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Static optimal control: Real-time optimization within closed-loop aim point control for solar power towers

Oberkirsch, Laurin und Zanger, David und Maldonado Quinto, Daniel und Schwarzbözl, Peter und Hoffschmidt, Bernhard (2023) Static optimal control: Real-time optimization within closed-loop aim point control for solar power towers. Solar Energy, 255, Seiten 327-338. Elsevier. doi: 10.1016/j.solener.2023.03.051. ISSN 0038-092X.

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4MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038092X23002116?via%3Dihub

Kurzfassung

Many aim point optimization techniques exist to control Solar Power Towers (SPTs). However, SPTs exhibit optical losses that cannot be exactly modeled. Moreover, cloud passages cause transient incident flux distributions. Due to these modeling errors and disturbances, aim point optimization may exceed the Allowable Flux Density (AFD); consequently, these efficient aiming strategies are seldom applied at commercial plants. In this paper, an innovative closed-loop aim point control technique, the Static Optimal Control, is proposed. Flux density measurements close the open control loop of aim point optimization. Based on this feedback, the Static Optimal Control estimates weights that are embedded in the cost function of the aim point optimization. This GPU-based optimizer finds good aim point configurations in a few seconds even for large plants. Thus, the Static Optimal Control compensates for modeling errors and rejects disturbances to observe the AFD while maximizing the intercept. The performance of the Static Optimal Controller is evaluated for inaccurately modeled mirror errors and under a real cloud scenario. Aim of this control is not to exceed the AFD by more than 5% i.e. the accuracy of the flux density measurements. The aim is achieved for static modeling errors while improving the intercept by 1.7-8.6% compared to a heuristic control. In the cloud scenario, the Static Optimal Control reaches its limits. Even mapping all-sky-imager-based nowcasts in a feed forward manner on the heliostat field does not improve the control quality due to high prediction errors.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/194662/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Static optimal control: Real-time optimization within closed-loop aim point control for solar power towers
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Oberkirsch, LaurinLaurin.Oberkirsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7018-3664NICHT SPEZIFIZIERT
Zanger, DavidDavid.Zanger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6111-7531NICHT SPEZIFIZIERT
Maldonado Quinto, DanielDaniel.MaldonadoQuinto (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2929-8667NICHT SPEZIFIZIERT
Schwarzbözl, PeterPeter.Schwarzboezl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9339-7884NICHT SPEZIFIZIERT
Hoffschmidt, BernhardBernhard.Hoffschmidt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Mai 2023
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:255
DOI:10.1016/j.solener.2023.03.051
Seitenbereich:Seiten 327-338
Verlag:Elsevier
ISSN:0038-092X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Concentrating solar power, Solar power tower, Heliostat aiming, Aim point optimization, Optimal control, Cloud disturbance
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HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Intelligenter Betrieb
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Kraftwerktechnik
Hinterlegt von: Oberkirsch, Laurin
Hinterlegt am:16 Jun 2023 10:57
Letzte Änderung:16 Jun 2023 10:57

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