CN109460594B - 一种碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法 - Google Patents

一种碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：至少包含以下步骤：步骤1、建立聚光器反射膜面；步骤2、利用三角元拓扑关系和顶点坐标计算每个三角元的法向量；步骤3、考虑太阳入射光线模拟太阳光锥模型，使用蒙特卡洛方法随机产生三角元小平面上光线的入射点；步骤4、利用菲涅尔原理计算经三角元反射后的光线方程；步骤5、计算反射光线与接受面的交点坐标，交点坐标值即为经三角元反射后光线与接受面的坐标；步骤6、统计接受面反射光线交点及能量并计算能流密度分布。本发明能够在不同光线入射角情况下，模拟接受面能流密度分布情况。

Description

一种碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法
技术领域
本发明属于太阳能热发电领域，具体是一种碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法。
背景技术
太阳能热发电是将太阳光聚焦后转化为热能，再利用内燃机或蒸汽轮机进行能量交换，最终将太阳能转化为电能。由于太阳辐照至地面的能量密度较低，理论上最高只能使物体升温至接近100摄氏度，无法满足热发电要求，因此需要对太阳能进行汇聚。
在太阳能热发电领域，按聚光器汇聚方式可分为塔式、碟式、槽式和线性菲涅尔式等能量汇聚方式。目前常见的聚光器大多是固面聚光器。聚光器工作面由玻璃或金属镜面组成。这种聚光器存在质量大，制造成本高，建造困难等很多问题。
索网膜结构在卫星天线、建筑等领域应用广泛。索网膜结构具有质量轻，结构简单，造型美观等许多优点。索网膜反射器在一些特殊环境下(比如太空无重力环境)可以达到较高的型面精度，并且质量超轻，通常其口径面密度不超过0.4Kg/m2。但是索网膜反射器在太阳能聚光方面的应用比较少见。
聚光薄膜面是薄膜太阳能聚光系统的核心部件。聚光反射面通常是由镀有反射涂层的反光薄膜组成。太阳光被薄膜面反射汇聚，可以提高接受面能量密度，满足光热发电要求。薄膜面的聚光性能对整个发电系统起着至关重要的作用。
数值模拟聚光器的聚光性能是评价聚光器性能的重要方法。国内外相关文献对抛物面聚光器的聚光性能进行了大量研究，但这种研究大多基于标准抛物面聚光器。
发明专利申请公布号CN107194109A公开了一种利用蒙特卡洛法和坐标变换结合抛物面槽式聚光器建模方法。上述文献中方法是基于标准抛物面方程且应用于槽式聚光器，与本发明方法应用对象不同；马宏财在文献[1]《高效能空间薄膜聚光光伏系统研究》中利用概率函数来近似模拟三角元拼合抛物面薄膜聚光器的原理误差和薄膜褶皱等型面误差，但是这种方法物理意义不清晰，不能真实反映三角元拼合抛物面的具体情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种能反映三角元拼合抛物面的实际拼合情况的碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，以便在不同光线入射角情况下，模拟接受面能流密度分布情况。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案,一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：至少包含以下步骤：
步骤1、建立聚光器反射膜面；
步骤2、利用三角元拓扑关系和顶点坐标计算每个三角元的法向量；
步骤3、考虑太阳入射光线模拟太阳光锥模型，使用蒙特卡洛方法随机产生三角元小平面上光线的入射点；
步骤4、利用菲涅尔原理计算经三角元反射后的光线方程；
步骤5、计算反射光线与接受面的交点坐标，交点坐标值即为经三角元反射后光线在接受面的位置；
步骤6、统计接受面反射光线交点及能量并计算能流密度分布。
