DESCRIPCIÓN
MÉTODO DE CALIBRACIÓN PARA HELIOSTATOS
Campo técnico
La presente invención se refiere al sector de la generación de energía eléctrica mediante captura de energía solar a través de receptores solares, proponiendo un método de calibración para heliostatos que permite guiar luz solar de manera precisa a un receptor solar durante las horas de luz del sol.
Estado de la técnica
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 así orientar correctamente los heliostatos. Todos los heliostatos comprenden: actuadores tales como motores rotativos y actuadores lineales por un lado y sistemas de transmisión por otro lado. Los sistemas de transmisión 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 (posición 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 posición de los actuadores y orientación de los heliostatos. Esta relación se define como una relación cinemática y puede establecerse mediante métodos que emplean ecuaciones que representan unas cadenas cinemáticas, métodos que implementan tablas que relacionan la posición de los actuadores y la orientación de los heliostatos, etc. Cuándo se instalan los heliostatos, se establece una relación cinemática inicial en los medios de control según el diseño de los heliostatos y su posición en el campo solar.
Diferentes tipos de problemas pueden cambiar dicha relación cinemática inicial generando una
incorrecta orientación de los heliostatos, es decir, haciendo que unos vectores normales centrales de unas superficies reflectantes de los heliostatos no enfoquen o apunten en una dirección 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 fabricación, montaje e instalación 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 rotación de acuerdo a un eje acimutal o vertical y un eje de elevación u horizontal, otros de los heliostatos conocidos son del tipo denominado comúnmente como "pitch-roll", algunos otros son del tipo denominado comúnmente "target alligned", y algunos otros de los heliostatos conocidos se basan en configuraciones cinemáticas paralelas.
En la actualidad se conocen diferentes métodos de calibración para corregir dichas orientaciones incorrectas de los heliostatos. Algunos de estos bien conocidos métodos requieren llevar a cabo una calibración manual de los heliostatos, uno por uno, por al menos un operario. Estos métodos no son eficientes y son más adecuados para los campos de heliostatos con un número reducido de heliostatos.
Otros métodos conocidos requieren el uso de dispositivos de visión caros porque en estos métodos es necesario emplear los dispositivos de visión que pueden recibir varios reflejos de la luz solar desde algunos de los heliostatos al mismo tiempo sin resultar dañados. En algunos casos, los dispositivos de visión adicionalmente requieren el uso de algunos filtros para enfocar directamente el sol, lo que tiene la desventaja de no permitir observar ningún otro objeto aparte del sol.
También se conocen métodos en los que tanto los dispositivos de visión como referencias usados para la calibración de los heliostatos están dispuestos en postes altos alejados de los heliostatos. Estas condiciones conllevan que los dispositivos de visión tienen que estar estén preparados para resistir condiciones meteorológicas adversas, tales como lluvia y nieve, además del hecho de que estos postes generan sombras que pueden interferir con una identificación correcta de las referencias dependiendo del método de calibración empleado.
Métodos de calibración convencionales que requieren una observación simultánea del sol y el
receptor solar mediante los dispositivos de visión, siendo uno de estos conocidos por el documento US2009/249787A1 , tienen otra desventaja añadida. Esta desventaja es una necesidad de usar los dispositivos de visión con lentes especiales de coste elevado para cubrir óptimamente un campo de visión amplio o una limitación de llevar a cabo la calibración solamente cuando el sol y el receptor están próximos a su alineación con respecto a la posición de los dispositivos de visión correspondientes.
Adicionalmente, algunos de los métodos de calibración convencionales no permiten que varios heliostatos se calibren simultáneamente. Este hecho supone una clara e indeseada desventaja en campos en los que hay decenas de miles de los heliostatos debido a que estos métodos conllevan demasiado tiempo de calibración.
Además, los métodos de calibración convencionales no ofrecen una calibración automática y simultánea de todos los heliostatos que maximice la eficiencia de los campos de heliostatos.
