CN113359868A - 塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法、介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法，其包括：获取塔式太阳能电站定日镜所在高度的大气透射率，以及塔式太阳能电站吸收器所在高度的大气透射率；根据定日镜所在高度的大气透射率、吸收器所在高度的大气透射率，以及当前时刻的太阳高度角，计算定日镜到吸收器垂直距离内的大气透射率；根据定日镜到吸收器垂直距离内的大气透射率、定日镜到吸收器垂直距离以及定日镜到吸收器水平距离，计算定日镜到吸收器直线距离内的大气透射率；根据定日镜到吸收器直线距离内的大气透射率计算定日镜到吸收器太阳辐射能量的折减系数。

Description

塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法、介质

技术领域

本发明涉及气象技术领域，特别涉及一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法、计算机可读介质。

背景技术

塔式太阳能电站(如塔式太阳能热电站)是目前太阳能发电的一种形式，其具有输出电力稳定，调节灵活，可实现24小时连续发电，可根据电网负荷需求进行调峰等优点。

参照图1，塔式太阳能电站包括设于地面上的定日镜1，以及安装在较高位置(如塔顶)上的吸收器2，太阳辐射经过整层大气传输到地面的定日镜1上，再被定日镜1反射后聚焦到吸收器2处，并被吸收器2吸收利用，转化为电能。

在塔式太阳能电站(如大中型塔式太阳能电站)中，定日镜1和吸收器2之间的距离往往很大(如在200m～2000m，甚至超过2000m)，而如此长的距离上，太阳辐射能量在从定日镜1传输到吸热器的过程中会被大气吸收，这种在很大程度上会直接影响发电效率。

以上吸收可通过塔式太阳能电站定日镜到吸收器太阳辐射能量的折减系数体现，故如果无法准确确定以上折减系数，会影响对塔式太阳能电站的管理。但目前没有有效计算以上折减系数的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法、计算机可读介质。

第一方面，本发明提供一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法，其包括：

获取塔式太阳能电站的定日镜所在高度的大气透射率，以及所述塔式太阳能电站的吸收器所在高度的大气透射率；

根据所述定日镜所在高度的大气透射率、所述吸收器所在高度的大气透射率，以及当前时刻的太阳高度角，计算所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率；

根据所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率、所述定日镜到所述吸收器垂直距离以及所述定日镜到所述吸收器水平距离，计算所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率；

根据所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率计算所述定日镜到所述吸收器太阳辐射能量的折减系数。

可选的，所述获取塔式太阳能电站的定日镜所在高度的大气透射率，以及所述塔式太阳能电站的吸收器所在高度的大气透射率包括：

获取所述定日镜和吸收器所在位置的气象观测数据，以及当前时刻的太阳高度角；

根据所述定日镜和吸收器所在位置的气象观测数据、当前时刻的太阳高度角、所述定日镜和吸收器所在位置的地理信息，采用大气中太阳辐射和传输的简单模型SMARTS，模拟获取所述定日镜所在高度的大气透射率，以及所述吸收器所在高度的大气透射率。

可选的，所述定日镜和吸收器所在位置的气象观测数据包括：

所述定日镜所在高度的气象观测数据、所述吸收器所在高度的气象观测数据。

可选的，所述吸收器所在高度的气象观测数据的获取方法包括：

检测获取所述吸收器所在高度的气象观测数据；

和/或，

检测获取所述定日镜所在高度的气象观测数据，根据所述定日镜所在高度的气象观测数据和气象观测数据的垂直廓线分布公式，计算获取所述吸收器所在高度的气象观测数据。

可选的，所述定日镜所在高度的气象观测数据包括定日镜所在高度的气温、气压、相对湿度、能见度；

所述吸收器所在高度的气象观测数据包括吸收器所在高度的气温、气压、相对湿度、能见度。

可选的，所述定日镜和吸收器所在位置的气象观测数据还包括：

所述定日镜和吸收器所在位置的整层大气的数据。

可选的，所述定日镜和吸收器所在位置的整层大气的数据包括：

所述定日镜和吸收器所在位置的整层大气的水汽含量、臭氧含量、二氧化碳含量中的至少一种。

可选的，所述根据所述定日镜所在高度的大气透射率、所述吸收器所在高度的大气透射率，以及当前时刻的太阳高度角，计算所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率，包括：

