本发明专利技术公开了一种塔式太阳能热发电系统中阴影和遮挡的快速判定方法，包括以下步骤：(1)建立整个定日镜场的轴平行的大包围盒；(2)将所述的大包围盒沿定日镜分布方向等距划分，产生均匀的网格；(3)将定日镜反射或入射的光柱建模；(4)对于每一个光柱，找到与该光柱相交的相交网格；(5)对相交网格中的定日镜与对应光柱相交判定，从而得到形成该光柱的定日镜受到的阴影或遮挡。本发明专利技术的判定方法中引入图形学中经典的均匀网格数据结构，巧妙的利用了定日镜场上定日镜规则分布的特点，高效的组织仿真环境中的数据信息，有效提高计算的准确性和效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及塔式太阳能热发电系统模拟
，特别涉及一种塔式太阳能热发电系统中阴影和遮挡的快速判定方法。
技术介绍
塔式太阳能热发电系统定日镜场上经常存在两种影响发电效率的现象：阴影和遮挡。阴影是指相邻定日镜对本应入射到指定定日镜上的太阳光能的阻挡，遮挡指考察定日镜反射光柱的部分能量由于相邻定日镜的影响没办法到达接收器。为了提高发电效率，这两种现象都需要快速甄别并尽量避免。然而，对于一个大型的定日镜场，要判定定日镜之间的阴影和遮挡关系，计算量巨大，影响仿真效率。因此，在太阳能仿真领域，一些简单的加速处理方法被提出。Belhomme B等人(2009)(Belhomme B,Pitz-Paal R,P,et al.A new fast ray tracing tool for high-precision simulation of heliostat fields[J].Journal of Solar Energy Engineering,2009,131(3):031002.)采用了层次化的空间数据结构组织每一个定日镜以及定日镜镜片来加速阴影和遮挡关系的判定；Izigon M等人(2011)(Izigon M,Armstrong P,Nilsson C and Vu N,TieSOL–A GPU-Based Suite of Software for Central Receiver Solar Power Plants,SolarPACES Granada,Spain,2011.)提出对每一个定日镜保留两个固定长度的列表来存储与之相邻的潜在阴影和遮挡定日镜，然而，这种估计并不准确，尤其是当早上和傍晚太阳高度角很小的时候，潜在阴影遮挡的定日镜数量往往超过列表的预设长度。Besarati S等人(2014)(Besarati,S.M.,Goswami,D.Y.,&Stefanakos,E.K.(2014).Optimal heliostat aiming strategy for uniform distribution of heat flux on the receiver of a solar power tower plant.Energy Conversion and Management,84,234-243.)提出对于考察定日镜的周围定日镜，阴影遮挡关系只测试相对该定日镜分别与太阳或接受器处于同一侧的其他定日镜。显然这是一种保守的做法，
增加了很多实际上不会产生阴影遮挡影响的定日镜，增加计算量。另外，从计算机图形学的角度，阴影和遮挡现象可以看作经典的隐藏面消除问题，很多成熟的算法可以拿来借鉴，比如层次z-buffer算法(Greene N,Kass M,Miller G.Hierarchical Z-buffer visibility[C]//Proceedings of the20th annual conference on Computer graphics and interactive techniques.ACM,1993:231-238.)。在图形学领域，降低这类问题计算复杂度的方式是挖掘场景的空间连续性。相应的有两种空间划分辅助数据结构，自适应结构(代表是octree，Glassner A S.Space subdivision for fast ray tracing[J].Computer Graphics&Applications IEEE,1984,4(10):15-24)和均匀划分网格(Fujimoto A,Tanaka T,Iwata K.ARTS:Accelerated Ray-Tracing System[J].IEEE Computer Graphics&Applications,1986,6(4):16-26.)。上述中的前者是一种自上而下的方式，适用于物体不规律分布的场景。相反后者更适合均匀分布的场景，在此基础上的光线遍历3D-DDA算法(Amanatides J,Woo A.A fast voxel traversal algorithm for ray tracing[C]//Eurographics.1987,87(3):10.)能高效的找到与光线碰撞的物体。考虑到定日镜场上定日镜的规则分布，均匀划分网格数据结构是首选。但是传统的3D-DDA算法针对的是光线，对于像定日镜反射的光柱遍历均匀网格的问题至今没有一个高效的算法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种塔式太阳能热发电系统中阴影和遮挡的快速判定方法，能够快速精确地甄别所有定日镜的潜在阴影和遮挡对象。