塔式太阳能热发电镜场布置方法及其阴影遮挡效率计算方法技术

本发明专利技术公开了一种塔式太阳能热发电镜场布置方法及其阴影遮挡效率计算方法，主要基于放射栅格镜场布置原理，提出一种快速的镜场布置方法，基于该布置，还同时提出一种高效的阴影遮挡效率的计算方法，在保证准确率的同时，显著提高计算速度，为镜场大规模的优化设计提供了极大的便利。

【技术实现步骤摘要】
塔式太阳能热发电镜场布置方法及其阴影遮挡效率计算方法
本专利技术属于太阳能热发电
，具体涉及一种塔式太阳能热发电镜场布置方法及其阴影遮挡效率计算方法。
技术介绍
镜场作为塔式光热发电的能量收集反射模块，在整个光热电站的投资中占据最大的比重。在土地成本居高不下的情况下，如何提高土地利用率和镜场效率，降低镜场的投资成了塔式光热电站设计的重点。在镜场设计中，需要根据一年中，每个时间点的太阳位置，不断的反算计算，以得到最佳镜子行列间距，使镜场年效率最大化，可见运算量非常大。镜场的效率是阴影遮挡效率、余弦效率、大气衰减效率以及溢出损失效率的乘积。其中，阴影遮挡效率，因为随太阳位置变化而变化，并且，受其镜子影响干扰大，是效率计算中最费时复杂的一项。因此，在场镜布置中，如何提高场地的利用率、场镜效率，以及提高相应的阴影遮挡效率的计算效率显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：基于放射栅格镜场布置原理，提出一种快速的镜场布置方法，以及对应高效的阴影和遮挡效率的计算方法。本专利技术技术的技术方案是这样实现的：一种塔式太阳能热发电镜场布置方法，所述发电厂包括聚光塔和环形的镜场，所述镜场包括若干个以聚光塔为共同圆心的镜圆周，每个镜圆周所包含的定日镜均匀分布于所在圆周线上，单个定日镜独立活动的占地范围均在相同直径的活动圆周内，活动圆周的直径为定日镜的对角线长度加上裕度，活动圆周的圆心位于所在镜圆周的圆周线上；镜场被分为若干个环状分区，在每个环状分区内均包括若干个连续的具有相同数量定日镜的镜圆周，具体的布置方法包括：A1：先布置第一环状分区第一镜圆周，且第一镜圆周定日镜均以活动圆周邻近相切的布置；A2：从聚光塔引出若干射线，引出的射线包括通过第一镜圆周内每个定日镜活动圆周圆心的圆心射线和通过相邻活动圆周切点的切点射线；A3：从里向外顺序的将偶数圈的定日镜布置于所述切点射线上，奇数圈定日镜布置于所述圆心射线上，直到本分区布置结束；A4：重复步骤A1到A3，按照相同的规则布置外侧的环状分区，直到占满整个镜场为止，并且相邻环状分区邻近镜圆周的间距大于定日镜活动圆周直径。进一步的，所述每条射线上的定日镜与位于相邻射线和相邻镜圆周交点上的定日镜均保持活动圆周相切布置。进一步的，在步骤A3中，当即将布置同一环状分区最外侧镜圆周时，若所述最外侧镜圆周的定日镜与位于相邻射线和相邻镜圆周交点上的定日镜不能保持活动圆周相切时，即不再布置所述最外侧镜圆周，标志本环状分区布置结束。进一步的，以聚光塔为坐标原点，以东西方向为X轴，南北方向为Y轴，竖直方向为Z轴建立镜场坐标系；在布置每一圈镜圆周时，均先布置满Y轴任一侧的定日镜后，再以轴对称方式布置Y轴另一侧的定日镜。一种定日镜场阴影遮挡效率计算方法，所述方法包括以下步骤：B1：选定待计算的定日镜为目标镜，并以目标镜的中心为坐标原点，分别以目标镜的横向和纵向为x轴和y轴，垂直于目标镜方向为z轴建立镜面三维坐标系，同时确立以所述x轴为x1轴，以所述y轴为y1轴的镜面二维坐标系；并在所述镜面二维坐标系内选定目标镜的四个角点为各自所在象限的象限点；B2：确定目标镜的干扰镜，以目标镜同镜圆周和同射线上的相邻定日镜，以及相邻射线和相邻镜圆周交点上的定日镜作为干扰镜；B3：选定目标镜的任一干扰镜为计算干扰镜，将计算干扰镜中心点和四个角点按照入射光线方向或目标镜反射光线的反方向在镜面二维坐标平面上进行投射相交，并分别得到中心交点或角交点；B4：在镜面二维坐标系内，先计算并判断出计算干扰镜中心交点处于哪个象限，即以该象限的象限点作为标准象限点；然后判断是否有处于