所述步骤1建立聚光器反射膜面为准测地线网格薄膜面。
所述步骤1建立聚光器反射膜面为三向网格薄膜面。
所述步骤1建立聚光器反射膜面的聚光器口径面面积为：
Figure BDA0001843421750000031
式中，A为聚光器口径面积，D为反射器口径直径。
所述准测地线网格是在聚光器的投影面内沿半径方向将半径平均分为P份，半径上的每个节点沿圆周环形阵列，进而得到三角形面片的拓扑关系。
所述三向网格也是在投影面内将半径平均分为P份，但投影三角形为等边三角形。
所述两种网格的第M环阵列节点数为M×TN，M从1到P，TN是第一环的面片数目，总节点数为：
K＝3P2+3P+1   (2)
式中，P为半径的均分数，K为总结点数，然后将口径面上的节点投影到设计的抛物面
Figure BDA0001843421750000032
式中F为抛物面的焦距，X,Z为自变量，Y是因变量，然后得到拼合抛物面的三角元平面顶点坐标，三角元平面总数为：
T＝P2·TN   (4)
式中T为平面总结点数，P为半径的均分数，TN是第一环的面片数。
所述步骤2具体如下：
拼合抛物面的任意一个三角元平面ABC，三角元顶点分别为A，B，C，三角元相邻两条边构成向量AB，AC，三角元小平面的法向量为N，S为入射光线方向矢量，S*为经过三角元薄膜平面反射的反射光线方向矢量。通过三角元坐标及相互之间的拓扑关系，我们可以得到所有三角元平面的法向量，这里：
AB＝[xB-xA,yB-yA,zB-zA]   (5)
AC＝[xC-xA,yC-yA,zC-zA]   (6)
Figure BDA0001843421750000041
式中x,y,z分别为三角元平面对应顶点的坐标，三角元的法向量N即为入射光线和反射光线的法线方向。
所述步骤3具体如下：
步骤3-1：在三角元平面内产生随机均匀分布的点，这些均布点作为为入射光线在三角元平面反射薄膜上的入射点；为了保证计算精度，单位面积的光线入射密度为5束/mm2；结合图10三角元平面入射点随机位置按下面流程生成：
步骤3-1-1，初始化Face_Insert和Total_Insert，Face_Insert＝(A*5)/T，用于记录每个面片输入的光线数量，A是聚光器口径面面积，T是三角元平面单元的总数；Total_Insert用于记录整个三角元拼合膜面的输入光线点位置；
步骤3-1-2，初始化变量I＝1；
步骤3-1-3，判断I的值是否小于等于Face_Num，Face_Num是三角元的总个数，满足上述条件则转步骤3-1-4，不满足上述条件则转至步骤3-1-14；
步骤3-1-4，初始化变量J＝1
步骤3-1-5，判断J的值是否小于等于Face_Insert，不满足上述条件则跳出循环，转至步骤3-1-12满足上述条件则转步骤3-1-6；
步骤3-1-6，产生随机数t1＝rand(0，1),
产生随机数t2＝rand(0，1)；
步骤3-1-7，判断随机数t1是否大于t2；
满足步骤3-1-7条件转步骤3-1-8，不满足转步骤3-1-9；
步骤3-1-8，随机数t1和随机数t2值交换；获取T3，T3由[0,1]之间的随机数t1，t2组成的行向量,T3＝[t1,t2-t1,1-t2]，继续步骤3-1-10；
步骤3-1-9，T3由[0,1]之间的随机数t1，t2组成的行向量,T3＝[t1,t2-t1,1-t2]，继续步骤3-1-10；
步骤3-1-10，在三角元平面上生成光线的入射点坐标RayInsert；
步骤3-1-11，令J＝J+1，转步骤步骤3-1-4；
步骤3-1-12，把RayInsert送入Total_Insert指定位置；
步骤3-1-13，令I＝I+1，转步骤步骤3-1-3；
步骤3-1-14，输出Total_Insert；
步骤3-1-15，程序结束。
步骤3-2：入射光线采用太阳光锥模型，入射光线角度概率表达式为：
Figure BDA0001843421750000061
式中θ和
Figure BDA0001843421750000063
