SOLTRACE入门与应用.pdf

SOLAR ENERGY 技术与产品 太 阳 能 SOLTRACE入门与应用 1 2 1 1 1 ■ 杜春旭 郭丽军 王普 吴玉庭 马重芳 (1.北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室； 2.中国机械工业信息研究院) 摘 要：详细描述了SolTrace的各项功能及使用方法，最后以线性菲涅耳聚光反射系统为例给出具体的应用。 关键词：太阳能；SolTrace ；光学仿真；线性菲涅耳 一 简介 源部(DOE)的相关研究人员用于对新型、复杂的太 太阳能聚光热发电系统(CSP)的优化与设计必 阳能光学设计进行仿真与性能预测。 [4] 须分析其聚光镜场光学子系统的性能。大量实验 SolTrace光学分析原理是利用射线追踪法 。 性工作证明，熟练掌握用户界面友好的相关仿真 射线追踪法是从表面1随机选择一组射线，然后观 软件对设计、仿真以及优化CSP系统的各个组件 察哪些射线到达表面2，基本辐照度与收集的射线 是非常必要的。当前，主要用于CSP系统分析仿 数量成线性比例关系。对于只有一个反射面的聚 真的软件被分成两类，一种致力于系统优化，另一 光器，这种算法需要用两次，第一次在太阳与反射 种用于进行详细的系统光学性能分析。当前国际 表面之间，运用与能量相关的分布。第二次在反射 上常用的软件代码主要有UHC、DELSOL、 表面与接收器之间，运用由于反射表面各种误差 HFLCAL、MIRVAL、FIAT LUX和SOLTRACE。 引起的误差统计法则。用户可选择被追踪的射线 其中UHC、DELSOL、HFLCAL可用于系统优化， 数量，每条射线在整个光学系统中被跟踪，当遇到 而MIRVAL、FIAT LUX和SOLTRACE则常用于 不同的光学元件会产生相应的相互作用，这些相 [1,2] 系统光学性能分析 。 互作用可通过概率分布的方式描述，如从太阳辐 SolTrace是一款由美国国家可再生能源实验 射强度的角度概率分布中选择太阳射线的入射角 室(NREL)开发，用于太阳能发电光学系统建模与 度，也可以是确定性描述，如计算射线与光学面的 [5] 性能分析的软件工具，是现有该类软件中为数不 交点以及射线转向结果等 。 多的能够仿真各种复杂光学系统的仿真分析工具。 射线追踪法的优点是再现了光子的运动轨迹， [3] 目前，SolTrace可从网络免费下载 。尽管SolTrace能对复杂的、不便建模的光学系统进行精确的仿 软件开发初期主要是用于太阳能应用，但是也可 真，缺点是处理时间过长。仿真精度取决于被追踪 用于通用光学系统的仿真与性能分析。SolTrace运 的射线数量，数量越大，精度越高，但处理时间也 用射线追踪法可快速准确地给出仿真结果，以散 越长，另外，复杂的坐标变换将消耗更长的运行时 点图、热流密度分布图及光学性能图的格式进行 间。