目标镜范围内的角交点，如果存在，则用该角交点二维坐标值减去标准象限点二维坐标值，分别对横坐标差值和纵坐标差值求绝对值，得到阴影或遮挡区域的长度与宽度，如果没有处于目标镜范围内的角交点，则判定计算干扰镜对目标镜没有形成遮挡或阴影；B5：顺序的选定目标镜的余下干扰镜为计算干扰镜，并重复步骤B3-B4，可得到每个干扰镜对目标镜形成的阴影和遮挡范围；然后将目标镜离散为规则的若干网格，并以每个网格中心点代表相应的网格，判断每个网格依次与每个阴影和遮挡范围之间的位置关系；当网格点初次判断被阴影或遮挡，即为失效网格，不再重复判断与其它阴影和遮挡范围之间的位置关系，立即进入下一个网格的判断；最后统计出目标镜被遮挡和阴影的失效网格数，余下网格为有效网格，并将有效网格数除以目标镜的总网格数得到所选定目标镜的遮挡和阴影效率值；B6：顺序的将镜场中的每一个定日镜均选定为目标镜，并重复步骤B1-B5，其中，每个定日镜的离散化均相同，得到镜场中每个定日镜的阴影遮挡效率。本专利技术所述的镜场阴影遮挡效率计算方法，还包括步骤B7，将所有定日镜的阴影遮挡效率值相加，然后除以定日镜的总数，可得到整个镜场的阴影遮挡效率值。本专利技术所述的镜场阴影遮挡效率计算方法，在步骤B2中，采用欧拉矩阵旋转法，将所述中心交点和角交点在镜场坐标系中的三维坐标值旋转成镜面三维坐标系的三维坐标值，同时得到相应的镜面二维坐标系的二维坐标值。本专利技术所述的镜场阴影遮挡效率计算方法，在镜面二维坐标系内，设目标镜的横向长和纵向宽分别为2L，2W，标准象限点坐标为P(a,b)，计算干扰镜任一角点在镜面二维坐标系平面内的角交点坐标为C(x,y)；然后进行标准角交点计算和失效网格计算。标准角交点计算：若角交点坐标值满足abs(x)<L且abs(y)<W，则判定该角交点处于目标镜范围内，并选定为标准角交点进行后续的失效网格计算，否则直接排除，继续判定余下的角交点是否为标准角交点；根据测算，若干扰发生，任一干扰镜在镜面二维坐标系内只会有一个标准角交点，当确定了一个标准角交点后，不需再对余下的角交点进行计算判定；当计算干扰镜的四个角交点均不满足标准角交点的条件时，表明计算干扰镜对目标镜不存在任何遮挡或阴影，可整体排除，不再进入后续计算。失效网格计算：采用以下公式计算出干扰镜对目标镜的遮挡或阴影区域的宽度u和长度g：u＝abs(x-a)；g＝abs(y-b)；设正在计算的网格中心点的坐标为Z(c,d)，采用以下公式得到网格中心点和标准象限点的水平和竖直距离k和f：k＝abs(c-a)；f＝abs(d-b)；如果k<u并且f<g同时成立，则判定对应网格为被阴影或遮挡的失效网格。本专利技术所述的镜场阴影遮挡效率计算方法，在镜面二维坐标系内，根据太阳和地球的相对运行规律，不会出现中心交点位于x轴线及坐标原点的情况；但当中心交点处于y轴上时，以中心交点左右任一象限点作为标准象限点；标准角交点计算中，满足abs(y)<W，即可判定为标准角交点；在失效网格计算中，当f<g单独成立时，则判定对应网格为被阴影或遮挡的失效网格；当中心交点处于x轴上时，以中心交点y轴同侧的上下任一象限点作为标准象限点，标准角交点计算中，满足abs(x)<L，即可判定为标准角交点，在失效网格计算中，当k<u单独成立时，则判定对应网格为被阴影或遮挡的失效网格。本专利技术所提供技术方案的有益效果为：基于放射栅格镜场布置原理，提出一种快速的镜场布置方法，基于该布置，还同时提出一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塔式太阳能热发电镜场布置方法，其特征在于：所述发电厂包括聚光塔和环形的镜场，所述镜场包括若干个以聚光塔为共同圆心的镜圆周，每个镜圆周所包含的定日镜均匀分布于所在圆周线上，单个定日镜独立活动的占地范围均在相同直径的活动圆周内，活动圆周的直径为定日镜的对角线长度加上裕度，活动圆周的圆心位于所在镜圆周的圆周线上；镜场被分为若干个环状分区，在每个环状分区内均包括若干个连续的具有相同数量定日镜的镜圆周，具体的布置方法包括：A1：先布置第一环状分区第一镜圆周，且第一镜圆周定日镜均以活动圆周邻近相切的布置；A2：从聚光塔引出若干射线，引出的射线包括通过第一镜圆周内每个定日镜活动圆周圆心的圆心射线和通过相邻活动圆周切点的切点射线；A3：从里向外顺序的将偶数圈的定日镜布置于所述切点射线上，奇数圈定日镜布置于所述圆心射线上，直到本分区布置结束；A4：重复步骤A1到A3，按照相同的规则布置外侧的环状分区，直到占满整个镜场为止，并且相邻环状分区邻近镜圆周的间距大于定日镜活动圆周直径。

