[发明专利]一种塔式太阳能热电站中卷积核函数的拟合方法

说明书

本发明公开了一种塔式太阳能热电站中卷积核函数的拟合方法，属于塔式太阳能热电站模拟技术领域，包括以下步骤：(1)通过光线跟踪进行仿真。设置场景信息、光线方向、定日镜微表面法向分布等参数，通过光线跟踪得到镜面微元反射在接收面上的光斑；(2)使用拟合函数拟合光线跟踪光斑的径向累计分布函数RCDF；(3)通过某个距离的定日镜微元光斑的RCDF，推导出了其他距离定日镜微元光斑的RCDF；(4)通过RCDF的定义来推导求解定日镜微元的光斑。本发明提出的卷积核函数具有精度高的优势；对于给定的太阳形状、镜面法向分布，卷积核函数仅与太阳光线入射角相关，是定日镜与接收面之间距离的解析函数，简化了大规模镜场仿真的参数建模过程。

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卷积核函数的拟合方法。

背景技术

塔式太阳能辐射能密度仿真对于降低塔式太阳能发电站的建设成本，提高发电效率有着重要意义。对于大规模塔式太阳能系统进行仿真的常用方法是解析模型。

卷积核函数的准确刻画是解析模型的基础。解析模型将定日镜的辐射能密度分布描述为定日镜有效反射区域与卷积核函数的卷积。使用卷积积分的形式来刻画太阳模型、定日镜微表面对于辐射光斑的影响。由于受到太阳形状、定日镜表面平坦度等诸多因素影响，定日镜反射的光线是发散的。定日镜可以看作由一系列镜面微元组成，所有镜面微元反射的辐射能密度分布总和就是定日镜反射到接收面上的辐射能密度分布。全部镜面微元辐射能密度分布的求和过程，其极限可以看作一个卷积。使用卷积来表示定日镜光斑辐射能密度分布，其中卷积核函数为定日镜微元反射光斑的辐射能密度分布，卷积函数为理想状况下定日镜的有效反射区域。

目前经典的卷积模型是UNIZAR模型和HFLCAL模型。Collado在1986年提出了积分形式的UNIZAR模型用于表示定日镜光斑的辐射能密度分布(Collado F.，Gomez A.，Turegano J.An analytic function for the flux density due to sunlightreflected from a heliostat[J].Solar Energy，1986，37(3)：215-234.)。该模型将太阳模型、定日镜微表面以及跟踪误差等因素综合为高斯模型中的参数进行刻画，因此该模型的卷积核函数为高斯核函数，该模型的参数一般需要通过经验值或者峰值拟合(Collado FJ.One-point fitting of the flux density produced by a heliostat[J].SolarEnergy，2010，84(4)：673-684.)的方式进确定。HFLCAL模型对于卷积模型进一步简化，通过牺牲一些精度，将卷积的解析形式简化为各向同性的高斯分布。该高斯分布的参数受到太阳形状、定日镜微表面、跟踪误差的影响，一般通过经验值或者峰值拟合的方式确定。

后续的模型在这两个模型的基础上进行改进，提高了模型的精度和通用性。Huang等人使用椭圆的高斯分布去刻画定日镜的辐射光斑，结果优于圆形高斯分布(Huang W.，YuL.Development of a new flux density function for a focusing heliostat[J].Energy，2018，151:358-375.)。He等人使用绘制流水线方法，将阴影和遮挡考虑在内，在GPU上实现了一个并行的HFLCAL算法(He C，Feng J，Zhao Y.Fast flux densitydistribution simulation of central receiver system on GPU[J].Solar Energy，2017，144：424-435.)。

目前解析模型方法的缺陷主要在于：HFLCAL及相关模型由于简化造成模拟精度低；模型的参数受到太阳模型、定日镜微表面、跟踪误差的影响，这些数据难以通过测量直接获得。解析模型在实际应用时需要通过经验值或者峰值拟合及插值的方式来进行参数建模。

发明内容