[发明专利]塔式太阳能镜场接收器平面的辐射能密度分布模拟方法

权利要求书

1.一种塔式太阳能镜场接收器平面光斑的辐射能密度分布模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据镜场布局及光线方向，计算定日镜的阴影遮挡效率；

2)确定辐射能密度分布函数参数，建立局部坐标系下的解析模型；

具体包括：

2-1、建立原点经过接收器中心，垂直于光线方向的虚拟图像平面；

2-2、将当前定日镜有效反射区域斜平行投影至图像平面；

2-3、计算投影平面长轴与图像平面坐标系之间的夹角θ_g,

2-4、计算投影平面的重心坐标(x_bias,y_bias)；

2-5、计算图像平面上定日镜投影的长短轴比例关系：

其中，l′与w′表示定日镜的长l与宽w在图像平面投影后的长度；

2-6、根据公式计算解析函数标准差σ：

其中，σ_sun为太阳形状误差，σ_bq为光束质量误差，σ_ast为散光误差，σ_t为定日镜跟踪误差，cosφ_rec为反射光线与接收器表面法向量夹角的余弦值；d为定日镜与接收器之间的距离；

2-7、对于图像平面上任意一点p(x′,y′)处的辐射能密度分布函数表示为：

其中，I_D为太阳光垂直入射强度，η_aa为大气透射效率，S表示定日镜面积，ρ表示定日镜反射率，cosθ表示定日镜镜面法向量与入射光夹角的余弦值，η_bs表示当前定日镜的阴影遮挡效率，指定日镜未被阴影遮挡的有效反射区域与定日镜面积S的比值；σ为高斯函数标准差；

3)将局部坐标系下的解析模型经过光线反射方向斜平行投影至接收器平面，建立接收器平面辐射能密度分布模型。

2.根据权利要求1所述的塔式太阳能镜场接收器平面光斑的辐射能密度分布模拟方法，其特征在于，步骤1)包括：

1-1、对镜场中每个定日镜，判断可能对定日镜产生阴影和遮挡的相关定日镜集合；

1-2、将可能对定日镜产生阴影和遮挡的相关定日镜沿入射光线方向和反射光线的反方向投影至当前定日镜所在平面上；

1-3、使用多边形裁剪方法，将定日镜投影平面与当前定日镜平面进行裁剪，获得未被阴影和遮挡的有效反射区域，获得定日镜的阴影遮挡效率。

3.根据权利要求2所述的塔式太阳能镜场接收器平面光斑的辐射能密度分布模拟方法，其特征在于，步骤1-1中，采用CPU并行的光柱遍历算法和包围盒剔除算法判断对当前定日镜产生阴影或遮挡的相关定日镜集合。

4.根据权利要求2所述的塔式太阳能镜场接收器平面光斑的辐射能密度分布模拟方法，其特征在于，步骤1-3中，使用Vatti裁剪算法将步骤1-2中有效反射区域裁剪出来。

5.根据权利要求1所述的塔式太阳能镜场接收器平面光斑的辐射能密度分布模拟方法，其特征在于，步骤3)中，设反射光线R＝(r_x,r_y,r_z)以图像平面上任意一点P＝(p_x,p_y,p_z)为起始点，经传播到达接收器平面的对应点为P′＝(p′_x,p′_y,p′_z)，则两点之间的对应关系表示为：

P＝MP′+aR

a＝R·o

其中，I为3×3的单位矩阵，o为单位向量。