[发明专利]一种伞状柔性张拉膜聚光器聚光性能预测方法和系统

说明书

本发明提供一种伞状柔性张拉膜聚光器聚光性能预测方法和系统，预测方法包括如下步骤：建立伞状柔性张拉膜聚光器的三角形网格模型；对伞状柔性张拉膜聚光器的反光薄膜进行找形设计，得到找形后伞状柔性张拉膜聚光器的反光薄膜中各三角形网格的几何位置坐标；在反光薄膜上随机生成光线的入射点，利用菲涅尔原理，结合太阳光不平行度计算入射光线经薄膜反射后的反射方程以得到反射光线，得到经伞状柔性张拉膜聚光器的反光薄膜反射后光线落在接收面的位置；根据接收面接收的反射光线对伞状柔性张拉膜聚光器的聚光性能进行预测。本发明提供的技术方案能够解决对伞状柔性张拉膜聚光器聚光性能评价不准确的问题。

技术领域

本发明涉及伞状柔性张拉膜聚光器聚光性能评价技术领域，具体涉及一种伞状柔性张拉膜聚光器聚光性能预测方法和系统。

背景技术

目前聚光太阳能发电具有效率高、占地少等优势可以降低太阳能发电的成本，是太阳能发电领域的一个重要方向。太阳能聚光发电是通过汇聚太阳光的方式来提高光电转换效率。传统的汇聚太阳光原件主要是菲涅尔透镜、固面聚光器等。传统的聚光设备通常使用玻璃、发光铝板等来汇聚太阳光，这些聚光器的材料导致聚光设备的质量较重，且生产时制造成本较高。

张拉薄膜结构是一种新型的结构，在很多领域都有着应用广泛。张拉膜聚光器利用反光薄膜张拉成形并汇聚太阳光，不仅能够在很大程度上降低聚光器的重量，而且还降低整个聚光发电系统的成本低，因此，这种张拉膜设备越来越引起人们的关注。反光薄膜张拉后的聚光性能对整个太阳能发电系统起着至关重要的作用。数值模拟聚光效果是评价聚光器性能的重要方法。

张拉反光膜在无内应力时处于松弛状态，无法成形反光形面，也就无法聚集太阳光。在给定初始预应力成形后张拉膜的几何形态才是聚光器的聚光功能形面，其聚光性能是评价聚光器好坏的核心技术指标。

发明内容

本发明的目的是提供一种伞状柔性张拉膜聚光器聚光性能预测方法和系统，以解决现有技术中对伞状柔性张拉膜聚光器聚光性能评价不准确的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种伞状柔性张拉膜聚光器聚光性能预测方法，包括如下步骤：

步骤一：建立伞状柔性张拉膜聚光器反光薄膜的三角形网格模型；

步骤二：对伞状柔性张拉膜聚光器的反光薄膜进行找形设计，得到找形后伞状柔性张拉膜聚光器的反光薄膜中各三角形网格的几何位置坐标；

步骤三：在伞状柔性张拉膜聚光器的反光薄膜三角形网格上随机生成光线的入射点，利用菲涅尔原理，结合太阳光不平行度和入射光线经薄膜反射后的反射方程计算反射光线；

步骤四：计算反射光线与接收器接收面的交点坐标，将该交点坐标值作为经伞状柔性张拉膜聚光器的反光薄膜反射后光线落在接收器接收面的位置；

步骤五：根据接收器接收面接收到的反射光线数量，对伞状柔性张拉膜聚光器的聚光性能进行预测。

进一步的，建立伞状柔性张拉膜聚光器反光薄膜三角网格模型的方法为：

获取伞状柔性张拉膜聚光器的口径和支撑肋数量，在各支撑肋上设置多个均匀分布的主节点，以径口面为投影面，获取各主节点在投影面的坐标，并根据各主节点在投影面的坐标计算其空间坐标；

在环形相邻两个主节点之间插入中间节点，并根据各主节点的空间坐标计算各中间节点的空间坐标；

将相邻两环之间的主节点和中间节点拓扑连接构成三角膜片，得到伞状柔性张拉膜聚光器反光薄膜的三角网格模型。

进一步的，所述步骤二中通过力密度法或动力松弛法或有限元法对伞状柔性张拉膜聚光器的反光薄膜进行找形设计。

进一步的，以伞状柔性张拉膜聚光器接收面的能流密度、光学接收效率、平均光学聚光比作为其聚光性能的评价指标。