根据公式τ_H＝τ_BA ^sin(α)计算所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率；

其中，τ_H为所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率；

α为当前时刻的太阳高度角；

τ_BA为所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率，其通过公式τ_BA＝τ_O/τ_B计算；

τ_O为所述定日镜所在高度的大气透射率；

τ_B为所述吸收器所在高度的大气透射率。

可选的，所述根据所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率、所述定日镜到所述吸收器垂直距离以及所述定日镜到所述吸收器水平距离，计算所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率包括：

根据公式τ_CB＝τ_H ^1/sin(β)计算所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率；

其中，τ_CB为所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率；

τ_H为所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率；

β＝arctan(H/L)，H为所述定日镜到所述吸收器垂直距离，L为所述定日镜到所述吸收器水平距离。

第二方面，本发明提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述任意一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法。

本发明实施例中，通过定日镜所在高度的大气透射率和吸收器所在高度的大气透射率，计算定日镜到吸收器直线距离内的大气透射率，进而计算定日镜到吸收器太阳辐射能量的折减系数；其中，定日镜所在高度的大气透射率和吸收器所在高度的大气透射率是可以通过已知方式获取的，故本发明实施例实现了对定日镜到吸收器太阳辐射能量的折减系数的准确计算，便于塔式太阳能电站的精确管理。

附图说明

图1是一种塔式太阳能电站中定日镜与吸收器位置关系的示意图；

图2是本发明实施例的一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法的流程图；

图3是本发明实施例的一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法中各结构关系的示意图；

图4是本发明实施例的计算机可读介质的组成框图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

可以理解的是，此处描述的具体实施例和附图仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

可以理解的是，在不冲突的情况下，本发明的各实施例及实施例中的各特征可相互组合。

可以理解的是，为便于描述，本发明的附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分，而与本发明实施例无关的部分未在附图中示出。

第一方面，参照图1至图3，本发明提供一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法，用于计算塔式太阳能电站定日镜1到吸收器2太阳辐射能量的折减系数。

参照图2，本发明实施例的方法包括：

S101、获取塔式太阳能电站的定日镜1所在高度的大气透射率，以及塔式太阳能电站太阳辐射能量的吸收器2所在高度的大气透射率。

通过一些方式，确定塔式太阳能电站的定日镜1所在高度和吸收器2所在高度的大气透射率。

其中，某个器件高度的大气透射率是指，当太阳辐射从大气层顶部按照当前的太阳高度角传输到该器件处时，该器件高度以上的整层大气对太阳辐射的透射率。

S102、根据定日镜1所在高度的大气透射率、吸收器2所在高度的大气透射率，以及当前时刻的太阳高度角，计算定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率。

根据以上计算的定日镜1核吸收器2所在高度的大气透射率，以及当前的太阳高度角，确定定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率。

其中，太阳高度角是指太阳辐射与水平面(垂直于重力的面)之间的夹角。

定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率是指，假设太阳辐射以法向(重力方向)从定日镜1所在高度传输到吸收器2所在高度处时，二者间的大气对太阳辐射的透射率。

S103、根据定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率、定日镜1到吸收器2垂直距离以及定日镜1到吸收器2水平距离，计算定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率。

根据以上计算的定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率，以及定日镜1与吸收器2之间的位置关系(水平距离和垂直距离)，计算定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率。

其中，定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率是指，当太阳辐射从定日镜1直线传输至吸收器2(也就是被定日镜1反射到吸收器2)时，二者间的大气对太阳辐射的透射率。

S104、根据定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率计算定日镜1到吸收器2太阳辐射能量的折减系数。

显然，以上计算得到的定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率，实际上体现被定日镜1反射到吸收器2的太阳辐射在该段距离内被吸收的程度，从而可根据其计算定日镜1到吸收器2太阳辐射能量的折减系数。

