[发明专利]一种塔式太阳能镜场阴影与遮挡效率的改进算法

权利要求书

1.一种塔式太阳能镜场阴影与遮挡效率的改进算法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立阴影与遮挡改进算法预判断模型；

假定问题定日镜为定日镜2，会阴影或遮挡问题定日镜的定日镜为定日镜1，利用射线追踪可求出阴影或遮挡定日镜1镜心在定日镜2表面坐标系中的投影位置(x_1,h2，y_1,h2，z_1,h2)，对于圆形镜场，定日镜1与定日镜2并非完全平行，当定日镜1向定日镜2进行投影时所得的图形本身已经不再是一个矩形，而是一个旋转的平行四边形A'B'C'D'，长为H_h，宽为H_w；

将定日镜1的投影放大为一个矩形A”B”C”D”，且投影的四个顶点均在该矩形的四条边上，矩形A”B”C”D”的长为φ_y×H_h，宽为φ_x×H_w，其中φ_x，φ_y分别表示长与宽的放大系数，当定日镜1可能会对定日镜2产生阴影或遮挡时，需满足条件：

-φx×Hw/2+|xh2,1|<=Hw/2-φy×Hh/2+|yh2,1|<=Hh/2,]]>

也可简化为：其中，ψ_x、ψ_y为x轴与y轴的修正系数，且与φ的关系为：

在镜场优化设计过程中，ψ与φ的值随着镜场形状、定日镜位置变化而变化，因此为保证计算精度，必须估算每个定日镜φ相应的值，φ计算公式为：

φx=max(xA′,1-xh2,1,xB′,1-xh2,1,xC′,1-xh2,1,xD′,1-xh2,1)Hw/2φy=max(yA′,1-yh2,1,yB′,1-yh2,1,yC′,1-yh2,1,yD′,1-yh2,1)Hh/2,]]>

结合上述公式即可预判断定日镜2与定日镜1之间的关系，当判断出两定日镜发生阴影或遮挡时，需记录定日镜1镜心在定日镜2镜面上的投影坐标(x1,h2，y1,h2，z1,h2)与ψ或φ的数据，以备下一步计算环节使用；

(2)获取预判断模型的预测精度；

为获取预测模型的预测准确率，需计算定日镜镜场的阴影预测精度ηpr,sd和遮挡预测精度ηpr,bl，

ηpr,sd=Σi=1nnnsdac(i)Σi=1nnnsdpr(i),ηpr,bl=Σi=1nnnblac(i)Σi=1nnnblpr(i),]]>

其中，nn代表邻近定日镜总数，sd代表阴影定日镜；bl代表遮挡定日镜，下标ac和pr分别代表实际状态与预测状态，nsdac(i)、nblac(i)与nsdpr(i)、nblpr(i)分别表示对于第i个定日镜实际状态下与预测状态下会产生阴影或遮挡的定日镜数量，统计镜场所有定日镜，即得整个定日镜镜场的阴影或遮挡的预测精度；

(3)采用蒙特卡洛射线追踪模型获取阴影与遮挡效率；

在预判断会产生阴影或遮挡的定日镜区域，使用蒙特卡洛射线追踪模型计算阴影与遮挡效率，蒙特卡洛射线追踪模型围绕中心接收塔、吸热器表面、目标定日镜、临近定日镜和太阳光线5个分模型搭建相应坐标系，完善各坐标系相互转换模型建成，该模型基于统计学原理，对每个定日镜表面进行均匀离散化，通过对样本点的光线追踪，统计定日镜表面可到达吸热器接收面的样本点数量，计算每个定日镜的光学传输效率，单个定日镜与周围某相邻定日镜间射线追踪逻辑流程为：

(3-1)离散目标定日镜表面，获取所有样本点在该定日镜坐标系中位置并向中心塔坐标系转换；

(3-2)抽取某样本点，在该点沿太阳入射光线方向建立射线，判断射线与相邻定日镜抛物面模型是否存在交点；

(3-3)若存在交点，将该交点向相邻定日镜坐标系转换，判断交点是否在定日镜表面范围内，若不存在交点，说明该临近无阴影，进入步骤(3-5)；

(3-4)若在镜面范围内，说明该点已被阴影，直接计算下一样板点，转入步骤(3-2)，若不在范围内，进入步骤(3-5)；

(3-5)通过镜面反射原理明确反射光线矢量，在样本点沿反射光线建立射线，判断是否与相近定日镜抛物面模型存在交点；

(3-6)若存在交点，将该交点向相邻定日镜坐标系转换，判断交点是否在定日镜表面范围内，若不存在交点，说明该临近无阴影，进入步骤(3-8)；

(3-7)若在镜面范围内，该点已被遮挡住，直接计算下一样板点，转入步骤(3-2)，若不在范围内，进行下一步；

(3-8)此时该点已通过阴影和遮挡验证，对于该样本点反射射线，判断其与吸热器表面模型存在交点，若不存在交点，该点未被截取，计算下一样本点，转入步骤(3-2)；

(3-9)若存在交点，将该点向吸热器表面坐标系转换，判断该点是否在接收面范围以内，若不在范围内，该点未被截取，计算下一样本点，转入步骤(3-2)，若在范围内，该点已被截取，接收个数加1，计算该点余弦损失和空气耗散损失，转入下一样本点，转入步骤(3-2)；

(3-10)统计所有接收点个数与总样本点相比得到该定日镜阴影与遮挡效率。

2.根据权利要求1所述的一种塔式太阳能镜场阴影与遮挡效率的改进算法，其特征在于，所述的对于定日镜场中的目标定日镜聚光效率计算，相临定日镜为多个，只需在阴影判断区域(2-4)和遮挡区域(5-8)分别迭代验证每个临近定日镜，即可完成阴影与遮挡效率计算。