Objeto de la invención
Método de calibración para heliostatos que comprenden un elemento reflectante y que tienen actuadores, sensores que definen una posición de los actuadores y una relación cinemática que está en vigor para los heliostatos. El método comprende los pasos de:
- llevar a cabo al menos una búsqueda para visualizar al menos una referencia con una localización conocida por medio de un dispositivo de visión artificial dispuesto de manera fija en cada uno de los heliostatos a ser calibrado, de modo que los dispositivos de visión 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 búsquedas, la captura comprendiendo 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 la relación cinemática que está 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 relación cinemática que está en vigor; y
- determinar una nueva relación cinemática que minimiza los errores.
Los dispositivos de visión artificial están 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 características de identificación para ser visualizadas, reconocidas y capturadas inequívocamente. Las referencias son naturales o artificiales, y/o móviles o estacionarias. La localización de las referencias se determina de acuerdo a un píxel contenido en una forma ajustada a lo largo de un contorno exterior de las características de identificación.
Por medio de un dispositivo de visión artificial adicional con una localización conocida con precisión 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 visión artificial adicional hasta el elemento reflectante y un vector desde la referencia reflejada hasta el elemento reflectante. El método comprende establecer una relación entre la bisectriz y una dirección de enfoque de los dispositivos de visión artificial.
Las búsquedas de las referencias se llevan a cabo cambiando la orientación de los heliostatos hasta que un píxel de localización real de las referencias se corresponde con un píxel específico de las imágenes o variando la orientación del heliostato de acuerdo a valores de consigna conocidos, basándose en la relación cinemática que está en vigor y la referencia buscada.
Las búsquedas 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 búsqueda una vez, se actualiza un valor de "offset" para los actuadores. Llevando a cabo la búsqueda al menos dos veces visualizando una o más de las referencias la orientación de los heliostatos se varía para cada una de las capturas. Llevando a cabo la búsqueda al menos tres veces, se determina completamente la nueva relación cinemática.
Para mejorar la precisión del heliostato se puede disponer más de uno de los dispositivos de visión artificial de manera fija en cada uno de los heliostatos. Adicionalmente, cada uno de los dispositivos de visión artificial está dispuesto de manera fija en una faceta del heliostato.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a un método de calibración para heliostatos que maximiza la eficiencia de campos de heliostatos que incluyen al menos un receptor solar con una localización conocida con precisión. La presente invención permite la calibración de un gran número (por ejemplo miles o decenas de miles) de los heliostatos incluidos en los campos de heliostatos simultáneamente. Dicho número es ilimitado porque todos los heliostatos del campo de heliostatos pueden calibrarse simultáneamente dado que la calibración de cada uno de los heliostatos es independiente de la calibración del resto de los heliostatos. El método de calibración puede aplicarse en paralelo a todos los heliostatos del campo de heliostatos.
Un sistema de calibración para los heliostatos comprende un conjunto de dichos heliostatos, medios de control y un conjunto de dispositivos de visión 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 visión artificial dispuesto de manera fija de modo que los dispositivos de visión 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 están 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 sí o siendo los elementos reflectantes curvados con una forma cóncava. Adicionalmente, la disposición de los dispositivos de visión artificial en los heliostatos es libre; es decir, puede realizarse en cualquier punto de los heliostatos con respecto a puntos geométricos centrales de los elementos reflectantes.
Los dispositivos de visión artificial están configurados para visualizar, reconocer y captar referencias, las cuales se describen más abajo. Los dispositivos de visión artificial pueden visualizar más de una de las referencias simultáneamente, aunque esto no es necesario para llevar a cabo el método. Los dispositivos de visión artificial pueden visualizar las referencias una por una para llevar a cabo el método. Los dispositivos de visión artificial comprenden, de manera preferente, cámaras de bajo coste y/o de pequeño tamaño. Los requisitos de los dispositivos de visión artificial empleados en la presente invención lo permiten. Por ejemplo, los dispositivos de visión artificial pueden comprender lentes limitadas a cubrir un campo de visión estrecho porque los dispositivos de visión artificial pueden emplearse sólo para visualizar, reconocer y captar las referencias de una en una. Adicionalmente, los dispositivos de visión artificial pueden ser del tipo incluido en los teléfonos móviles. Esto es posible dado que éstos
también comprenden preferentemente sensores comúnmente considerados de baja calidad.
