[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

说明书

本发明公开了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，属于塔式太阳能热电站模拟技术领域，包括以下步骤：(1)根据定日镜反射光线方向，定义成像平面；(2)将三维空间均匀剖分，计算与定日镜存在阴影与遮挡关系的定日镜；(3)成像平面的光栅化表示；(4)计算成像平面上的辐射能密度分布；(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。利用图形学的相关方法对于求解过程进行加速，并基于GPU实现，相比于之前的解析方法，具有效率高、精确的优势。

技术领域

本发明涉及塔式太阳能热电站模拟技术领域，具体地说，涉及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。

背景技术

有效利用太阳能是解决能源短缺和环境污染问题的一个重要途径。在太阳能的利用中，塔式太阳能系统是光热发电一个重要方向。目前对于塔式太阳能系统仿真主要有两类方法：光线跟踪和解析模型.(Garcia，P.，Ferriere,A.,Bezian，J.J.，2008.Codes forsolar flux calculation dedicated to central receiver system applications:acomparative review.Solar Energy 82,189–197.)

光线跟踪方法可以自然地将定日镜形状、接收器形状、太阳模型以及跟踪误差等因素考虑在内，得到一个精确的仿真结果。尽管光线跟踪对于塔式太阳能系统进行建模更加准确和灵活，但是由于光线跟踪计算效率低和峰值不稳定的缺点，并不适用大规模定日镜场仿真。

解析模型使用数学公式对于接收器上的辐射能密度分布进行表示，适用于镜场布局优化、聚焦策略优化以及镜场辐射能密度分布仿真等任务。经典的解析模型包括HFLCAL和UNIZAR模型。

HFLCAL是一个定日镜场布局和优化的程序(P.，Pitz-Paal R.，Schmitz M.Visual HFLCAL—A Software Tool for Layout and Optimisation ofHeliostat Fields[C]//Proceedings of 15th International SolarPACES Symposium，Berlin，September.2009：15-18.)。HFLCAL使用简化数学模型来对辐射能密度分布进行刻画，将定日镜光斑的辐射能密度分布描述为各向同性高斯分布。HFLCAL模型计算效率高，一般用于塔式太阳能系统的快速仿真。由于HFLCAL假设辐射能密度分布的圆对称性，HFLCAL的结果并不精确。

UNIZAR模型使用高斯核函数与有效反射区域的卷积来表示接收器表面的辐射能密度分布(Collado F.，Gomez A.，Turegano J.An analytic function for the fluxdensity due to sunlight reflected from a heliostat[J].Solar Energy，1986，37(3)：215-234.)。Alberto通过投影的方式提高了UNIZAR模型的通用性，首先定义一个成像平面，之后求解得到成像平面上的辐射能密度分布，最后将能量分布投影到接收面上(Sánchez-González，Alberto，Santana D.Solar flux distribution on centralreceivers：A projection method from analytic function[J].Renewable Energy，2015，74：576-587.)。