Os pesquisadores desenvolveram um protótipo para calibrar um campo solar inteiro em uma única noite, economizando meses do sistema de calibração atual para usinas de torre de energia solar concentrada de grande porte (CSP).

Em CSPs de torre, um campo solar circundante de milhares de helióstatos (espelhos especializados) deve refletir contínua e precisamente a luz solar concentrada em um receptor de torre em distâncias que variam de até 1, 600 metros enquanto o sol percorre o céu. A nova inovação relatada pelos pesquisadores é a aplicação de sistemas digitais visuais artificiais para ver o alvo com precisão de pixel-point por meio de câmeras digitais integradas em cada um dos helióstatos, tornando possível calibrar um campo solar inteiro em apenas algumas horas.

"Com nosso sistema de calibração visual, podemos garantir a precisão do rastreamento durante a vida útil da planta, porque podemos calibrar todas as noites, "disse Marcelino Sanchez, que dirige o departamento de energia solar térmica do Centro Nacional de Energías Renováveis ​​(CENER) da Espanha. Sanchez apresentou a inovação na 23ª Conferência Anual SolarPACES no Chile em uma apresentação intitulada Sistema de Calibração de Heliostato Escalável.

De hardware a software

Todas as plantas CSP usam sistemas computadorizados para dizer a cada um dos milhares de helióstatos individuais em um campo solar como se mover, usando servo motores que controlam precisamente seu movimento. Cada heliostato mantém seu próprio reflexo do sol focado no receptor da torre conforme o sol se move no céu e conforme a estação muda.

Contudo, em condições do mundo real, heliostats individuais podem ficar ligeiramente desalinhados à medida que o terreno circundante se acomoda devido às condições ambientais ou terremotos distantes. Como os heliostatos devem permanecer precisos no nível miliradiano (mrad) para fornecer o fluxo solar exato necessário, para atingir a marca sem superaquecer o receptor, muitas pesquisas foram feitas para melhorar a precisão da calibração.

Uma revisão em 2009 resumiu pesquisas anteriores. No SolarPACES2017, as instalações de pesquisa que apresentam artigos sobre calibração de heliostato incluídos, entre outros, PSA-CIEMAT, NREL, DLR, e Instituto do Chipre. O uso de câmeras não é incomum. Por exemplo, A BrightSource Energy usa câmeras pinhole no receptor para permitir o direcionamento adequado dos helióstatos.

"Em princípio, heliostats não precisam de recalibração; você os calibra durante a instalação, "disse Sanchez." Mas para todos esses pequenos desalinhamentos que podem ocorrer durante a vida útil da planta, é uma clara vantagem se você consegue verificar o posicionamento preciso de forma rápida e sempre que desejar. "Com esta metodologia inovadora, é possível estabelecer não apenas a posição, mas o modelo cinemático preciso de cada helióstato sob condições reais de trabalho.

Cortando custos de campo solar

“Uma meta para nós era tentar reduzir o custo do sistema de rastreamento que hoje é a parte mais cara do sistema de heliostato, "Sanchez explicou." Então a ideia aqui é tentar reduzir o custo por metro quadrado. Portanto, transferimos o custo do hardware para o sistema de software. "Os heliostatos não precisariam ser tão robustos e caros.

Com a recalibração noturna possível por meio de pequenos, eletrônicos produzidos em massa, os heliostatos podem ficar mais baratos. Cristóbal Villasante, que lidera a pesquisa de energia renovável em robótica inteligente e sistemas mecatrônicos na IK4-Tekniker fez parceria com Sanchez no desenvolvimento do sistema.

"Existem duas vantagens principais do nosso sistema, "Villasante resumiu." Uma é que podemos calibrar o sistema de forma automática, para que possamos reduzir o tempo de comissionamento e os custos da planta. E a segunda é que se você pode calibrar com muita frequência, você pode reduzir os requisitos de estabilidade de longo prazo para que não precise de sistemas tão fortes, que pode ser muito mais barato e ainda atingir a mesma precisão, para que possamos usar heliostatos mais baratos. "

O desenvolvimento usa uma forma de visão artificial para calibração de campo solar CSP. Pequenas luzes infravermelhas são posicionadas em vários pontos ao redor do campo solar, e a câmera orienta a posição de seu helióstato em relação às luzes. Este procedimento fornece as informações necessárias para calcular o modelo cinemático real de cada heliostato.

"Os sensores nas câmeras visíveis comuns são sensíveis ao infravermelho próximo. Usamos um filtro e removemos a parte visível do espectro, "disse Sanchez, que acrescenta que podem detectar a posição com uma taxa de erro de 0,22 mrad. Um mrad é 0,057 ° de grau. "Ligar e desligar a luz torna muito fácil identificar em qual pixel a temos."

Através da câmera, o sistema pode localizar com precisão para onde o heliostato está direcionado. O processo economiza tempo e recursos de computação, tornando a identificação do alvo leve rápida e fácil. "Conhecendo as posições dos motores do heliostato e processando as imagens capturadas, a configuração exata do heliostato, ou o que chamamos de "modelo cinemático" pode ser calculado. Consequentemente, o heliostato é reprogramado corrigindo quaisquer erros e garantindo que o sol seja refletido com precisão. "