sensores.

Los medios de control usan el pixel de localizacion real para calcular el valor esperado de los sensores que definen la posicion de los actuadores. Como ha sido indicado, este valor de los sensores es el valor para el cual la referencia deberfa ser mostrada en el pixel de localizacion real de acuerdo con la relacion cinematica que es valida.

Entonces, se comparan el valor real de los sensores y el valor esperado de los sensores, y se calcula el error segun la diferencia entre ambos. Esto es equivalente a usar la distancia entre el pixel de localizacion real y el pixel de localizacion esperado, donde el pixel de localizacion esperado se estima de acuerdo a la relacion cinematica que es valida y a propiedades de proyeccion del dispositivo de vision artificial correspondiente.

Si los valores reales de los sensores y los valores esperados de los sensores son los mismos, el error es nulo y por tanto, no hay necesidad de llevar a cabo la calibracion del heliostato correspondiente. Pero, si los valores reales del sensor y los valores esperados del sensor son diferentes, los medios de control establecen el error. Por tanto, para esta realizacion preferente

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los errores se establecen o calculan segun diferencias entre los valores reales del sensor y los valores esperados de los sensores para la referencia que se ha capturado.

De este modo, los medios de control determinan la nueva relacion cinematica de acuerdo al proceso de minimizacion matematico de todos los errores a fin de reflejar adecuadamente la luz solar hacia el receptor solar a lo largo del dfa puesto que los errores se establecen para cada una de las orientaciones o capturas. La nueva relacion cinematica que se obtiene se establece de modo que se minimizan los errores, preferentemente de forma que sean nulos o casi nulos, haciendo que la luz solar se refleje de manera adecuada hacia el receptor solar mediante el heliostato correspondiente.

En el presente metodo de calibracion, para establecer dicha nueva relacion cinematica, se varfa la orientacion de los heliostatos durante la captura de las referencias tantas veces lo requiera la complejidad de la relacion cinematica que esta en vigor. Es decir, para la relacion cinematica que esta en vigor definida por un numero elevado de parametros de los heliostatos (como por ejemplo configuraciones de ejes mas complejas) son necesarias mas capturas con el fin de estimar todos los citados parametros. Alternativamente, puede usarse un numero reducido de orientaciones si solo tiene que estimarse o verificarse un numero reducido de parametros y otros se consideran conocidos.

Como ejemplo, usando una de las capturas, puede fijarse una orientacion particular del heliostato correspondiente y, por tanto, puede establecerse un angulo de referencia para los ejes acimutales y de elevacion para el heliostato con tal configuracion, siempre que la orientacion de dichos ejes se considere conocida. Este proceso no implica identificar completamente la relacion cinematica sino actualizar un valor de “offset” para los actuadores, o al menos para dichos ejes. Usando mas de una de las capturas, puede definirse mas de uno de los angulos de referencia y, por tanto, los sensores que van a usarse pueden ser mas baratos, puesto que sus mediciones pueden corregirse en dichas orientaciones particulares mejorando la precision del heliostato. Esto tambien puede evitar cierto hardware en cada uno de los heliostatos, como interruptores de referencia o interruptores de “homing”, puesto que estos elementos se instalan para definir los angulos de referencia. Todo esto lleva a una reduccion de costes de los heliostatos.

En el presente metodo de calibracion, si los dispositivos de vision artificial estan calibrados, el metodo de calibracion puede usar una de las referencias para mas de una de las capturas si el

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pixel de la imagen en el que se visualiza se varfa para cada una de las capturas. De este modo, puede captarse una de las referencias variandose la orientacion de los heliostatos para cada una de las capturas. Por tanto, el metodo de calibracion puede realizarse con solamente una de las referencias. Es decir, mediante la variacion de la orientacion de los heliostatos se mueve la referencia en la imagen y el pixel que corresponde al pixel de localizacion real de la referencia se varfa en la imagen.

En el metodo, mediante los medios de control para cada una de las capturas se almacenan los valores reales de los sensores que definen las posiciones de los actuadores y sus valores esperados segun la relacion cinematica que esta en vigor. El error se establece mediante los medios de control basandose en la diferencia entre los valores reales y los valores esperados de los sensores.

