[發(fā)明專利]塔式太陽能熱電站中聚焦型定日鏡的輻射能密度模擬方法

有效

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• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110414057B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 趙豫紅;馮結青;牛召星;何才透
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開了一種塔式太陽能熱電站中聚焦型定日鏡的輻射能密度模擬方法，屬于塔式太陽能熱電站模擬技術領域，包括以下步驟：(1)在局部坐標中確定子平面鏡間的相對位置，并根據(jù)太陽光的入射方向，整體調整子平面鏡位置和朝向；(2)根據(jù)聚焦型定日鏡的反射光線方向，定義近似的成像平面；(3)將三維空間均勻剖分，計算與定日鏡存在陰影與遮擋關系的定日鏡；(4)對于近似成像平面進行光柵化表示；(5)計算虛擬成像平面上的輻射能密度分布；(6)通過斜平行投影，將虛擬成像平面上的輻射能密度分布投影到接收面上。利用卷積分配律和近似成像平面，得到子平面鏡投影區(qū)域的累加，即加權有效反射區(qū)域，提升了聚焦型定日鏡模型的求解效率。

技術領域

本發(fā)明涉及塔式太陽能熱電站模擬技術領域，具體地說，涉及一種塔式太陽能熱電站中聚焦型定日鏡的輻射能密度模擬方法。

背景技術

塔式太陽能系統(tǒng)是光熱發(fā)電的一種重要方式，具有轉化效率高、熱損耗少、電力輸出穩(wěn)定的優(yōu)點(Vanthull L.L.Solar thermal power systems based on opticaltransmission[J].Solar Energy，1976，18(1)：31-39)。塔式太陽能的發(fā)展受到系統(tǒng)設計復雜、發(fā)電成本高等因素的影響,塔式太陽能熱電站的輻射能密度仿真不僅可以用于驗證設計方案和預估發(fā)電效率，還可以對于定日鏡的布局、聚焦策略、定日鏡的鏡面參數(shù)進行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，降低平均發(fā)電成本。因此，高效、精確的輻射能仿真方法對于塔式太陽能系統(tǒng)的發(fā)展有著重要意義。

對于塔式太陽能熱電站的輻射能密度仿真，目前主要有兩類方法：光線跟蹤與解析模型(Cruz N.C.，Redondo J.L.，Berenguel M.，et al.Review of software foroptical analyzing and optimizing heliostat fields[J].RenewableSustainableEnergy Reviews，2017，72:1001-1018.)。光線跟蹤方法通過模擬光線的傳播來得到接收器的輻射能密度分布，自然地將陰影和遮擋的影響考慮在內，適用于單面定日鏡輻射能密度的仿真。解析模型使用數(shù)學模型對于輻射能密度進行簡化，求解速度快，適用于大規(guī)模系統(tǒng)的仿真。

光線跟蹤是計算機圖形學領域的一種渲染技術，它通過模擬光線的傳播、光線與虛擬物體的相交效果來生成圖像。光線跟蹤方法根據(jù)光線產生位置可以分成三類：前向光線跟蹤、逆向光線跟蹤和雙向光線跟蹤。光線跟蹤方法由于需要發(fā)射足夠多的光線才能得到穩(wěn)定的結果，計算效率低，且存在峰值不穩(wěn)定的問題。

解析模型的本質是使用數(shù)學公式對于接收器上的輻射能密度分布進行表示，通常使用卷積積分的形式來刻畫太陽模型、定日鏡微表面對于輻射光斑的影響。目前最經(jīng)典的解析模型是HFLCAL模型和UNIZAR模型。