[发明专利]一种塔式太阳能镜场阴影与遮挡效率的改进算法

摘要

一种塔式太阳能镜场阴影与遮挡效率的改进算法，通过建立阴影与遮挡改进算法预判断模型，预测会产生阴影或遮挡的区域，并结合蒙特卡洛射线追踪模型在阴影或遮挡区域计算镜场阴影与遮挡效率，通过实际电站数据验证了预判断模型及改进算法的正确性，为进一步优化布置高效率、低成本的镜场提供了良好的理论基础。

主权项

一种塔式太阳能镜场阴影与遮挡效率的改进算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立阴影与遮挡改进算法预判断模型；假定问题定日镜为定日镜2，会阴影或遮挡问题定日镜的定日镜为定日镜1，利用射线追踪可求出阴影或遮挡定日镜1镜心在定日镜2表面坐标系中的投影位置(x1,h2，y1,h2，z1,h2)，对于圆形镜场，定日镜1与定日镜2并非完全平行，当定日镜1向定日镜2进行投影时所得的图形本身已经不再是一个矩形，而是一个旋转的平行四边形A'B'C'D'，长为Hh，宽为Hw；将定日镜1的投影放大为一个矩形A”B”C”D”，且投影的四个顶点均在该矩形的四条边上，矩形A”B”C”D”的长为φy×Hh，宽为φx×Hw，其中φx，φy分别表示长与宽的放大系数，当定日镜1可能会对定日镜2产生阴影或遮挡时，需满足条件：-φx×Hw/2+|xh2,1|<=Hw/2-φy×Hh/2+|yh2,1|<=Hh/2,]]>也可简化为：其中，ψx、ψy为x轴与y轴的修正系数，且与φ的关系为：在镜场优化设计过程中，ψ与φ的值随着镜场形状、定日镜位置变化而变化，因此为保证计算精度，必须估算每个定日镜φ相应的值，φ计算公式为：φx=max(xA′,1-xh2,1,xB′,1-xh2,1,xC′,1-xh2,1,xD′,1-xh2,1)Hw/2φy=max(yA′,1-yh2,1,yB′,1-yh2,1,yC′,1-yh2,1,yD′,1-yh2,1)Hh/2,]]>结合上述公式即可预判断定日镜2与定日镜1之间的关系，当判断出两定日镜发生阴影或遮挡时，需记录定日镜1镜心在定日镜2镜面上的投影坐标(x1,h2，y1,h2，z1,h2)与ψ或φ的数据，以备下一步计算环节使用；(2)获取预判断模型的预测精度；为获取预测模型的预测准确率，需计算定日镜镜场的阴影预测精度ηpr,sd和遮挡预测精度ηpr,bl，ηpr,sd=Σi=1nnnsdac(i)Σi=1nnnsdpr(i),ηpr,bl=Σi=1nnnblac(i)Σi=1nnnblpr(i),]]>其中，nn代表邻近定日镜总数，sd代表阴影定日镜；bl代表遮挡定日镜，下标ac和pr分别代表实际状态与预测状态，nsdac(i)、nblac(i)与nsdpr(i)、nblpr(i)分别表示对于第i个定日镜实际状态下与预测状态下会产生阴影或遮挡的定日镜数量，统计镜场所有定日镜，即得整个定日镜镜场的阴影或遮挡的预测精度；(3)采用蒙特卡洛射线追踪模型获取阴影与遮挡效率；在预判断会产生阴影或遮挡的定日镜区域，使用蒙特卡洛射线追踪模型计算阴影与遮挡效率，蒙特卡洛射线追踪模型围绕中心接收塔、吸热器表面、目标定日镜、临近定日镜和太阳光线5个分模型搭建相应坐标系，完善各坐标系相互转换模型建成，该模型基于统计学原理，对每个定日镜表面进行均匀离散化，通过对样本点的光线追踪，统计定日镜表面可到达吸热器接收面的样本点数量，计算每个定日镜的光学传输效率，单个定日镜与周围某相邻定日镜间射线追踪逻辑流程为：(3‑1)离散目标定日镜表面，获取所有样本点在该定日镜坐标系中位置并向中心塔坐标系转换；(3‑2)抽取某样本点，在该点沿太阳入射光线方向建立射线，判断射线与相邻定日镜抛物面模型是否存在交点；(3‑3)若存在交点，将该交点向相邻定日镜坐标系转换，判断交点是否在定日镜表面范围内，若不存在交点，说明该临近无阴影，进入步骤(3‑5)；(3‑4)若在镜面范围内，说明该点已被阴影，直接计算下一样板点，转入步骤(3‑2)，若不在范围内，进入步骤(3‑5)；(3‑5)通过镜面反射原理明确反射光线矢量，在样本点沿反射光线建立射线，判断是否与相近定日镜抛物面模型存在交点；(3‑6)若存在交点，将该交点向相邻定日镜坐标系转换，判断交点是否在定日镜表面范围内，若不存在交点，说明该临近无阴影，进入步骤(3‑8)；(3‑7)若在镜面范围内，该点已被遮挡住，直接计算下一样板点，转入步骤(3‑2)，若不在范围内，进行下一步；(3‑8)此时该点已通过阴影和遮挡验证，对于该样本点反射射线，判断其与吸热器表面模型存在交点，若不存在交点，该点未被截取，计算下一样本点，转入步骤(3‑2)；(3‑9)若存在交点，将该点向吸热器表面坐标系转换，判断该点是否在接收面范围以内，若不在范围内，该点未被截取，计算下一样本点，转入步骤(3‑2)，若在范围内，该点已被截取，接收个数加1，计算该点余弦损失和空气耗散损失，转入下一样本点，转入步骤(3‑2)；(3‑10)统计所有接收点个数与总样本点相比得到该定日镜阴影与遮挡效率。