Procedimiento para la medición de un concentrador térmico solar.

Procedimiento para la medición de un concentrador térmico solar,

con los pasos

- la disposición de una diana (20) óptica, provistas de estructuras, aproximadamente en el plano focal delconcentrador (10),

- la toma de al menos una imagen reproducida (25) de la diana (20), generada mediante reflexión por elconcentrador (10), como imagen de píxeles,

en el que la estructura prevista en la diana (20) tiene al menos una línea recta, caracterizado porque se tomanimágenes reproducidas de la diana en dos orientaciones perpendiculares una respecto a otra y se realizan lossiguientes pasos:

- la asignación de las estructuras visibles en la imagen reproducida a las coordenadas en la imagen original de ladiana,

- la determinación por cálculo de la perpendicular a la superficie (n) con respecto al plano de reflexión en diferentespuntos del concentrador, a partir de la asignación unívoca de las estructuras reproducidas,

- la comparación de las pendientes de las perpendiculares a la superficie con las pendientes teóricas en una formaideal del concentrador.

Procedimiento para la medición de un concentrador térmico solar

La invención se refiere a un procedimiento para la medición de un concentrador térmico solar.

En las centrales térmicas solares, la radiación solar se concentra en un absorbedor por medio de concentradores ópticos, para convertirse en otra forma de energía. En las centrales de cilindros parabólicos, los concentradores están constituidos por espejos parabólicos alargados que concentran en un tubo absorbedor la energía de radiación incidente. En las instalaciones Dish/Stirling, los concentradores están constituidos por espejos parabólicos, en cuyo punto focal está dispuesto el absorbedor. Además, existen instalaciones heliostáticas formadas por numerosos espejos ligeramente curvados que se orientan de tal forma que la radiación reflejada incida en un receptor común que generalmente está dispuesto sobre una torre. En todos los casos, se trata de espejos grandes que para alcanzar un elevado rendimiento energético tienen que estar orientados hacia el concentrador con gran precisión. La forma de los espejos tiene que corresponderse con gran precisión a la forma teórica para mantener reducidas las pérdidas de radiación y producir una distribución uniforme de la radiación sobre el absorbedor. Por razones económicas y dificultades técnicas, los concentradores presentan siempre ciertas desviaciones de forma. Estas desviaciones de forma han de medirse con gran precisión para el control de calidad y la optimización del grado de eficacia. Debido a las grandes dimensiones de los concentradores (valores típicos para el cilindro parabólico: ancho de apertura 6 m, reflectores parabólicos: 50 m2, helióstatos 100 m2) , sin embargo, resulta muy difícil realizar, con una inversión de tiempo y gastos tolerable, mediciones bidimensionales con la precisión necesaria dentro del rango de error de pendiente de 1 mrad. Por ello, en la práctica, la cualificación de los concentradores se limita a las mediciones indirectas, como la medición del grado de eficacia óptica, de la distribución de la radiación producida y de la distribución de la temperatura sobre el absorbedor o la medición al azar de superficies limitadas.

El preámbulo de la reivindicación 1 parte de un procedimiento conocido por el documento DE10056077B4. En este procedimiento, una diana óptica en forma de una pantalla que lleva a ambos lados numerosas franjas se posiciona delante de un concentrador óptico de tal forma que la superficie de la pantalla se sitúa en el eje óptico del concentrador. La pantalla atraviesa transversalmente el plano focal del concentrador. En el curso del eje óptico esta dispuesta una cámara que graba una imagen de las franjas de la pantalla reflejadas por el concentrador. Dicha imagen registra las zonas a ambos lados del eje óptico. La imagen del dibujo de franjas se compara con su imagen ideal que cabe esperar en caso de existir características de reproducción óptimas.

Las distorsiones detectables permiten una determinación directa de las características de reproducción de los elementos de espejo del concentrador. En particular, sobre la base de las distorsiones se puede detectar en qué zona de la superficie de espejo existe un mal ajuste con respecto a la extensión parabólica ideal de la sección transversal. Este procedimiento requiere el montaje de una diana de gran superficie y, por tanto, es muy costoso. Proporciona sólo una comparación de cualitativa y la posibilidad de ajuste, pero ninguna afirmación cuantitativa acerca de errores de pendiente locales. El procedimiento permite el reajuste separado de facetas individuales de los espejos, pero no ofrece datos acerca de la medida de corrección necesaria. Por lo tanto, el reajuste puede realizarse sólo bajo el control óptico de la imagen proyectada por el colector.