De una manera combinable, puede usarse mas de una de las referencias captadas en uno o multiples pfxeles de las imagenes correspondiendo a diferentes orientaciones de los heliostatos.

De una manera preferente, las capturas de una de las referencias implican variar la orientacion de los heliostatos tan ampliamente como sea posible. Los pfxeles de localizacion real se distribuyen equitativamente por todas las imagenes; es decir, no agrupadas en una parte de las imagenes. De este modo, se maximiza la variacion del valor real de los sensores, reduciendo asf la influencia de incertidumbres en las posiciones de los actuadores. Como ejemplo, dicha distribucion puede realizarse determinando el pixel de localizacion real de la referencia correspondiente en o alrededor de una esquina de la imagen diferente para cada una de las capturas.

En el metodo de calibracion, preferentemente se conocen las direcciones de enfoque de los dispositivos de vision artificial y la de los vectores normales centrales. Por tanto, tambien se conoce la relacion entre la direccion de enfoque del dispositivo de vision artificial y la del vector normal central para cada uno de los heliostatos. Como los dispositivos de vision artificial estan dispuestos en los heliostatos de forma que los dispositivos de vision artificial se mueven o desplazan junto con los elementos reflectantes y de la misma manera, y el vector normal central es fijo para el elemento reflectante, esta relacion solo tiene que determinarse una vez. Esta relacion puede determinarse durante el proceso de fabricacion.

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Esta relacion es un factor importante para permitir el reflejo adecuado de la radiacion solar hacia el receptor solar. Por tanto, si esta relacion es desconocida, tiene que determinarse mediante un paso adicional. Preferentemente, dicho paso adicional se realiza despues del metodo, es decir, una vez que se establece la nueva relacion cinematica para los heliostatos.

Para este paso adicional se requiere al menos un dispositivo de vision artificial adicional. Este dispositivo de vision artificial adicional comprende una camara de alta calidad independiente de los heliostatos, es decir, no unida a ninguno de los heliostatos. Preferentemente, dicho dispositivo de vision artificial adicional esta dispuesto en una posicion elevada con respecto a los heliostatos. Por ejemplo, el dispositivo de vision artificial adicional esta dispuesto en un receptor de torre central comprendido en el campo de heliostatos. La localizacion del dispositivo de vision artificial adicional se conoce con precision en el entorno 3D como ocurre con la localizacion de las referencias.

Por medio del dispositivo de vision artificial adicional se visualiza el reflejo de una de las referencias en el elemento reflectante de los heliostatos para el cual se va a determinar la relacion descrita. Por medio de dicho dispositivo de vision artificial adicional puede visualizarse el reflejo de una de las referencias en el elemento reflectante de mas de uno de los heliostatos. Esto permite establecer dicha relacion para uno o mas de los heliostatos al mismo tiempo.

Mientras se visualiza el reflejo de las referencias con el dispositivo de vision artificial adicional, por medio de la localizacion conocida de las referencias, la localizacion conocida de dicho dispositivo de vision artificial adicional y la nueva relacion cinematica establecida, la direccion de enfoque del vector normal central y, por tanto, la orientacion de los heliostatos esta restringida a una orientacion unica. Esta orientacion unica para cada uno de los heliostatos se determina como una bisectriz entre un vector que va desde el dispositivo de vision artificial adicional hasta la superficie reflectante y un vector que va desde la referencia reflejada hasta la superficie reflectante.

El metodo de calibracion puede llevarse a cabo durante las horas de luz del sol, por la noche o de manera combinada. Preferentemente, el metodo de calibracion se lleva a cabo por la noche, porque de este modo las horas de luz del sol pueden dedicarse enteramente a reflejar la luz solar al receptor solar. Por tanto, se maximiza la eficiencia del campo de heliostatos.