例如，定日镜1到吸收器2太阳辐射能量的折减系数σ可根据公式σ＝1-τ_CB计算，其中，τ_CB为定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率。

本发明实施例中，通过定日镜1所在高度的大气透射率和吸收器2所在高度的大气透射率，计算定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率，进而计算定日镜1到吸收器2太阳辐射能量的折减系数；其中，定日镜1所在高度的大气透射率和吸收器2所在高度的大气透射率是可以通过已知方式获取的，故本发明实施例实现了对定日镜1到吸收器2太阳辐射能量的折减系数的准确计算，便于塔式太阳能电站的精确管理。

可选的，获取塔式太阳能电站的定日镜1所在高度的大气透射率，以及塔式太阳能电站的吸收器2所在高度的大气透射率(S101)包括：

S1011、获取定日镜1和吸收器2所在位置的气象观测数据，以及当前时刻的太阳高度角。

S1012、根据定日镜1和吸收器2所在位置的气象观测数据、当前时刻的太阳高度角、定日镜1和吸收器2所在位置的地理信息，采用大气中太阳辐射和传输的简单模型SMARTS，模拟获取定日镜1所在高度的大气透射率，以及吸收器2所在高度的大气透射率。

作为本发明实施例的一种具体方式，可获取所需的气象观测数据，并将气象观测数据、当前时刻的太阳高度角、定日镜1和吸收器2所在位置的地理信息(如经度、纬度、海拔高度、时区等)，一起输入到大气中太阳辐射和传输的简单模型(SMARTS，Simple Model ofthe Atmospheric Radiative Transfer of Sunshine)中，通过SMARTS模拟计算得到以上定日镜1所在高度的大气透射率，以及吸收器2所在高度的大气透射率。

SMARTS是一种已有的计算模型，其可通过少量数据比较准确的算出一定高度的大气透射率(该高度以上的整层大气对沿太阳高度角入射的太阳辐射的透射率)。

当然，如果采用其它已知方式计算定日镜1所在高度的大气透射率，以及吸收器2所在高度的大气透射率，也是可行的。

可选的，定日镜1和吸收器2所在位置的气象观测数据包括：

定日镜1所在高度的气象观测数据、吸收器2所在高度的气象观测数据。

可选的，定日镜1所在高度的气象观测数据包括定日镜1所在高度的气温、气压、相对湿度、能见度；

吸收器2所在高度的气象观测数据包括吸收器2所在高度的气温、气压、相对湿度、能见度。

以上计算所需的气象观测数据可包括定日镜1、吸收器2所在的两个高度的气象观测数据，具体可为在两个高度上的气温、气压、相对湿度、能见度。

可选的，定日镜1和吸收器2所在位置的气象观测数据还包括：

定日镜1和吸收器2所在位置的整层大气的数据。

可选的，定日镜1和吸收器2所在位置的整层大气的数据包括：

定日镜1和吸收器2所在位置的整层大气的水汽含量、臭氧含量、二氧化碳含量中的至少一种。

进一步的，气象观测数据还可包括定日镜1和吸收器2所在位置的整层大气的数据，例如整层大气的水汽含量、臭氧(O₃)含量、二氧化碳(CO₂)含量等。

其中，以上各气象观测数据(或者说要素)可为实时值，也可为一定时间内的均值(如一天内的算术平均值)。

可选的，吸收器2所在高度的气象观测数据的获取方法包括：

检测获取吸收器2所在高度的气象观测数据；

和/或，

检测获取定日镜1所在高度的气象观测数据，根据定日镜1所在高度的气象观测数据和气象观测数据的垂直廓线分布公式，计算获取吸收器2所在高度的气象观测数据。

由于吸收器2通常位于比较高的位置，直接检测其所在高度的气象观测数据(要素)比较困难，故除了直接检测之外，还可先检测定日镜1所在高度(地面)的气象观测数据，再按照气象观测数据的垂直廓线分布公式(例如经验公式)，计算吸收器2所在高度的气象观测数据。

可选的，根据定日镜1所在高度的大气透射率、吸收器2所在高度的大气透射率，以及当前时刻的太阳高度角，计算定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率(S102)，包括：