一种塔式太阳能热发电系统中阴影和遮挡的快速判定方法，包括以下步骤：(1)建立整个定日镜场的轴平行的大包围盒；(2)将所述的大包围盒沿定日镜分布方向等距划分，产生均匀的网格；(3)将定日镜反射或入射的光柱建模；(4)对于每一个光柱，找到与该光柱相交的相交网格；(5)对相交网格中的定日镜与对应光柱相交判定，从而得到形成该光柱的定日镜受到的阴影或遮挡。阴影是指相邻定日镜对本应入射到指定定日镜上的太阳光能所形成的光柱的阻挡，遮挡指指定定日镜反射的光柱的由于相邻定日镜的影响没办法到达接收器。为了进一步提高计算效率，优选的，在步骤(1)中，同时每个定日镜建立一个大小可以完全包围对应定日镜的轴平行的小包围盒，在步骤(2)中，同时遍历每个定日镜，将每个定日镜的索引存储到与该定日镜所在小包围盒相交的网格中，使网格作为定日镜的代理。建立定日镜的轴平行的小包围盒的目的是为了针对特定的定日镜镜场，场景的均匀网格辅助数据结构只需建立一次，小包围盒限定了定日镜的最大活动范围，根据这个轴平行包围盒与均匀网格的相交情况可以确定定日镜从属于哪些网格。当然，这个轴平行包围盒不是必需的，根据定日镜顶点实时判定其属于哪些均匀网格也可行，不过这样的话辅助数据结构需要实时更新，计算量会增加。为了兼顾效率和精度，优选的，定日镜的长边为a，网格的边长为b，步骤(2)中，b：a＝1.5～2.5。进一步优选的，b：a＝2。为了快速判断光柱是否与网格相交，优选的，步骤(3)中，光柱建模为镜面沿着光柱方向平移形成的n棱柱，n≥3，假定光柱的每个侧面的法向指向光柱内部；步骤(4)中，确定该网格与该光柱是否相交的具体步骤如下：4-1、对于组成光柱的一个侧面，确定网格上相对所述侧面的“p-vertex”，“p-vertex”定义为网格的八个顶点中到所述侧面沿法向的“有向距离”最大的点；4-2、如果“p-vertex”位于光柱任一侧面的相对法向指向的另一面，则光柱跟这个网格不相交；如果对于组成光柱所有侧面上述情况不存在，则判定该光柱与这个网格是相交的。n越大，光柱的侧面越多，计算量越大，一般情况下定日镜反射面是矩形，n＝4，才有平行六面体(四棱柱)模拟光柱，计算量小且可以有效检测到阴影和遮挡。针对不同形式的定日镜场，在建立网格时区别如下：优选的，所述定日镜沿水平面铺设时，步骤(2)中，在定日镜所述
平面产生一层均匀网格。针对单层的均匀网格，优选的，步骤(4)中，找到与该光柱相交的相交网格的遍历方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种塔式太阳能热发电系统中阴影和遮挡的快速判定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立整个定日镜场的轴平行的大包围盒；(2)将所述的大包围盒沿定日镜分布方向等距划分，产生均匀的网格；(3)将定日镜反射或入射的光柱建模；(4)对于每一个光柱，找到与该光柱相交的相交网格；(5)对相交网格中的定日镜与对应光柱相交判定，从而得到形成该光柱的定日镜受到的阴影或遮挡。
【技术特征摘要】
1.一种塔式太阳能热发电系统中阴影和遮挡的快速判定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立整个定日镜场的轴平行的大包围盒；(2)将所述的大包围盒沿定日镜分布方向等距划分，产生均匀的网格；(3)将定日镜反射或入射的光柱建模；(4)对于每一个光柱，找到与该光柱相交的相交网格；(5)对相交网格中的定日镜与对应光柱相交判定，从而得到形成该光柱的定日镜受到的阴影或遮挡。2.如权利要求1所述的塔式太阳能热发电系统中阴影和遮挡的快速判定方法，其特征在于，在步骤(1)中，同时每个定日镜建立一个大小可以完全包围对应定日镜的轴平行的小包围盒，在步骤(2)中，同时遍历每个定日镜，将每个定日镜的索引存储到与该定日镜所在小包围盒相交的网格中，使网格作为定日镜的代理。3.如权利要求1所述的塔式太阳能热发电系统中阴影和遮挡的快速判定方法，其特征在于，定日镜的长边为a，网格的边长为b，步骤(2)中，b：a＝1.5～2.5。4.如权利要求1所述的塔式太阳能热发电系统中阴影和遮挡的快速判定方法，其特征在于，步骤(3)中，光柱建模为镜面沿着光柱方向平移形成的n棱柱，n≥3，假定光柱的每个侧面的法向指向光柱内部；步骤(4)中，确定该网格与该光柱是否相交的具体步骤如下：4-1、对于组成光柱的一个侧面，确定网格上相对所述侧面的“p-vertex”，“p-vertex”定义为网格的六个顶点中到所述侧面沿法向的“有向距离”最大的点；4-2、如果“p-vertex”位于光柱任一侧面的相对法向指向的另一面，则光柱跟这个网格不相交；如果对于组成光柱的所有侧面上述情况不存在，则判定该光柱与这个网格是相交的。5.如权利要求1所述的塔式太阳能...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵豫红，冯结青，何才透，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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