入射光线方向的径向角和切向角，δ是太阳周边区域最大半角δ＝4.65mrad，R1、R2是[0，1]之间的均匀分布随机数。
流程图中，t1，t2为0到1之间随机生成数，vertex是每个三角元平面的顶点组成的矩阵。
所述步骤4具体如下：
根据跟踪误差角度设定局部坐标系o’x’y’z’，局部坐标系的y’轴与描述反射聚集器的系统坐标系oxyz的y轴平行。当视日跟踪误差α＝0时两坐标系是重合的，入射光线S在局部坐标系o’x’y’z’的方向矢量S_1：
Figure BDA0001843421750000062
式中S_1为光线在局部坐标系中方向矢量，θ和
Figure BDA0001843421750000064
是入射光线方向的径向角和切向角。经过坐标变换可以得到在oxyz坐标系中抽样光线的方向矢量S：
Figure BDA0001843421750000071
式中S为oxyz坐标系中的光线的方向矢量，α是聚光器视日跟踪误差角度。
结合步骤2、3及Fesnel反射定律得到反射光线的方向矢量S*：
S*＝S-2(N·S)·N   (11)
式中S*为反射光线的方向矢量，S为oxyz坐标系中的光线的方向矢量，N为反射面的法向矢量；
所述步骤5具体如下：
确定反射光线在接受面的落点位置；
利用反射光线方程和接受面方程确定每条光线在接受面的位
置；反射光线方程为(12)，接收面方程为(13)；
Figure BDA0001843421750000072
Z＝F   (13)
式中F为抛物面方程的焦距，Z为方程中的因变量；x1，y2，z3为三角形平面随机光线入射点的位置，X，Y，Z为方程中的因变量；
Figure BDA0001843421750000073
为方向向量S*对应的方向向量值。
所述步骤6具体如下：
将接受面上接收区域划分为多个面积相等的圆环，则每个圆环的辐射能流密度仅与其接收光线的数目及所携带的能量有关。这里假设每条光线携带的能量相等，进入聚光器的每条光线的平均能量AverRayEn：
Figure BDA0001843421750000081
式中AverRayEn是每条光线的平均能量，A为聚光器口径面积，I0为太阳辐射的能流密度，TotalRayNum为进入聚光器光线总数，则每一环的能流密度Ei为：
Figure BDA0001843421750000082
式中S为圆环的面积,Ei是每一环的能流密度，AverRayEn是每条光线的平均能量。
与现有预测方法比较的优点在于：
1、本方法适用于三角元拼合的抛物面聚光器，现有太阳能聚光能流密度预测技术大多数适用于标准抛物面反射器；
2、本发明方法真实的反映了三角元拼合抛物面的实际拼合情况，物理意义清晰。文献《高效能空间薄膜聚光光伏系统研究》中利用概率函数来模拟三角元拼合抛物面聚光器的综合误差，进而预测聚光能流密度。这种预测方法不能反映三角元拼合抛物面的实际拼合情况；
3、本发明建立了跟踪误差模型，可以模拟存在误差时的三角元拼合的抛物面聚光器能流密度分布情况。
附图说明
图1是本发明能流密度预测流程图；
图2(a)是本发明的索网膜结构准测地线形式示意图；
图2(b)是本发明的索网膜结构准测地线形式反射膜模型；
图3(a)是本发明的索网膜结构三向网格形式示意图；
图3(b)是本发明的索网膜结构三向网格形式反射膜模型；
图4是图1或图2中的任一三角元拼合平面反射光线示意图；
图5(a)是图1中的某一三角元小平面的光线随机入射点示意图；
图5(b)是图1中的某三角元拼合平面的入射光线经三角元薄膜面反射的示意图；
图6是太阳光线模型及跟踪误差模型原理图；
图7是准测地线网格不同接受面能流密度图
图8是三向网格拼合抛物面接受面能流密度图
图9具体应用的当视日跟踪误差分别为α＝0.5，1，4度时能流密度预测情况。
图10是三角元平面生成光线入射点的流程图。
具体实施方式
实施例1
无视日跟踪误差，准测地线网格模型，接受面能流密度预测，假设太阳辐射能流密度为200w/m2，接受面位置分别位于Z＝F，Z＝F+0.075，Z＝F-0.075，预测不同接受面能流密度情况，图7是具体预测图。