Según una realización preferente, los dispositivos de visión artificial están 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 visualización, el reconocimiento y la captura de las referencias los dispositivos de visión artificial están dispuestos enfocando hacia atrás o lateralmente con respecto al heliostato correspondiente. Esta disposición permite evitar, mediante los elementos reflectantes, que dichos dispositivos de visión artificial estén expuestos de manera directa a la radiación solar, y por tanto se evita su potencial efecto negativo sobre la vida útil de los dispositivos de visión artificial. Además, esta disposición de los dispositivos de visión artificial permite la utilización de toda el área de la superficie reflectante para reflejar la luz solar o la radiación solar al hacia el receptor solar.
Según otra realización preferente, los dispositivos de visión artificial están 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 visión artificial están dispuestos enfocando hacia delante o lateralmente con respecto al heliostato correspondiente. Debido al pequeño tamaño de los dispositivos de visión artificial, la reducción del área de las superficies reflectantes destinada para reflejar la radiación solar es muy pequeña.
Según una realización preferente adicional, los dispositivos de visión artificial están 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 visión artificial están dispuestos enfocando hacia delante, lateralmente o hacia atrás. Los dispositivos de visión artificial están 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.
Según otra realización preferente adicional, los dispositivos de visión artificial están dispuestos en una parte lateral de los heliostatos, es decir, en un lateral del elemento reflectante, y enfocando hacia delante, hacia atrás o lateralmente con respecto al heliostato correspondiente. De este modo, los dispositivos de visión artificial no reducen el área de las superficies reflectantes. Preferentemente, al menos parte del elemento reflectante está situado entre el sol y los dispositivos de visión artificial, de modo que se evita que los dispositivos de visión artificial, y más particularmente sus sensores y/o sus lentes, se expongan directamente a la
radiación solar.
En la presente invención, los dispositivos de visión artificial enfocan en cualquier dirección con respecto a un vector normal central del elemento reflectante, y más específicamente del lado reflectante. Dicho de otro modo, la dirección de enfoque de los dispositivos de visión artificial puede ser diferente de la dirección de los vectores normales centrales de los lados reflectantes. Los vectores normales centrales parten de los puntos del centro geométrico tanto de los lados reflectantes planos como de los no planos.
Las referencias están 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 geográficamente por todo el campo de heliostatos o alrededor del mismo. Las referencias están dispuestas de modo que están en el campo de visión de los dispositivos de visión artificial. Las localizaciones de las referencias se conocen con precesión en cualquier momento del método de calibración en el entorno 3D en el que están distribuidas.
Cada una de dichas referencias comprende características de identificación para ser visualizadas, reconocidas y capturadas inequívocamente por el sistema de calibración por medio de los dispositivos de visión 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 características de identificación de las referencias naturales se determinan de acuerdo a esta luz natural. Preferentemente, las características de identificación se basan en la forma de la luz natural. Adicional o alternativamente, las características de identificación pueden estar basadas en el tamaño, color y/o intensidad de dicha luz natural.
Las referencias artificiales comprenden incluyen un elemento de identificación mediante el cual comprenden las características de identificación. En caso de que las referencias sean artificiales, las características de identificación se basan preferiblemente en la forma del elemento de identificación. Adicional o alternativamente, las características de identificación pueden estar basadas en el tamaño, color, brillo, etc. del elemento de identificación de dichas referencias artificiales.