【技术特征摘要】
1.一种塔式太阳能热发电镜场布置方法，其特征在于：所述发电厂包括聚光塔和环形的镜场，所述镜场包括若干个以聚光塔为共同圆心的镜圆周，每个镜圆周所包含的定日镜均匀分布于所在圆周线上，单个定日镜独立活动的占地范围均在相同直径的活动圆周内，活动圆周的直径为定日镜的对角线长度加上裕度，活动圆周的圆心位于所在镜圆周的圆周线上；镜场被分为若干个环状分区，在每个环状分区内均包括若干个连续的具有相同数量定日镜的镜圆周，具体的布置方法包括：A1：先布置第一环状分区第一镜圆周，且第一镜圆周定日镜均以活动圆周邻近相切的布置；A2：从聚光塔引出若干射线，引出的射线包括通过第一镜圆周内每个定日镜活动圆周圆心的圆心射线和通过相邻活动圆周切点的切点射线；A3：从里向外顺序的将偶数圈的定日镜布置于所述切点射线上，奇数圈定日镜布置于所述圆心射线上，直到本分区布置结束；A4：重复步骤A1到A3，按照相同的规则布置外侧的环状分区，直到占满整个镜场为止，并且相邻环状分区邻近镜圆周的间距大于定日镜活动圆周直径。2.根据权利要求1所述的塔式太阳能热发电镜场布置方法，其特征在于：步骤A3中，所述每条射线上的定日镜与位于相邻射线和相邻镜圆周交点上的定日镜均保持活动圆周相切布置。3.根据权利要求2所述的塔式太阳能热发电镜场布置方法，其特征在于：在步骤A3中，当即将布置同一环状分区最外侧镜圆周时，若所述最外侧镜圆周的定日镜与位于相邻射线和相邻镜圆周交点上的定日镜不能保持活动圆周相切时，即不再布置所述最外侧镜圆周，标志本环状分区布置结束。4.根据权利要求1-3任一所述的塔式太阳能热发电镜场布置方法，其特征在于：以聚光塔为坐标原点，以东西方向为X轴，南北方向为Y轴，竖直方向为Z轴建立镜场坐标系；在布置每一圈镜圆周时，均先布置满Y轴任一侧的定日镜后，再以轴对称方式布置Y轴另一侧的定日镜。5.一种定日镜场阴影遮挡效率计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：B1：选定待计算的定日镜为目标镜，并以目标镜的中心为坐标原点，分别以目标镜的横向和纵向为x轴和y轴，垂直于目标镜方向为z轴建立镜面三维坐标系，同时确立以所述x轴为x1轴，以所述y轴为y1轴的镜面二维坐标系；并在所述镜面二维坐标系内选定目标镜的四个角点为各自所在象限的象限点；B2：确定目标镜的干扰镜，以目标镜同镜圆周和同射线上的相邻定日镜，以及相邻射线和相邻镜圆周交点上的定日镜作为干扰镜；B3：选定目标镜的任一干扰镜为计算干扰镜，将计算干扰镜中心点和四个角点按照入射光线方向或目标镜反射光线的反方向在镜面二维坐标平面上进行投射相交，并分别得到中心交点或角交点；B4：在镜面二维坐标系内，先计算并判断出计算干扰镜中心交点处于哪个象限，即以该象限的象限点作为标准象限点；然后判断是否有处于目标镜范围内的角交点，如果存在，则用该角交点二维坐标值减去标准象限点二维坐标值，分别对横坐标差值和纵坐标差值求绝对值，得到阴影或遮挡区域的长度与宽度，如果没有处于目标镜范围内的角交点，则判定计算干扰镜对目标镜没有形成遮挡或阴影；B5：顺序的选定目标镜的余下干扰镜为计算干扰镜，并重复步骤B3-B4，可得...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，
申请(专利权)人：华西能源工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51