参考图1，聚光器基本参数为口径D＝5m，焦距F＝2m，分环数P＝8，第一环面片数目TN＝6
步骤1、建立准测地线网格聚光器反射膜面
结合图2a和图2b，建立准测地线网格薄膜面及三角元之间的拓扑关系。聚光器口径面面积为：
Figure BDA0001843421750000101
式中，A为聚光器口径面积，D为反射器口径直径。准测地线网格在聚光器的投影面内沿半径方向，将半径平均分为8份，半径上的每个节点沿圆周环形阵列。三向网格也是在投影面内将半径平均分为8份，但投影三角形为等边三角形。第M环阵列节点数为M×6，M从1到8，总节点数为：
K＝3P2+3P+1＝217   (2)
式中，P为半径的均分数，K为总结点数，然后将口径面上的节点投影到设计的抛物面
Figure BDA0001843421750000102
式中F为抛物面的焦距，X,Z是自变量，Y是因变量，然后得到拼合抛物面的三角元平面顶点坐标，三角元平面总数为：
T＝P2·TN＝384   (4)
式中T为平面总结点数，P为半径的均分数，TN是第一环的面片数。
聚光器反射面型面是由若干索网膜三角元网格小平面张拉而成，聚光器膜面由镀反射涂层的反光薄膜材料张成的若干小平面拼合而成,索网结点为各小平面的顶点，三角元平面节点均位于设计的抛物面上。实际拼合反射膜面与理想反射抛物面之间存在原理误差。反射膜面建模参数包括口径D，焦距F，口径沿半径的分环数P，第一环的三角形面片数目TN；计算得到所有三角元平面的顶点坐标及组成三角元的顶点拓扑关系。
步骤2、利用三角元拓扑关系和顶点坐标计算每个三角元的法向量；
所述步骤2具体如下：
结合图4，拼合抛物面的任意一个三角元平面ABC，三角元顶点分别为A，B，C，三角元相邻两条边构成向量AB，AC，三角元小平面的法向量为N，S为入射光线，S*为经过三角元薄膜平面反射的反射光线。通过三角元坐标及相互之间的拓扑关系，我们可以得到所有三角元平面的法向量，这里：
AB＝[xB-xA,yB-yA,zB-zA]   (5)
AC＝[xC-xA,yC-yA,zC-zA]   (6)
Figure BDA0001843421750000111
其中x,y,z分别为三角元平面对应顶点的坐标，三角元平面的法向量N即为入射光线和反射光线的对称法线方向。
步骤3、考虑太阳入射光线模拟太阳光锥模型，使用蒙特卡洛方法随机产生三角元小平面上光线的入射点；
所述步骤3具体如下：
步骤3-1：结合图5a、图5b和图8，在三角元平面内产生随机均匀分布的点，这些均布点作为为入射光线在三角元平面反射薄膜上的入射点。为了保证计算精度，单位面积的光线入射密度为5束/mm2，三角元平面入射点随机位置按下面流程生成：
步骤3-1-1，初始化Face_Insert和Total_Insert，Face_Insert＝(A*5)/T，用于记录每个面片输入的光线数量，A是聚光器口径面面积，T是三角元平面单元的总数；Total_Insert用于记录整个三角元拼合膜面的输入光线点位置；
步骤3-1-2，初始化变量I＝1；
步骤3-1-3，判断I的值是否小于等于Face_Num，Face_Num是三角元的总个数，满足上述条件则转步骤3-1-4，不满足上述条件则转至步骤3-1-14；
步骤3-1-4，初始化变量J＝1
步骤3-1-5，判断J的值是否小于等于Face_Insert，不满足上述条件则跳出循环，转至步骤3-1-12满足上述条件则转步骤3-1-6；
步骤3-1-6，产生随机数t1＝rand(0，1),
产生随机数t2＝rand(0，1)；
步骤3-1-7，判断随机数t1是否大于t2；
满足步骤3-1-7条件转步骤3-1-8，不满足转步骤3-1-9；
步骤3-1-8，随机数t1和随机数t2值交换；获取T3，T3由[0,1]之间的随机数t1，t2组成的行向量,T3＝[t1,t2-t1,1-t2]，继续步骤3-1-10；