El elemento de identificación es preferentemente una luz artificial emitida por las referencias artificiales. Dicha luz artificial también puede encenderse y apagarse para ser visualizadas, reconocidas y capturadas inequívocamente por el sistema de calibración. Adicional o alternativamente, es una luz continua o intermitente y/o de intensidades específicas para el mismo fin.
Alternativamente, el elemento de identificación es un objeto configurado de modo que cada una de las referencias puede ser visualizada, reconocida y captada inequívocamente mediante el sistema de calibración por medio de los dispositivos de visión 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, además de actuar como una de las referencias, desempeña otro papel en el campo de heliostatos.
De acuerdo con lo que se ha descrito, las referencias también son móviles o estacionarias. En ambos casos, su localización se conoce con precisión o exactitud durante el método de calibración. Para ello, se emplean medios tales como localizadores GPS, sistemas de seguimiento por láser o fotogrametría. De este modo, las referencias móviles pueden ser dispositivos tales como drones, que vuelan o no.
La orientación de los heliostatos se cambia o varía por medio de los medios de control, que definen valores de consigna de actuadores para orientar los heliostatos. En otras palabras, la orientación de los heliostatos se cambia o varía cambiando o variando los valores de consigna de los actuadores. Dependiendo de la cadena cinemática de los heliostatos, los valores de consigna pueden ser posiciones angulares, desplazamientos lineales, etc. En la presente invención, los heliostatos no están limitados a ningún tipo ni a ninguna configuración.
Para visualizar las referencias mediante los dispositivos de visión artificial en el entorno 3D, se lleva a cabo una búsqueda. Para llevar a cabo la búsqueda, se varía la orientación de los heliostatos para visualizar y reconocer las referencias, habiendo sido las referencias previamente seleccionadas o determinadas. De este modo, la variación en la orientación de los heliostatos se realiza de acuerdo a la localización conocida de las referencias. Si después de dicha variación en la orientación de los heliostatos no se visualizan las referencias previamente seleccionadas o determinadas, se varía de nuevo la orientación de los heliostatos por ejemplo según un movimiento en espiral hacia fuera hasta que dichas referencias se visualizan y
reconocen.
Después de la búsqueda, y por medio de los medios de control, tiene lugar una captura de la referencia correspondiente. Dichas capturas comprenden una toma de una imagen visualizada mediante el dispositivo de visión artificial en la que aparece la referencia buscada, así como una lectura del valor de los sensores que determinan la posición de los actuadores. Los medios de control también están también configurados para recopilar o almacenar datos relativos a dichas tomas y dichas lecturas para un procesamiento posterior.
En dichas imágenes en las que aparecen las referencias, las fuentes de luz natural y los elementos de identificación pueden aparecer con un contorno exterior no circular. Esto puede ser, por ejemplo, porque las referencias son naturales o porque los elementos de identificación no tienen una forma esférica. Adicionalmente, a pesar de tener un contorno exterior circular, cuando los elementos de identificación y las luces naturales se enfocan con un ángulo 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, según 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 identificación. Tras dicha detección, los medios de control ajustan una forma a lo largo de dicho contorno. Después, se determina un píxel, el cual es definido como píxel de localización, mediante los medios de control para dicha forma en la imagen tomada en la captura correspondiente. El píxel de localización en las imágenes representa la localización conocida de las referencias en el entorno 3D. Dicho píxel de localización corresponde a cualquier píxel de dicha forma, como por ejemplo un píxel central o del punto medio de dicha forma.
Los medios de control determinan la localización de las referencias en las imágenes tomadas de acuerdo a su píxel de localización. Este hecho proporciona una alta precisión en los cálculos llevados a cabo por el método.
A modo de ejemplos, cuando los elementos de identificación no se enfocan frontalmente mediante los dispositivos de visión artificial, el contorno exterior de los elementos de identificación con una forma esférica aparece como un círculo en las imágenes y el contorno
exterior de los elementos de identificación con una forma circular aparece como una elipse. En estos casos, los medios de control determinan el píxel de localización del círculo y la elipse que aparecen en las imágenes.