En el documento DE3325919A1 se describe un procedimiento para comprobar el ajuste de los espejos individuales de los helióstatos de una central solar. Los espejos de la instalación heliostática se iluminan por una fuente de luz que proporciona luz paralela y se reproducen con una cámara. La imagen de la cámara se explora en cuanto a la distribución de la intensidad y se compara con una imagen de referencia. Los resultados de la comprobación se imprimen por una impresora. Mediante los resultados impresos se indica cuáles de los numerosos espejos individuales han de reajustarse, pero no se determina la dirección ni el grado del reajuste.

En el documento DE317148 se describe un dispositivo para examinar espejos huecos, que sirve para examinar los reflectores de faros de vehículos en cuanto a deformaciones. El dispositivo presenta varias fuentes de luz puntuales y una cámara móvil perpendicularmente con respecto al eje óptico. La cámara graba las tres fuentes de luz simultáneamente, produciéndose líneas en la imagen como consecuencia del movimiento de la cámara. Las distancias entre las líneas constituyen una medida de la magnitud de la dispersión del reflector en el punto correspondiente del espejo.

En el documento US2004/0169725A1 se describe un dispositivo para comprobar superficies reflectantes cóncavas en cuanto al astigmatismo. En este caso, la superficie reflectante reproduce una imagen de un punto en una luna de cristal fina.

En un ensayo de ARASA J Y COL.: "Concave reflective surfaces topographic inspection using robust non-contact techniques" EMERGING TECHNOLOGIES AND FACTORY AUTOMATION, 1999. PROCEEDINGS. ETFA '99. 1999 7TH IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON BARCELONA, SPAIN 18-21 OCT. 1999, PISCATAWAY, NJ, USA, IEEE, US, tomo 2, 18 de octubre de 1999 (1999-10-18) , páginas 1147-1154, XP010365741 ISBN: 978-0-7803-5670

2 se describe una técnica para realizar mediciones topográficas en superficies reflectantes cóncavas, en la que de un dibujo de sombras que se produce cuando una rejilla con líneas paralelas (rejilla de Ronchi) se dispone en el recorrido de un frente de ondas. El dibujo de sombras permite una medición precisa del frente de ondas que incide en la rejilla de Ronchi.

El documento DE19643018A1 describe un procedimiento para medir la extensión de una superficie reflectante. Según éste, un dibujo definido de al menos dos intensidades de luz diferentes se proyecta a la superficie. Una sección de la superficie se observa con una cámara y se evalúan las desviaciones de la sección observada, partiendo de los datos de la cámara. La cámara está enfocada nítidamente a una imagen reflejada del dibujo de luz.

En el documento US5, 309, 222A se describe un dispositivo para inspeccionar ondulaciones de superficies, en el que la luz procedente de una fuente de luz con dibujo se dirige a la superficie por la que es reflejada a una lente y un diafragma, detrás de los cuales está dispuesta una cámara. Las transiciones entre los puntos negros y blancos del dibujo se evalúan para detectar puntos defectuosos de la superficie.

En el documento JP01165907 se describe la medición de una superficie de espejo usando una red de difracción lineal. La red de difracción es proyectada por un escáner a una pantalla. El dibujo proyectado es reflejado por la superficie de espejo y la imagen reflejada es grabada por una videocámara y, a continuación, procesada por un procesamiento de imágenes para detectar desviaciones locales de la forma ideal.

En JEFFERIES K SED - INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTORNICS ENGINEERS: "CONCENTRATOR TESTING USING PROJECTED IMAGES" AEROSPACE POWER. SYSTEMS. BONST, AUG. 4-9, 1991; [PROCEEDINGS OF THE INTERSOCIETY ENERGY CONVERSION ENGINEERING CONFERENCE] NEW YORK, IEEE, US, tomo 2, 4 de agosto de 1991 (1991-08-04) páginas 84-89, XP000295031 ISBN: 978-0-89448-163-5 se describe un sistema de proyección de imágenes para comprobar el concentrador de una instalación solar terrestre. El sistema presenta un panel de pequeñas luces que se graban con una videocámara, cuya imagen es procesada por un procesador de imágenes. Cada luz ilumina el concentrador completo, pero esta luz es reflejada a la cámara sólo desde pequeñas zonas del concentrador. El ordenador determina la orientación de estas pequeñas zonas que reflejan la luz hacia la cámara, sobre la base del lugar de las pequeñas zonas y del lugar de la cámara. Las luces se encienden de forma secuencial y mediante la combinación de las orientaciones de cada pequeña zona se determina el contorno del concentrador completo.