步骤3-1-9，T3由[0,1]之间的随机数t1，t2组成的行向量,T3＝[t1,t2-t1,1-t2]，继续步骤3-1-10；
步骤3-1-10，在三角元平面上生成光线的入射点坐标RayInsert；
步骤3-1-11，令J＝J+1，转步骤步骤3-1-4；
步骤3-1-12，把RayInsert送入Total_Insert指定位置；
步骤3-1-13，令I＝I+1，转步骤步骤3-1-3；
步骤3-1-14，输出Total_Insert；
步骤3-1-15，程序结束。
步骤3-2：入射光线采用太阳光锥模型，入射光线角度概率表达式为：
Figure BDA0001843421750000131
其中θ和
Figure BDA0001843421750000133
入射光线方向的径向角和切向角，δ是太阳周边区域最大半角δ＝4.65mrad，R1、R2是(0，1)之间的均匀分布随机数。
步骤4、利用菲涅尔原理计算经三角元反射后的光线方程。
步骤4具体如下：
结合图6，根据跟踪误差角度设定局部坐标系o’x’y’z’，局部坐标系的y’轴与描述反射聚集器的系统坐标系oxyz的y轴平行。当视日跟踪误差α＝0时两坐标系是重合的，入射光线S在局部坐标系o’x’y’z’的方向矢量S_1：
Figure BDA0001843421750000132
式中S_1为光线在局部坐标系中方向矢量，θ和
Figure BDA0001843421750000134
是入射光线方向的径向角和切向角。经过坐标变换可以得到在oxyz坐标系中抽样光线的方向矢量S：
Figure BDA0001843421750000141
式中S为oxyz坐标系中的光线的方向矢量，α是聚光器视日跟踪误差角度。
结合步骤2、3及Fesnel反射定律得到反射光线的方向矢量S*：
S*＝S-2(N·S)·N   (11)
式中S*为反射光线的方向矢量，S为oxyz坐标系中的光线的方向矢量，N为反射面的法向矢量；
步骤5、计算反射光线与接受面的交点坐标，交点坐标值即为经三角元反射后光线与接受面的坐标。
步骤5具体如下：
确定反射光线在接受面的落点位置，利用反射光线方程和接受面方程确定每条光线在接受面的位置。反射光线方程表达式为(12)，接收面方程表达式为(13)
Figure BDA0001843421750000142
Z＝F   (13)
式中F为抛物面方程的焦距，Z为接受面方程中的因变量；x1，y2，z3为三角形平面随机光线入射点的位置，X，Y，Z为反射光线方程中的因变量；
Figure BDA0001843421750000143
为方向向量S*对应的方向向量值。
步骤6、统计接受面反射光线交点及能量并计算能流密度分布。
步骤6具体如下：
结合图6，将接受面上接收区域划分为多个面积相等的圆环，则每个圆环的辐射能流密度仅与其接收光线的数目及所携带的能量有关。这里假设每条光线携带的能量相等，进入聚光器的每条光线的平均能量AverRayEn：
Figure BDA0001843421750000151
式中AverRayEn是每条光线的平均能量，A为聚光器口径面积，I0为太阳辐射的能流密度，TotalRayNum为进入聚光器光线总数。则每一环的能流密度Ei为：
Figure BDA0001843421750000152
式中S为圆环的面积,Ei是每一环的能流密度，AverRayEn是每条光线的平均能量。
实施例2
无视日跟踪误差，三向网格拼合抛物面模型，假设太阳辐射能流密度为200w/m2，接受面位置位于Z＝F，图8是具体预测结果图。
聚光器基本参数为口径D＝5m，焦距F＝2m，分环数P＝8，第一环面片数目TN＝6
步骤1、建立聚光器反射膜面,
结合图3a和图3b，建立三向网格薄膜面及三角元之间的拓扑关系，三向网格是在投影面内将半径平均分为P份，但投影面内的三角形为等边三角形。
其余步骤与实施例1相同
具体应用，存在视日跟踪误差情况，准测地线网格模型，接受面能流密度预测。