Cuando se determina el píxel de localización de las referencias, se establece en las imágenes la localización para las referencias a través de uno de los píxeles, que se define como píxel de localización real.
Como se ha descrito, las referencias se reconocen inequívocamente por sus características de identificación, pero en caso de que más de una de las referencias comprenda las mismas características de identificación o sólo para confirmar que la referencia visualizada es la referencia que se ha buscado, se lleva a cabo un paso adicional de acuerdo a la localización conocida con precisión de cada una de las referencias. Tras la visualización de una de las referencias y el reconocimiento de las características de identificación de dicha referencia, se confirma que las características de identificación corresponden a las características de identificación de la referencia localizada donde enfoca el dispositivo de visión artificial correspondiente. Esta confirmación se realiza por medio de los medios de control.
Según una realización preferente, la búsqueda de las referencias implica cambiar la orientación de los heliostatos hasta que el píxel de localización real de las referencias corresponde a un píxel específico de las imágenes visualizadas y tomadas. El píxel específico es previamente definido o seleccionado mediante los medios de control. Dicho píxel específico corresponde a un píxel cualquiera de las imágenes tomadas, como por ejemplo un píxel central o de un punto central de dichas imágenes.
Para este píxel específico, los medios de control definen los valores de consigna para la posición de los actuadores de acuerdo a una relación cinemática que está en vigor para los heliostatos cuando se aplica el método, los cuales se definen como valores esperados de los sensores que determinan la posición de los actuadores. Esta relación cinemática puede ser por ejemplo una relación cinemática inicial establecida cuando se instalan los heliostatos.
Partiendo de estos valores, el heliostato enfoca la referencia buscada por medio de su dispositivo de visión artificial, de modo que se cambia la orientación del heliostato hasta que el píxel de localización real de dicha referencia se corresponde con el píxel específico. Por tanto, el heliostato se orienta en la dirección requerida. La lectura de los valores correspondientes de
los sensores que definen las posiciones de los actuadores, los cuales son definidos como valores reales de los sensores que definen la posición de los actuadores, se recopila y almacena posteriormente en los medios de control junto con los valores esperados.
Después, se establece o calcula un error. El error se establece mediante los medios de control basándose en una diferencia entre los valores reales de los sensores que definen la posición de los actuadores y los valores esperados de los sensores que determinan la posición de los actuadores. De acuerdo a este error, los medios de control determinan si la localización del heliostato en el campo de heliostatos y la relación cinemática que está en vigor para dicho heliostato son correctas para reflejar adecuadamente la luz solar hacia el receptor solar.
Para esta realización preferente, puede captarse un conjunto de las referencias de acuerdo a un conjunto de los píxeles específicos, es decir, variando la orientación del heliostato para cada píxel específico. En este método, el error se establece independientemente para cada uno de los píxeles específicos del conjunto. En otras palabras, cada uno de los errores se determina como se describió anteriormente, cada vez siendo diferente el píxel específico.
Los medios de control determinan o identifican una nueva relación cinemática para el heliostato de acuerdo a un proceso de minimización matemático, que se conoce en el estado de la técnica, de dichos errores establecidos independientemente para cada una de las diferencias entre los valores reales y los esperados. Esta nueva relación cinemática será la relación cinemática que estará en vigor cuando el método de calibración es aplicado de nuevo.
La relación cinemática que está en vigor para el heliostato que está implementada en los medios de control se sustituye por la nueva relación cinemática que se usará en adelante. Esta sustitución supone una actualización de la relación cinemática. Al mismo tiempo, dicha actualización supone la calibración de los heliostatos. La actualización garantiza que la luz solar se refleja hacia el receptor solar durante las horas de sol.
Una ventaja de esta realización preferente es que los dispositivos de visión artificial no tienen necesidad de ser calibrados, es decir, no es necesario conocer parámetros internos de los dispositivos de visión artificial como la distorsión.