Los procedimientos conocidos no resultan aptos para medir un concentrador térmico solar con grandes superficies ni para la determinación rápida de la calidad del concentrador.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la medición de un concentrador térmico solar, con los pasos

- la disposición de una diana (20) óptica, provistas de estructuras, aproximadamente en el plano focal del concentrador (10) ,

- la toma de al menos una imagen reproducida (25) de la diana (20) , generada mediante reflexión por el concentrador (10) , como imagen de píxeles,

en el que la estructura prevista en la diana (20) tiene al menos una línea recta, caracterizado porque se toman imágenes reproducidas de la diana en dos orientaciones perpendiculares una respecto a otra y se realizan los siguientes pasos:

- la asignación de las estructuras visibles en la imagen reproducida a las coordenadas en la imagen original de la diana,

- la determinación por cálculo de la perpendicular a la superficie (n) con respecto al plano de reflexión en diferentes puntos del concentrador, a partir de la asignación unívoca de las estructuras reproducidas,

- la comparación de las pendientes de las perpendiculares a la superficie con las pendientes teóricas en una forma ideal del concentrador.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la diana se hace girar respectivamente perpendicularmente con respecto a la línea y dicho giro se mide con un codificador rotatorio.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que la diana (20) presenta diferentes franjas de color.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que una cámara (22) para generar la imagen reproducida (25) de la diana (20) se dispone a una distancia del concentrador (10) , sensiblemente mayor que la distancia focal (f) del concentrador, con lo que se consigue una reducción del tamaño necesario de la diana.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el concentrador (10) es un cilindro parabólico alargado, en cuya línea focal se extiende un tubo absorbedor, y porque como diana (20) se usa un tubo absorbedor y el concentrador se hace girar para realizar una evaluación bidimensional bajo el control por un codificador rotatorio.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1, 3 ó 4, en el que el concentrador (10) se compone de numerosos helióstatos orientados hacia un absorbedor fijado sobre una torre, y según el que como diana se utiliza una línea o un canto de la torre u otras líneas o cantos.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la diana (20) se compone de una placa impresa que se fija temporalmente a un absorbedor para absorber la radiación solar reflejada por el concentrador.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que se modifica en pasos definidos el ángulo del concentrador y/o la posición de una cámara (22) que genera la imagen reproducida (25) y durante ello se escanea la superficie del concentrador (10) para determinar la perpendicular a la superficie (n) en diferentes puntos.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la comparación se realiza mediante un procedimiento iterativo con minimización de los mínimos errores cuadráticos.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que se realizan desde el aire tomas de numerosos concentradores orientados perpendicularmente hacia arriba para determinar simultáneamente las pendientes de las perpendiculares a la superficie en todos los concentradores.

11. Procedimiento para la medición de un concentrador térmico solar, en el que el concentrador (10) presenta una distancia focal (f) , con los pasos

- la disposición de una diana (20) óptica, provista de estructuras, aproximadamente a la distancia 2f con respecto al concentrador (10) ,

- la toma de al menos una imagen reproducida (25) de la diana (20) , generada mediante reflexión por el concentrador (10) , como imagen de píxeles,

en el que la estructura prevista en la diana (20) tiene al menos una línea recta

caracterizado porque

una cámara (22) para generar la imagen reproducida (25) de la diana se dispone aproximadamente a una distancia 2f con respecto al concentrador (10) , por lo que se consigue una reducción del tamaño necesario de la diana (20) , y se graban imágenes reproducidas de la diana en dos orientaciones perpendiculares una respecto a otra, realizándose los siguientes pasos:

- la asignación de las estructuras visibles en la imagen reproducida a las coordenadas en la imagen original de la diana,

- la determinación por cálculo de las perpendiculares a la superficie (n) con respecto al plano de reflexión en diferentes puntos del concentrador, a partir de la asignación unívoca de las estructuras reproducidas,

- la comparación de las pendientes de las perpendiculares a la superficie con las pendientes teóricas en una forma 10 ideal del concentrador.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que la diana se hace girar perpendicularmente con respecto a la dirección de la línea y dicho giro se mide con el codificador rotatorio.

13. Procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, en el que la diana (20) presenta diferentes franjas de color.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 ó 13, en el que el concentrador (10) se compone de

numerosos helióstatos orientados hacia un absorbedor fijado sobre una torre y en el que como diana se utiliza una línea o un canto de la torre u otras líneas o cantos.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 14, en el que el ángulo de concentrador y/o la posición de una cámara (22) que genera la imagen reproducida (25) se modifica en pasos definidos y durante ello se escanea la superficie del concentrador (10) para determinar las perpendiculares a la superficie (n) en diferentes puntos.