Hybrid optical method for the characterization of a field of heliostats in a concentrated solar installation
Méthode optique hybride pour la caractérisation d'un champ d'héliostats dans une installation solaire à concentration
Résumé
In order to promote the energy transition and ensure current and future energy production, the technology of thermodynamic solar power plants is among the most interesting. The installation and maintenance of such devices require being able to characterize, calibrate and adjust the optical elements allowing the collection and concentration of direct solar flux. This study concerns more especially the heliostats of tower power plants, whose proper functioning depends on their correct solar tracking, the alignment of these mirrors and their curvature. This manuscript proposes a study concerning so-called “backward-gazing” methods allowing the detection of surface slope defects of heliostats. First of all, the study concerns the numerical and then experimental optimization of a method using four cameras, for which the development was carried out from previous work. The principle of this method is based on knowing the brightness profile of the Sun, associated with the observation of the heliostat from four points of view. The study then turns to the development and study of two backward-gazing methods using only one camera. The principles of these methods are also based on the knowledge of the solar brightness profile, but differ in the way of reconstructing the surface slopes. Rather than observe the heliostat from multiple points of view, the first of the two new methods uses the natural movement of the Sun to virtually multiply the points of view, while the second uses the multiplication of the measurement points on the surface of the heliostat. The second backward-gazing method with one camera is then applied to experimental data, obtained during the measurement campaigns. The sources of error are identified and theimprovements to be made are proposed at the end of this manuscript, in the perspective of an industrial scale development.
Afin de favoriser la transition énergétique et d’assurer la production d’énergie actuelle et future, la technologie des centrales solaires thermodynamiques figure parmi les plus intéressantes. La mise en place et la maintenance de tels dispositifs nécessite d’être en mesure de caractériser, de calibrer et de régler les éléments optiques permettant la collection et la concentration du flux solaire direct. Cette étude traite tout particulièrement des héliostats de centrales à tour, dont le bon fonctionnement dépend de son suivi solaire correct, de l’alignement de ces miroirs ainsi que de leur courbure. Ce manuscrit propose une étude concernant des méthodes dites de « rétro-visée » permettant de détecter les défauts de pentes de surface des héliostats. L’étude concerne tout d’abord l’optimisation numérique puis expérimentale d’une méthode utilisant quatre caméras, et dont le développement a été effectué à partir de travaux antérieurs. Le principe de cette méthode repose sur la connaissance du profil de luminance du Soleil, associé à l’observation de l’héliostat depuis quatre points de vue. L’étude porte ensuite sur le développement et l’étude de deux méthodes de rétro-visée n’utilisant qu’une seule caméra. Les principes de ces méthodes sont également basés sur la connaissance du profil de luminance solaire, mais diffèrent dans la façon de reconstruire les pentes de surface. A défaut d’observer l’héliostat depuis plus points de vue, la première des deux nouvelles méthodes utilise le mouvement naturel du Soleil pour multiplier virtuellement les points de vue, tandis que la seconde utilise la multiplication des points de mesures à la surface de l’héliostat. La seconde méthode de rétro-visée à une caméra est ensuite appliquée à des images expérimentales, réalisées durant les campagnes de mesures. Les sources d’erreur sont identifiées et les améliorations à apporter sont proposées à la fin de ce manuscrit, dans la perspective d’un développement à l’échelle industrielle.
Origine : Version validée par le jury (STAR)