Según otra realización preferente, la búsqueda se lleva a cabo variando la orientación del heliostato de acuerdo a valores de consigna conocidos, basados en la relación cinemática que
está en vigor y la referencia buscada. Si después de esta búsqueda no se visualiza dicha referencia, la orientación del heliostato se varía de nuevo según, por ejemplo, el movimiento en espiral hacia fuera hasta que se visualiza dicha referencia.
De este modo, la búsqueda de la referencia se lleva a cabo hasta que se visualiza la referencia en cualquier posición dentro de la imagen; es decir, en un píxel arbitrario o no específico.
Después de llevar a cabo la búsqueda de las referencias, tiene lugar la captura de las referencias. En la imagen tomada mediante los dispositivos de visión artificial se establece el píxel de localización real de las referencias. Adicionalmente, se recopilan y almacenan los valores reales de los sensores que definen la posición de los actuadores.
Basado en la relación cinemática que está en vigor, el valor de los sensores que definen la posición de los actuadores corresponde a una orientación esperada. Por tanto, para un valor particular de los sensores, se espera que una de las referencias aparezca en un píxel en particular de la imagen definido como píxel de localización esperado. De igual manera que, si una de las referencias se identifica en la imagen en un píxel 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 píxel de localización real para calcular el valor esperado de los sensores que definen la posición de los actuadores. Como ha sido indicado, este valor de los sensores es el valor para el cual la referencia debería ser mostrada en el píxel de localización real de acuerdo con la relación cinemática que es válida.
Entonces, se comparan el valor real de los sensores y el valor esperado de los sensores, y se calcula el error según la diferencia entre ambos. Esto es equivalente a usar la distancia entre el píxel de localización real y el píxel de localización esperado, donde el píxel de localización esperado se estima de acuerdo a la relación cinemática que es válida y a propiedades de proyección del dispositivo de visión 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 calibración 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 realización preferente
los errores se establecen o calculan según 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 relación cinemática de acuerdo al proceso de minimización matemático de todos los errores a fin de reflejar adecuadamente la luz solar hacia el receptor solar a lo largo del día puesto que los errores se establecen para cada una de las orientaciones o capturas. La nueva relación cinemática 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 método de calibración, para establecer dicha nueva relación cinemática, se varía la orientación de los heliostatos durante la captura de las referencias tantas veces lo requiera la complejidad de la relación cinemática que está en vigor. Es decir, para la relación cinemática que está en vigor definida por un número elevado de parámetros de los heliostatos (como por ejemplo configuraciones de ejes más complejas) son necesarias más capturas con el fin de estimar todos los citados parámetros. Alternativamente, puede usarse un número reducido de orientaciones si sólo tiene que estimarse o verificarse un número reducido de parámetros y otros se consideran conocidos.
Como ejemplo, usando una de las capturas, puede fijarse una orientación particular del heliostato correspondiente y, por tanto, puede establecerse un ángulo de referencia para los ejes acimutales y de elevación para el heliostato con tal configuración, siempre que la orientación de dichos ejes se considere conocida. Este proceso no implica identificar completamente la relación cinemática sino actualizar un valor de "offset" para los actuadores, o al menos para dichos ejes. Usando más de una de las capturas, puede definirse más de uno de los ángulos de referencia y, por tanto, los sensores que van a usarse pueden ser más baratos, puesto que sus mediciones pueden corregirse en dichas orientaciones particulares mejorando la precisión del heliostato. Esto también 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 ángulos de referencia. Todo esto lleva a una reducción de costes de los heliostatos.
En el presente método de calibración, si los dispositivos de visión artificial están calibrados, el método de calibración puede usar una de las referencias para más de una de las capturas si el
píxel de la imagen en el que se visualiza se varía para cada una de las capturas. De este modo, puede captarse una de las referencias vanándose la orientación de los heliostatos para cada una de las capturas. Por tanto, el método de calibración puede realizarse con solamente una de las referencias. Es decir, mediante la variación de la orientación de los heliostatos se mueve la referencia en la imagen y el píxel que corresponde al píxel de localización real de la referencia se varía en la imagen.
