[发明专利]塔式太阳能热电站中平面定日镜的辐射能密度模拟方法

权利要求书

1.一种塔式太阳能热电站中平面定日镜的辐射能密度模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据塔式太阳能热电站的地理位置和仿真时间，计算太阳光入射方向，并调整热电站中定日镜的朝向，根据定日镜反射光线的方向，定义一个虚拟成像平面；

(2)将三维空间均匀剖分为一系列均匀分布的三维长方体网格，将各网格称为体素，保存定日镜与体素的对应关系；沿着光线的入射和反射方向，计算与光柱相交的体素，并将体素对应的定日镜保存到阴影和遮挡定日镜集合中；

(3)由定日镜反射光线方向定义定日镜在接收器表面的成像平面，对成像平面进行光栅化表示，将成像平面离散为像素点表示定日镜在成像平面上的有效反射区域；

(4)在成像平面上计算辐射能密度分布：

其中：

F_image表示成像平面上的辐射能密度分布；

B表示定日镜的镜面在成像平面上有效反射区域的光栅化表示；

C是定日镜微元光斑的辐射能密度分布；

(5)通过斜平行投影，将成像平面上的辐射能密度分布投影到接收面上：

F_receiver(u，v)＝F_image(f_u(u，v)，f_v(u，v))cosθ

其中：

F_receiver表示接收面上的辐射能密度分布；

(u，v)为接收面上一点在接收面局部坐标系oUV平面的坐标；

(f_u(u，v)，f_v(u，v))是成像平面上一点在成像平面局部坐标系下oU′V′平面坐标，点(u，v)和点(f_u(u，v)，f_v(u，v))对应关系为斜平行投影；

θ表示反射光线与接收面法向的夹角。

2.根据权利要求1所述的塔式太阳能热电站中平面定日镜的辐射能密度模拟方法，其特征在于，所述的定日镜为平面定日镜。

3.根据权利要求1所述的塔式太阳能热电站中平面定日镜的辐射能密度模拟方法，其特征在于，步骤(2)中，通过定日镜顶点发射的四根光线代替光柱与场景进行求交，进而判断与定日镜存在阴影与遮挡关系的定日镜，即对定日镜四个顶点发射的光线分别通过3D-DDA来计算存在阴影和遮挡的定日镜，并对于结果求并集。

4.根据权利要求1所述的塔式太阳能热电站中平面定日镜的辐射能密度模拟方法，其特征在于，步骤(3)中，使用0或1表示某像素是否为定日镜在成像平面上的有效投影区域，在成像平面上，计算出定日镜H₂的投影区域H′₂，判断每个像素中心坐标与H′₂的关系，对于区域内的点，对应像素的值设置为1，否则设置为0。

5.根据权利要求1所述的塔式太阳能热电站中平面定日镜的辐射能密度模拟方法，其特征在于，步骤(3)中，得到有效投影区域在成像平面上的光栅化表示后，增加一个面积修正过程：

其中：

r_correct表示离散结果的修正值，即成像平面上的离散像素值乘以该修正值；

S_geometry表示有效反射区域的理想投影面积；

S_disperse表示有效反射区域离散表示的未修正的总面积，通过GPU规约计算进行求解。

6.根据权利要求1所述的塔式太阳能热电站中平面定日镜的辐射能密度模拟方法，其特征在于，步骤(4)中，使用GPU版本的快速傅立叶卷积计算定日镜微元光斑的辐射能密度分布与有效投影区域的离散数值卷积。