根据公式τ_H＝τ_BA ^sin(α)计算定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率；

其中，τ_H为定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率；

α为当前时刻的太阳高度角；

τ_BA为定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率，其通过公式τ_BA＝τ_O/τ_B计算；

τ_O为定日镜1所在高度的大气透射率；

τ_B为吸收器2所在高度的大气透射率。

可选的，根据定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率、定日镜1到吸收器2垂直距离以及定日镜1到吸收器2水平距离，计算定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率(S103)包括：

根据公式τ_CB＝τ_H ^1/sin(β)计算定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率；

其中，τ_CB为定日镜1到吸收器2直线距离内的大气透射率；

τ_H为定日镜1到吸收器2垂直距离内的大气透射率；

β＝arctan(H/L)，H为定日镜1到吸收器2垂直距离，L为定日镜1到吸收器2水平距离。

本发明实施例的S102步骤和S103步骤具体可通过以上公式计算，下面对其进行详细解释。

参照图3，其中圆形表示太阳，B为吸热器所在位置(位于塔上)，C为定日镜1所在位置(位于地面)，A为经过吸收器2的太阳辐射照射在地面上的位置，O为吸热器在地面上的垂直投影(法向投影)位置。

由此，H为定日镜1到吸收器2垂直距离(也就是BO段的长度)，L为定日镜1到吸收器2水平距离(也就是CO段的长度)；而∠BAO为当前时刻的太阳高度角α，∠BCO为定日镜1与吸收器2之间的连线与地面的夹角β，且β＝arctan(H/L)。

以上已经计算得到了定日镜1所在高度的大气透射率τ_O和吸收器2所在高度的大气透射率τ_B；而对干和定日镜1同处于地面上(高度相同)的点A，其所在高度的大气透射率τ_A＝τ_O。

而BA段的大气透射率τ_BA满足：

τ_A＝τ_B·τ_BA；

如前，由于τ_A＝τ_O；

故有τ_BA＝τ_O/τ_B。

显然，在不同高度上的大气(如各种气象观测数据)存在一定的差异，即以上OB段(H)的不同位置处大气透射率并不一致；但若将H平均分为n等份，每份为ΔH_i，则在n趋向于无穷大(n→+∞)时，可认为每个ΔH_i内的大气透射率是均匀的；且分别在BA段(L)和BC段上与每个ΔH_i对应的ΔL1_i和ΔL1₂内，大气透射率也是均匀的。

由此，定日镜1到吸收器2垂直距离内(即OB段)的大气透射率τ_H可按照以下方式计算：

∵ΔH_i＝ΔL1_i·sin(α)；

∴τ_ΔHi＝τ_ΔL1i ^sin^(α)；

∵τ_H＝τ_ΔH1·τ_ΔH2·...·τ_ΔHi·...·τ_ΔHn (n→+∞)；

∴τ_H＝τ_ΔL11 ^sin(α)·τ_ΔL12 ^sin(a)·...·τ_ΔL1i ^sin(α)·...·τ_ΔL1n ^sin(α) (n→+∞)；

∴τ_H＝(τΔL₁₁·τΔ_L12·...·τ_ΔL1i·...·τΔL_1n)^sin(α) (n→+∞)；

∵τ_BA＝τ_ΔL11·τ_ΔL12·...·τ_ΔL1i·...·τ_ΔL1n (n→+∞)。

如前，因为τ_BA＝τ_O/τ_B，从而可得以上定日镜1到吸收器2垂直距离内(即OB段)的大气透射率τ_H的计算公式：τ_H＝(τ_O/τ_B)^sin(α)。

进一步的，定日镜1到吸收器2直线距离内(即CB段)的大气透射率τ_CB可通过以下方式计算：

∵ΔL2_i＝ΔH_i·/sin(β)

∴τ_ΔL2i＝τ_ΔHi ^1/sin(β)

∵τ_CB＝τ_ΔL21·τ_ΔL22·...·τ_ΔL2i·...·τ_ΔL2n (n→+∞)