En el método, 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 según la relación cinemática que está en vigor. El error se establece mediante los medios de control basándose en la diferencia entre los valores reales y los valores esperados de los sensores.
De una manera combinable, puede usarse más de una de las referencias captadas en uno o múltiples píxeles de las imágenes correspondiendo a diferentes orientaciones de los heliostatos.
De una manera preferente, las capturas de una de las referencias implican variar la orientación de los heliostatos tan ampliamente como sea posible. Los píxeles de localización real se distribuyen equitativamente por todas las imágenes; es decir, no agrupadas en una parte de las imágenes. De este modo, se maximiza la variación del valor real de los sensores, reduciendo así la influencia de incertidumbres en las posiciones de los actuadores. Como ejemplo, dicha distribución puede realizarse determinando el píxel de localización real de la referencia correspondiente en o alrededor de una esquina de la imagen diferente para cada una de las capturas.
En el método de calibración, preferentemente se conocen las direcciones de enfoque de los dispositivos de visión artificial y la de los vectores normales centrales. Por tanto, también se conoce la relación entre la dirección de enfoque del dispositivo de visión artificial y la del vector normal central para cada uno de los heliostatos. Como los dispositivos de visión artificial están dispuestos en los heliostatos de forma que los dispositivos de visión 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 relación sólo tiene que determinarse una vez. Esta relación puede determinarse durante el proceso de fabricación.
Esta relación es un factor importante para permitir el reflejo adecuado de la radiación solar hacia el receptor solar. Por tanto, si esta relación es desconocida, tiene que determinarse mediante un paso adicional. Preferentemente, dicho paso adicional se realiza después del método, es decir, una vez que se establece la nueva relación cinemática para los heliostatos.
Para este paso adicional se requiere al menos un dispositivo de visión artificial adicional. Este dispositivo de visión artificial adicional comprende una cámara de alta calidad independiente de los heliostatos, es decir, no unida a ninguno de los heliostatos. Preferentemente, dicho dispositivo de visión artificial adicional está dispuesto en una posición elevada con respecto a los heliostatos. Por ejemplo, el dispositivo de visión artificial adicional está dispuesto en un receptor de torre central comprendido en el campo de heliostatos. La localización del dispositivo de visión artificial adicional se conoce con precisión en el entorno 3D como ocurre con la localización de las referencias.
Por medio del dispositivo de visión 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 relación descrita. Por medio de dicho dispositivo de visión artificial adicional puede visualizarse el reflejo de una de las referencias en el elemento reflectante de más de uno de los heliostatos. Esto permite establecer dicha relación para uno o más de los heliostatos al mismo tiempo.
Mientras se visualiza el reflejo de las referencias con el dispositivo de visión artificial adicional, por medio de la localización conocida de las referencias, la localización conocida de dicho dispositivo de visión artificial adicional y la nueva relación cinemática establecida, la dirección de enfoque del vector normal central y, por tanto, la orientación de los heliostatos esta restringida a una orientación única. Esta orientación única para cada uno de los heliostatos se determina como una bisectriz entre un vector que va desde el dispositivo de visión artificial adicional hasta la superficie reflectante y un vector que va desde la referencia reflejada hasta la superficie reflectante.
El método de calibración puede llevarse a cabo durante las horas de luz del sol, por la noche o de manera combinada. Preferentemente, el método de calibración 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 información y los elementos implicados en el presente método de calibración, están configurados también para corregir distorsiones ópticas inherentes de las imágenes tomadas mediante las lentes de los dispositivos de visión artificial. Adicionalmente, los medios de control están adicionalmente configurados para realizar cálculos matemáticos apropiados para la conversión necesaria desde el entorno 3D a la imagen, que es en 2D.