An open-loop control algorithm for improved tracking in a heliostat

• Published in: Renewable Energy Biomass & Sustainability Vol. 6; no. 1; pp. 50 - 56
• Main Authors: Ordaz Castillo, Job, Garcia-Lara, Hector D., Trejo-Luna, Nilda Gabriela, Mendez-Diaz, Santos
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 11.04.2024
• Subjects: algorithm design; diseño de algoritmo; energía renovable; energía solar; heliostat; heliostato; renewable energy; seguidor solar; simulación; simulation; solar energy; solar tracker
• ISSN: 2683-2658; 2683-2658
• DOI: 10.56845/rebs.v6i1.90

The growing energy demand and its relation to climate change have driven the search for sustainable alternatives, such as concentrated solar energy. In this context, heliostats play a crucial role by reflecting and concentrating solar light onto a receiver. However, traditional control approaches based on geographical data have limitations. This study introduces an autonomous control system for heliostats that eliminates the need for preloaded geographical data. The approach is based on communication between the heliostat and the solar tracker, with two configuration modes: map calibration and automatic. Centralized and autonomous heliostats are distinguished, with the latter being the focus of the study. Autonomous heliostats have their own control system and can make decisions regarding positioning and safety. The methodology involves a mathematical algorithm that calculates the optimal rotation and tilt of the heliostat to redirect light toward a target. Simulation and physical prototype testing validate a remarkable consistency between simulated and experimental data. A key result is the surprising similarity of 97.9% between the obtained data, validating the algorithm's effectiveness. This study provides a robust approach for designing autonomous heliostat control systems, integrating simulation and experimentation. These results support the algorithm's precision and ability to direct solar radiation effectively. Expanding towards autonomous control and complete heliostat system evaluation facilitates the path toward more efficient and sustainable concentrated solar energy. La creciente demanda de energía y su relación con el cambio climático han impulsado la búsqueda de alternativas sostenibles, como la energía solar concentrada. En este contexto, los helióstatos desempeñan un papel crucial al reflejar y concentrar la luz solar en un receptor. Sin embargo, los enfoques de control tradicionales basados en datos geográficos presentan limitaciones. Este estudio introduce un sistema de control autónomo para helióstatos que elimina la necesidad de datos geográficos precargados. El enfoque se basa en la comunicación entre el helióstato y el seguidor solar, con dos modos de configuración: calibración del mapa y automático. Se distinguen helióstatos centralizados y autónomos, siendo estos últimos el objeto del estudio. Los helióstatos autónomos tienen su propio sistema de control y pueden tomar decisiones en cuanto a posicionamiento y seguridad. La metodología consiste en un algoritmo matemático que calcula la rotación e inclinación óptimas del helióstato para redirigir la luz hacia un objetivo. La simulación y las pruebas con prototipos físicos validan una notable coherencia entre los datos simulados y los experimentales. Un resultado clave es la sorprendente similitud del 97.9% entre los datos obtenidos, lo que valida la eficacia del algoritmo. Este estudio proporciona un enfoque robusto para el diseño de sistemas autónomos de control de helióstatos, integrando simulación y experimentación. Estos resultados avalan la precisión del algoritmo y su capacidad para dirigir eficazmente la radiación solar. La ampliación hacia el control autónomo y la evaluación completa del sistema de helióstatos facilita el camino hacia una energía solar concentrada más eficiente y sustentable.