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Airborne real-time solar concentrator orientation estimation for heliostat fine calibration

Schnerring, Alexander und Röger, Marc und Winter, Adrian und Broda, Rafal und Nieslony, Michael und Algner, Niels und Kölsch, Benedikt und Pitz-Paal, Robert (2026) Airborne real-time solar concentrator orientation estimation for heliostat fine calibration. Solar Energy, Seite 114823. Elsevier. doi: 10.1016/j.solener.2026.114823. ISSN 0038-092X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Kurzfassung

Unmanned aerial vehicle (UAV)-based methods are a promising option for heliostat calibration. However, existing approaches require prior knowledge of the heliostat orientation and rely on predefined flight paths, which can be difficult to determine when the assumed orientations are uncertain. Small orientation errors necessitate redundant flight segments to reliably capture the measurement signal, while largely misaligned heliostats cannot be measured altogether. This raises the question of whether real-time data processing can enable the dynamic adaptation of UAV flight paths. To address this, we present a novel method for the airborne real-time solar concentrator orientation estimation for heliostat fine calibration, termed ARTSCORE-F. Building on the HelioPoint measurement principle, the method introduces a closed-loop controller that incorporates the currently observed reflection signal as feedback. For the first time, a heliostat fine calibration point can be acquired autonomously without requiring previous calibration or accurate a priori orientation knowledge. The feedback loop actively guides the reflection signal toward defined locations on the concentrator surface while simultaneously controlling the UAV-concentrator distance, allowing online adaptation of the flight path to the actual measurement situation and avoiding redundant measurements. A dedicated simulation environment is used to systematically evaluate the method across varying system configurations and operating conditions. For an exemplary concentrator at the Solar Tower Jülich, the proposed method prepares a final surface scan within approximately one minute, even for arbitrary initial orientations. The method is applicable in tracking heliostat fields and enables targeted recalibration of individual heliostats without interrupting field operation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/225853/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Airborne real-time solar concentrator orientation estimation for heliostat fine calibration
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schnerring, Alexanderalexander.schnerring (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-1700-6481223432966
Röger, MarcMarc.Roeger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0618-4253NICHT SPEZIFIZIERT
Winter, Adrianadrian.winter (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0007-0507-039XNICHT SPEZIFIZIERT
Broda, RafalRafal.Broda (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-2378-1776223432967
Nieslony, Michaelmichael.nieslony (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6110-0895223432968
Algner, NielsNiels.Algner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9763-0329NICHT SPEZIFIZIERT
Kölsch, Benediktbenedikt.koelsch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3564-9822NICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, RobertRobert.Pitz-Paal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3542-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 Juli 2026
Erschienen in:Solar Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.solener.2026.114823
Seitenbereich:Seite 114823
Verlag:Elsevier
ISSN:0038-092X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:unmanned aerial vehicle heliostat calibration condition monitoring concentrated solar power closed-loop control autonomous systems
HGF - Forschungsbereich:Energie
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 - Condition Monitoring
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Qualifizierung
Hinterlegt von: Schnerring, Alexander
Hinterlegt am:10 Aug 2026 10:10
Letzte Änderung:12 Aug 2026 13:20

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