∴τ_CB＝τ_ΔH1 ^1/sin(β)·τ_ΔH2 ^1/sin(β)·...·τ_ΔHi ^1/sin(β)·...·τ_ΔHn ¹/^sin(β) (n→+∞)

＝(τ_ΔH1·τ_ΔH2·...·τ_ΔHi·...·τ_ΔHn)^1/sin(β) (n→+∞)

＝τ_H ^1/sin(β)

如前，因为τ_H＝(τ_O/τ_B)^sin(α)，从而可得以上定日镜1到吸收器2直线距离内(即CB段)的大气透射率τ_CB的计算公式：τ_CB＝(τ_o/τ_B)^{sin(α)/sin(β)}。

第二方面，参照图4，本发明提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现上述任意一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法。

本发明实施例的计算机可读介质中，存储有实现以上塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法的计算机程序。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法，其特征在于，所述方法包括：

获取塔式太阳能电站的定日镜所在高度的大气透射率，以及所述塔式太阳能电站的吸收器所在高度的大气透射率；

根据所述定日镜所在高度的大气透射率、所述吸收器所在高度的大气透射率，以及当前时刻的太阳高度角，计算所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率；

根据所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率、所述定日镜到所述吸收器垂直距离以及所述定日镜到所述吸收器水平距离，计算所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率；

根据所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率计算所述定日镜到所述吸收器太阳辐射能量的折减系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取塔式太阳能电站的定日镜所在高度的大气透射率，以及所述塔式太阳能电站的吸收器所在高度的大气透射率包括：

获取所述定日镜和吸收器所在位置的气象观测数据，以及当前时刻的太阳高度角；

根据所述定日镜和吸收器所在位置的气象观测数据、当前时刻的太阳高度角、所述定日镜和吸收器所在位置的地理信息，采用大气中太阳辐射和传输的简单模型SMARTS，模拟获取所述定日镜所在高度的大气透射率，以及所述吸收器所在高度的大气透射率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述定日镜和吸收器所在位置的气象观测数据包括：

所述定日镜所在高度的气象观测数据、所述吸收器所在高度的气象观测数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述吸收器所在高度的气象观测数据的获取方法包括：

检测获取所述吸收器所在高度的气象观测数据；

和/或，

检测获取所述定日镜所在高度的气象观测数据，根据所述定日镜所在高度的气象观测数据和气象观测数据的垂直廓线分布公式，计算获取所述吸收器所在高度的气象观测数据。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述定日镜所在高度的气象观测数据包括定日镜所在高度的气温、气压、相对湿度、能见度；

所述吸收器所在高度的气象观测数据包括吸收器所在高度的气温、气压、相对湿度、能见度。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述定日镜和吸收器所在位置的气象观测数据还包括：

所述定日镜和吸收器所在位置的整层大气的数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述定日镜和吸收器所在位置的整层大气的数据包括：

所述定日镜和吸收器所在位置的整层大气的水汽含量、臭氧含量、二氧化碳含量中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述定日镜所在高度的大气透射率、所述吸收器所在高度的大气透射率，以及当前时刻的太阳高度角，计算所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率，包括：

根据公式τ_H＝τ_BA ^sin(α)计算所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率；

其中，τ_H为所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率；

α为当前时刻的太阳高度角；

τ_BA为所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率，其通过公式τ_BA＝τ_O/τ_B计算；

τ_O为所述定日镜所在高度的大气透射率；

τ_B为所述吸收器所在高度的大气透射率。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率、所述定日镜到所述吸收器垂直距离以及所述定日镜到所述吸收器水平距离，计算所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率包括：

根据公式τ_CB＝τ_H ^1/sin(β)计算所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率；

其中，τ_CB为所述定日镜到所述吸收器直线距离内的大气透射率；

τ_H为所述定日镜到所述吸收器垂直距离内的大气透射率；

β＝arctan(H/L)，H为所述定日镜到所述吸收器垂直距离，L为所述定日镜到所述吸收器水平距离。

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现根据权利要求1至9中任意一项所述的塔式发电辐射在定日镜到吸收器间折减计算方法。

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