聚光器基本参数为口径D＝5m，焦距F＝2m，分环数N＝8，第一环面片数目TN＝6，三角元平面反射薄膜面片总数M＝384个，接受面位置位于Z＝F，假设太阳辐射能流密度为200w/m2。图9为当视日跟踪误差分别为α＝0.5，1，4度时能流密度预测。

Claims (7)

1.一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：至少包含以下步骤：
步骤1、建立聚光器反射膜面；
步骤2、利用三角元拓扑关系和顶点坐标计算每个三角元的法向量；
步骤3、考虑太阳入射光线模拟太阳光锥模型，使用蒙特卡洛方法随机产生三角元小平面上光线的入射点；
步骤4、利用菲涅尔原理计算经三角元反射后的光线方程；
步骤5、计算反射光线与接受面的交点坐标，交点坐标值即为经三角元反射后光线在接受面的位置；
步骤6、统计接受面反射光线交点及能量并计算能流密度分布；
所述步骤4具体如下：
根据跟踪误差角度设定局部坐标系o’x’y’z’，局部坐标系的y’轴与描述反射聚集器的系统坐标系oxyz的y轴平行；当视日跟踪误差α＝0时两坐标系是重合的，入射光线S在局部坐标系o’x’y’z’的方向矢量S_1：
Figure FDA0004040043150000011
式中S_1为光线在局部坐标系中方向矢量，θ和
Figure FDA0004040043150000012
是入射光线方向的径向角和切向角；经过坐标变换可以得到在oxyz坐标系中抽样光线的方向矢量S：
Figure FDA0004040043150000021
式中S为oxyz坐标系中的光线的方向矢量，α是聚光器视日跟踪误差角度；
结合步骤2、3及Fesnel反射定律得到反射光线的方向矢量S*：
S*＝S-2(N·S)·N    (11)
式中S*为反射光线的方向矢量，S为oxyz坐标系中的光线的方向矢量，N为反射面的法向矢量；
所述步骤5具体如下：
确定反射光线在接受面的落点位置；
利用反射光线方程和接受面方程确定每条光线在接受面的位
置；反射光线方程表达式为(12)，接收面表达式为(13)；
Figure FDA0004040043150000022
Z＝F    (13)
式中F为抛物面方程的焦距，Z为接受面方程中的因变量；x1，y1，z1为三角形平面随机光线入射点的位置，X，Y，Z为反射光线方程中的因变量；
Figure FDA0004040043150000023
为方向向量S*对应的方向向量值；
所述步骤6具体如下：
将接受面上接收区域划分为多个面积相等的圆环，则每个圆环的辐射能流密度仅与其接收光线的数目及所携带的能量有关；这里假设每条光线携带的能量相等，进入聚光器的每条光线的平均能量AverRayEn：
Figure FDA0004040043150000031
式中AverRayEn是每条光线的平均能量，A为聚光器口径面积，I0为太阳辐射的能流密度，TotalRayNum为进入聚光器光线总数，则每一环的能流密度Ei为：
Figure FDA0004040043150000032
式中S为圆环的面积,Ei是每一环的能流密度，AverRayEn是每条光线的平均能量。
2.根据权利要求1所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：所述步骤1建立聚光器反射膜面为准测地线网格薄膜面或三向网格薄膜面。
3.根据权利要求1所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：所述步骤1建立聚光器反射膜面的聚光器口径面面积为：
Figure FDA0004040043150000033
式中，A为聚光器口径面积，D为反射器口径直径。
4.根据权利要求2所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：所述准测地线网格是在聚光器的投影面内沿半径方向将半径平均分为P份，半径上的每个节点沿圆周环形阵列，进而得到三角形面片的拓扑关系；所述三向网格也是在投影面内将半径平均分为P份，但投影三角形为等边三角形；第M环阵列节点数为M×TN，M从1到P，总节点数为：
