[发明专利]一种碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法

说明书

本发明涉及一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：至少包含以下步骤：步骤1、建立聚光器反射膜面；步骤2、利用三角元拓扑关系和顶点坐标计算每个三角元的法向量；步骤3、考虑太阳入射光线模拟太阳光锥模型，使用蒙特卡洛方法随机产生三角元小平面上光线的入射点；步骤4、利用菲涅尔原理计算经三角元反射后的光线方程；步骤5、计算反射光线与接受面的交点坐标，交点坐标值即为经三角元反射后光线与接受面的坐标；步骤6、统计接受面反射光线交点及能量并计算能流密度分布。本发明能够在不同光线入射角情况下，模拟接受面能流密度分布情况。

技术领域

本发明属于太阳能热发电领域，具体是一种碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法。

背景技术

太阳能热发电是将太阳光聚焦后转化为热能，再利用内燃机或蒸汽轮机进行能量交换，最终将太阳能转化为电能。由于太阳辐照至地面的能量密度较低，理论上最高只能使物体升温至接近100摄氏度，无法满足热发电要求，因此需要对太阳能进行汇聚。

在太阳能热发电领域，按聚光器汇聚方式可分为塔式、碟式、槽式和线性菲涅尔式等能量汇聚方式。目前常见的聚光器大多是固面聚光器。聚光器工作面由玻璃或金属镜面组成。这种聚光器存在质量大，制造成本高，建造困难等很多问题。

索网膜结构在卫星天线、建筑等领域应用广泛。索网膜结构具有质量轻，结构简单，造型美观等许多优点。索网膜反射器在一些特殊环境下(比如太空无重力环境)可以达到较高的型面精度，并且质量超轻，通常其口径面密度不超过0.4Kg/m²。但是索网膜反射器在太阳能聚光方面的应用比较少见。

聚光薄膜面是薄膜太阳能聚光系统的核心部件。聚光反射面通常是由镀有反射涂层的反光薄膜组成。太阳光被薄膜面反射汇聚，可以提高接受面能量密度，满足光热发电要求。薄膜面的聚光性能对整个发电系统起着至关重要的作用。

数值模拟聚光器的聚光性能是评价聚光器性能的重要方法。国内外相关文献对抛物面聚光器的聚光性能进行了大量研究，但这种研究大多基于标准抛物面聚光器。

发明专利申请公布号CN107194109A公开了一种利用蒙特卡洛法和坐标变换结合抛物面槽式聚光器建模方法。上述文献中方法是基于标准抛物面方程且应用于槽式聚光器，与本发明方法应用对象不同；马宏财在文献[1]《高效能空间薄膜聚光光伏系统研究》中利用概率函数来近似模拟三角元拼合抛物面薄膜聚光器的原理误差和薄膜褶皱等型面误差，但是这种方法物理意义不清晰，不能真实反映三角元拼合抛物面的具体情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种能反映三角元拼合抛物面的实际拼合情况的碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，以便在不同光线入射角情况下，模拟接受面能流密度分布情况。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案,一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：至少包含以下步骤：

步骤1、建立聚光器反射膜面；

步骤2、利用三角元拓扑关系和顶点坐标计算每个三角元的法向量；

步骤3、考虑太阳入射光线模拟太阳光锥模型，使用蒙特卡洛方法随机产生三角元小平面上光线的入射点；

步骤4、利用菲涅尔原理计算经三角元反射后的光线方程；

步骤5、计算反射光线与接受面的交点坐标，交点坐标值即为经三角元反射后光线在接受面的位置；

步骤6、统计接受面反射光线交点及能量并计算能流密度分布。

所述步骤1建立聚光器反射膜面为准测地线网格薄膜面。

所述步骤1建立聚光器反射膜面为三向网格薄膜面。

所述步骤1建立聚光器反射膜面的聚光器口径面面积为：