Los investigadores han desarrollado un prototipo para calibrar un campo solar completo en una sola noche, reduciendo meses del sistema de calibración actual para plantas de torre de energía solar concentrada (CSP) de gran tamaño.

En CSP de torre, un campo solar circundante de miles de helióstatos (espejos especializados) debe reflejar de forma continua y precisa la luz solar concentrada en un receptor de torre a distancias de hasta 1, 600 metros mientras el sol atraviesa el cielo. La nueva innovación informada por los investigadores es la aplicación de sistemas digitales visuales artificiales para ver con precisión el objetivo con una precisión de puntos de píxel a través de cámaras digitales integradas en cada uno de los helióstatos. lo que permite calibrar un campo solar completo en tan solo unas horas.

"Con nuestro sistema de calibración visual, podemos garantizar la precisión del seguimiento durante la vida útil de la planta, porque podemos calibrar todas las noches, "dijo Marcelino Sánchez, quien dirige el departamento de energía solar térmica del Centro Nacional de Energías Renovables (CENER) de España. Sánchez presentó la innovación en la 23ª Conferencia Anual de SolarPACES en Chile en una presentación titulada Sistema escalable de calibración de helióstatos.

Del hardware al software

Todas las plantas de CSP utilizan sistemas computarizados para indicar a cada uno de los miles de helióstatos individuales en un campo solar cómo moverse, utilizando servomotores que controlan con precisión su movimiento. Cada helióstato mantiene su propio reflejo solar enfocado en el receptor de la torre a medida que el sol se mueve por el cielo y cambia la estación.

Sin embargo, en condiciones del mundo real, Los helióstatos individuales pueden desalinearse levemente a medida que el terreno circundante se asienta debido a las condiciones ambientales o terremotos distantes. Debido a que los helióstatos deben permanecer precisos al nivel de milirradianes (mrad) para entregar el flujo solar exacto necesario, para dar en el blanco sin sobrecalentar el receptor, Se han realizado muchas investigaciones para mejorar la precisión de la calibración.

Una revisión en 2009 resumió investigaciones anteriores. En SolarPACES2017, las instalaciones de investigación que presentaban artículos sobre la calibración de helióstatos incluían, entre otros, PSA-CIEMAT, NREL, DLR, e Instituto de Chipre. El uso de cámaras no es inusual. Por ejemplo, BrightSource Energy utiliza cámaras estenopeicas en el receptor para permitir la orientación adecuada de los helióstatos.

"En principio, los helióstatos no necesitan recalibración; los calibra durante la instalación, ", dijo Sánchez." Pero a pesar de todos estos pequeños desajustes que pueden ocurrir durante la vida útil de la planta, es una clara ventaja poder comprobar el posicionamiento preciso de forma rápida y siempre que se desee ". Con esta innovadora metodología, Es posible establecer no solo la posición sino el modelo cinemático preciso de todos y cada uno de los helióstatos en condiciones reales de trabajo.

Reducir los costos del campo solar

"Un objetivo para nosotros era tratar de reducir el costo del sistema de seguimiento que hoy es la parte más costosa del sistema de helióstatos, Sánchez explicó. “Entonces la idea aquí es tratar de reducir el costo por metro cuadrado. Así que trasladamos el costo del hardware al sistema de software. "Los helióstatos no necesitarían ser tan resistentes y costosos.

Con recalibración nocturna posible a través de pequeños, electrónica de producción masiva, los helióstatos podrían ser más baratos. Cristóbal Villasante, quien dirige la investigación de energía renovable en robótica inteligente y sistemas mecatrónicos en IK4-Tekniker se asoció con Sánchez en el desarrollo del sistema.

"Hay dos ventajas principales de nuestro sistema, "Resumió Villasante." Una es que podemos calibrar el sistema de forma automática, por lo que podemos reducir el tiempo de puesta en servicio y los costos de la planta. Y la segunda es que si puede calibrar con mucha frecuencia, puede reducir los requisitos de estabilidad a largo plazo, por lo que no necesita sistemas tan fuertes. que puede ser mucho más económico y aun así alcanzar la misma precisión, para que podamos utilizar helióstatos más baratos ".

El desarrollo utiliza una forma de visión artificial para la calibración del campo solar CSP. Pequeñas luces infrarrojas se colocan en varios puntos alrededor del campo solar, y la cámara orienta la posición de su helióstato en relación con las luces. Este procedimiento proporciona la información necesaria para calcular el modelo cinemático real de todos y cada uno de los helióstatos.

"Los sensores de las cámaras visibles ordinarias son sensibles al infrarrojo cercano. Usamos un filtro y eliminamos la parte visible del espectro, "dijo Sánchez, quien agrega que pueden detectar la posición con una tasa de error de 0.22 mrad. Un mrad es 0.057 ° de grado. "Encender y apagar la luz hace que sea muy fácil identificar en qué píxel lo tenemos".

A través de la cámara, el sistema puede señalar con precisión hacia dónde apunta el helióstato. El proceso ahorra tiempo y recursos informáticos, haciendo que la identificación del objetivo ligero sea rápida y fácil. "Al conocer las posiciones de los motores de helióstatos y procesar las imágenes capturadas, la configuración exacta del helióstato, o se puede calcular lo que llamamos su "modelo cinemático". Como consecuencia, el helióstato se reprograma corrigiendo cualquier error y asegurando que el sol se refleje con precisión ".