K＝3P2+3P+1    (2)
式中，P为半径的均分数，K为总结点数，然后将口径面上的节点投影到设计的抛物面
Figure FDA0004040043150000041
式中F为抛物面的焦距，X,Y,Z为自变量，然后得到拼合抛物面的三角元平面顶点坐标，三角元平面总数为：
T＝P2·TN    (4)
式中T为平面总结点数，P为半径的均分数。
5.根据权利要求1所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：所述步骤2具体如下：
拼合抛物面的任意一个三角元平面ABC，三角元顶点分别为A，B，C，三角元相邻两条边构成向量AB，AC，三角元小平面的法向量为N，S为入射光线，S*为经过三角元薄膜平面反射的反射光线；通过三角元坐标及相互之间的拓扑关系，得到所有三角元平面的法向量，这里：
AB＝[xB-xA,yB-yA,zB-zA]    (5)
AC＝[xC-xA,yC-yA,zC-zA]    (6)
Figure FDA0004040043150000042
其中x,y,z分别为三角元平面对应顶点的坐标，三角元的法向量N即为入射光线和反射光线的法线方向。
6.根据权利要求1所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：所述步骤3具体如下：
步骤3-1：在三角元平面内产生随机均匀分布的点，这些均布点作为入射光线在三角元平面反射薄膜上的入射点；为了保证计算精度，单位面积的光线入射密度为5束/mm2；
步骤3-2：入射光线采用太阳光锥模型，入射光线角度概率表达式为：
Figure FDA0004040043150000051
其中θ和
Figure FDA0004040043150000052
入射光线方向的径向角和切向角，δ是太阳周边区域最大半角δ＝4.65mrad，R1、R2是(0，1)之间的均匀分布随机数。
7.根据权利要求6所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法，其特征在于：三角元平面入射点随机位置按下面流程生成：步骤3-1-1，初始化Face_Insert和Total_Insert，Face_Insert＝(A*5)/T，用于记录每个面片输入的光线数量，A是聚光器口径面面积，T是三角元平面单元的总数；Total_Insert用于记录整个三角元拼合膜面的输入光线点位置；
步骤3-1-2，初始化变量I＝1；
步骤3-1-3，判断I的值是否小于等于Face_Num，Face_Num是三角元的总个数，满足上述条件则转步骤3-1-4，不满足上述条件则转至步骤3-1-14；
步骤3-1-4，初始化变量J＝1
步骤3-1-5，判断J的值是否小于等于Face_Insert，不满足上述条件则跳出循环，转至步骤3-1-12，满足上述条件则转步骤3-1-6；
步骤3-1-6，产生随机数t1＝rand(0，1),
产生随机数t2＝rand(0，1)；
步骤3-1-7，判断随机数t1是否大于t2；
满足步骤3-1-7条件转步骤3-1-8，不满足转步骤3-1-9；
步骤3-1-8，随机数t1和随机数t2值交换；获取T3，T3由[0,1]之间的随机数t1，t2组成的行向量,T3＝[t1,t2-t1,1-t2]，继续步骤3-1-10；
步骤3-1-9，T3由[0,1]之间的随机数t1，t2组成的行向量,T3＝[t1,t2-t1,1-t2]，继续步骤3-1-10；
步骤3-1-10，在三角元平面上生成光线的入射点坐标RayInsert；
步骤3-1-11，令J＝J+1，转步骤3-1-4；
步骤3-1-12，把RayInsert送入Total_Insert指定位置；
步骤3-1-13，令I＝I+1，转步骤3-1-3；
步骤3-1-14，输出Total_Insert；
步骤3-1-15，程序结束。
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