Análise de algoritmos de movimentação de um heliostato

Abstract

A população mundial, seu consumo energético e contaminação estão aumentando, assim é necessário utilizar energia renovável a qual não agride o meio ambiente. A energia solar é a maior fonte de energia disponível no mundo, este fato incentiva pesquisas para seu aproveitamento. A energia solar térmica, ainda pouco utilizada na indústria, desempenharia um papel importante em diversos processos, sendo o sistema de receptor central uma tecnologia apropriada para processos térmicos de elevada temperatura. Os sistemas de receptor centrais podem ser compostos por múltiplos heliostatos para refletir a radiação direta incidente até um receptor localizado no topo da uma torre. Normalmente os heliostatos tem erros de reflexão devido a problemas estruturais e, uma calibração individual é necessária, por isso é indispensável analisar qual método de movimentação seria adequado para resolver esse problema. Assim, este trabalho apresenta uma análise de 2 algoritmos de movimentação de um heliostato, um de malha aberta e outro híbrido. Para isso, um protótipo de heliostato foi construído e programado para refletir radiação direta até um alvo. Com o sistema de movimentação de malha aberta desenvolvido obteve-se um índice RMSE de 5,9 mrad onde o erro pode ser atribuído a erros estruturais e de programação. Por outro lado, o sistema de movimentação híbrida desenvolvido obteve um índice RMSE de 1,29 mrad. Conforme os testes realizados, pode-se concluir que o sistema de movimentação híbrida obtém melhores resultados comparado a um sistema de movimentação por malha aberta, pois é independente dos erros estruturais e de instalação que um heliostato possa apresentar.

The world population, its energy consumption and pollution are increasing, so it is necessary to use renewable energy which does not harm the environment. Solar energy is the largest source of energy available in the world, this fact encourages research into its use. Solar thermal energy, still little used in industry, would play an important role in several processes, with the central receiver system being an appropriate technology for high-temperature thermal processes. Central receiver systems can be composed of multiple heliostats to reflect the incident direct radiation to a receiver located at the top of a tower. Heliostats usually have reflection errors due to structural problems and individual calibration is necessary, so it is essential to analyze which movement method would be suitable to solve this problem. Therefore, this work presents an analysis of two heliostat movement algorithms, one open-loop and the other hybrid. For this, a heliostat prototype was built and programmed to reflect direct radiation to a target. With the developed open-loop motion system, an RMSE index of 5,9 mrad was obtained, where the error can be attributed to structural and programming errors. On the other hand, the developed hybrid motion system obtained an RMSE index of 1,29 mrad. According to the tests performed, it can be concluded that the hybrid motion system obtains better results compared to an open-loop motion system, since it is independent of the structural and installation errors that a heliostat may present.