Si es necesario, los medios de control, los cuales gestionan y coordinan todas las operaciones,

la informacion y los elementos implicados en el presente metodo de calibracion, estan configurados tambien para corregir distorsiones opticas inherentes de las imagenes tomadas mediante las lentes de los dispositivos de vision artificial. Adicionalmente, los medios de control estan adicionalmente configurados para realizar calculos matematicos apropiados para la 5 conversion necesaria desde el entorno 3D a la imagen, que es en 2D.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. - Metodo de calibracion para heliostatos que comprenden un elemento reflectante y que tienen actuadores, sensores que definen una posicion de los actuadores y una relacion cinematica que esta en vigor para los heliostatos, caracterizado por que el metodo comprende los pasos de:

- llevar a cabo al menos una busqueda para visualizar al menos una referencia con una localizacion conocida por medio de un dispositivo de vision artificial dispuesto de manera fija en cada uno de los heliostatos a ser calibrado, de modo que los dispositivos de vision artificial se desplazan junto con los elementos reflectantes y de una misma manera;

- reconocer la referencia buscada;

- llevar a cabo una captura de la referencia para cada una de las busquedas, la captura comprendiendo una toma de una imagen visualizada por el dispositivo de vision artificial en la que aparece la referencia y una lectura de un valor de los sensores;

- recopilar y almacenar datos de la toma y la lectura;

- comparar el valor de los sensores de la captura con el valor de los sensores de acuerdo con la relacion cinematica que esta en vigor;

- establecer un error para cada una de las capturas de acuerdo a diferencias entre el valor de los sensores de la captura y el valor de los sensores de acuerdo con la relacion cinematica que esta en vigor; y

- determinar una nueva relacion cinematica que minimiza los errores.
2. - Metodo de calibracion segun la reivindicacion 1, caracterizado por que los dispositivos de vision artificial estan dispuestos en una cara trasera del elemento reflectante, en una cara frontal del elemento reflectante, entre la cara trasera y la cara frontal del elemento reflectante o en un lateral del elemento reflectante.
3. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que las referencias comprenden caracterfsticas de identificacion para ser visualizadas, reconocidas y capturadas inequfvocamente.
4. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que la localizacion de las referencias se determina de acuerdo a un pixel contenido en una forma ajustada a lo largo de un contorno exterior de las caracterfsticas de

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identificacion.
5. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que las referencias son naturales o artificiales.
6. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que las referencias son moviles o estacionarias.
7. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que las busquedas se llevan a cabo de acuerdo a las referencias que han sido previamente seleccionadas o de acuerdo a un movimiento en espiral hacia fuera.
8. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que por medio de un dispositivo de vision artificial adicional con una localizacion conocida con precision se visualiza un reflejo de una de las referencias en el elemento reflectante de al menos uno de los heliostatos, y se determina una bisectriz entre un vector que va desde el dispositivo de vision artificial adicional hasta el elemento reflectante y un vector que va desde la referencia reflejada hasta el elemento reflectante.
9. - Metodo de calibracion segun la reivindicacion 8, caracterizado por que el metodo comprende establecer una relacion entre la bisectriz y una direccion de enfoque de los dispositivos de vision artificial.
10. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que las busquedas de las referencias se llevan a cabo cambiando la orientacion de los heliostatos hasta que un pixel de localizacion real de las referencias se corresponde con un pixel especffico de las imagenes.
11. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que las busquedas de las referencias son llevadas a cabo variando la orientacion del heliostato de acuerdo a valores de consigna conocidos, basandose en la relacion cinematica que esta en vigor y la referencia buscada.
12. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que la busqueda se lleva a cabo al menos dos veces visualizando una o mas

de las referencias siendo la orientacion de los heliostatos variada para cada una de las capturas.
13. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado 5 por que llevando a cabo la busqueda una vez, se actualiza un valor de “offset” para los

actuadores.
14. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que llevando a cabo la busqueda al menos tres veces, se determina completamente la

10 nueva relacion cinematica.
15. - Metodo de calibracion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que mas de uno de los dispositivos de vision artificial esta dispuesto de manera fija en cada uno de los heliostatos.

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16. - Metodo de calibracion segun la reivindicacion 15, caracterizado por que cada uno de los dispositivos de vision artificial esta dispuesto de manera fija en una faceta del heliostato.