聚光太陽能收集器的制造方法
【專利說明】
[0001]相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求2013年1月14日提交的美國專利申請第13/740,770號和2013年3 月13日提交的美國專利申請第13/800, 200號的優(yōu)先權(quán)益，其兩者都以全文引用的方式并 入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明大體上涉及收集太陽能以提供電力、熱或電力和熱。
【背景技術(shù)】
[0004] 需要替代能源來滿足日益增長的全球能量需求。在許多地域太陽能資源足以通過 提供電力和適用的熱來部分滿足所述需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個方面中，太陽能收集器包含：包含太陽電池的線性延伸接收器；平行于接 收器的長軸定向并且固定在相對于接收器的位置的線性延伸反射器；以及線性延伸支撐結(jié) 構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)支撐接收器和反射器并且樞轉(zhuǎn)地安裝以適應(yīng)支撐結(jié)構(gòu)、反射器以及接收 器圍繞與接收器長軸平行的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)以將太陽能輻射聚集到太陽電池上。支撐結(jié)構(gòu)包 含經(jīng)布置以在反射器上方支撐接收器的多個接收器支撐件。接收器支撐件中的每一個在沿 著旋轉(zhuǎn)軸的相同方向上傾斜。
[0006] 太陽電池可以布置在垂直于反射器光軸定向的接收器表面上。
[0007] 多個接收器支撐件可以包含例如多個主要接收器支撐件和多個次要接收器支撐 件，其中主要接收器支撐件處于壓縮中并且次要接收器支撐件處于張力下。次要接收器支 撐件可以比主要接收器支撐件薄。主要接收器支撐件可以例如以鏡像對沿著旋轉(zhuǎn)軸布置。 次要接收器支撐件可以例如沿著旋轉(zhuǎn)軸以縱向相鄰次要接收器支撐件在旋轉(zhuǎn)軸相對側(cè)上 的交替方式布置。次要接收器支撐件可以例如與主要接收器支撐件相比沿著旋轉(zhuǎn)軸更傾 斜。
[0008] 太陽能收集器可以包含延伸離開旋轉(zhuǎn)軸以支撐反射器的多個橫向反射器支撐件， 其中主和次要接收器支撐件的下端附接到對應(yīng)橫向反射器支撐件的外端。
[0009] 在太陽能收集器的每一末端處太陽能收集器還可以包含末端接收器支撐件。末端 接收器支撐件平行于反射器的光軸延伸以在反射器上方支撐接收器的外端。
[0010] 太陽能收集器可以以其旋轉(zhuǎn)軸在北-南或大致北-南方向上定向并且傾斜接收器 支撐件傾斜離開赤道而放置。這一布置可以有利地減少由主、副以及末端接收器支撐件投 射的陰影對太陽電池的影響。
[0011] 接收器可以包含端對端耦合的多個線性延伸接收器區(qū)段，其中每一接收器區(qū)段沿 著其長軸包含容納通過接收器區(qū)段的熱傳遞流體流的一或多個流體通道。舉例來說接收器 區(qū)段之間的流體互連可以是剛性并且和接收器區(qū)段成一直線。
[0012] 接收器支撐件可以用鉸接支架耦合到接收器。這一布置可以適應(yīng)接收器長度的熱 誘導(dǎo)的變化并且如果接收器和/或接收器區(qū)段之間的互連是剛性的，那么可以特別有利。 鉸接支架可以例如具有兩個樞轉(zhuǎn)軸，樞轉(zhuǎn)軸中的每一個垂直于旋轉(zhuǎn)軸定向。
[0013] 在其中接收器包含容納通過接收器的熱傳遞流體流的一或多個流體通道的變化 形式中，太陽能收集器可以包含在太陽能收集器操作期間被太陽能收集器至少部分遮蔽的 熱交換器。熱交換器可以是例如附接到支撐結(jié)構(gòu)并且隨支撐結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的被動熱交換器。所 述被動熱交換器可以是或包含例如在操作太陽能收集器期間被反射器遮蔽的鰭片管。接收 器還可以包含熱交換器鰭片。
[0014] 反射器可以包含例如沿著旋轉(zhuǎn)軸端對端布置的多個反射器區(qū)段，相鄰反射器區(qū)段 的末端相對于彼此垂直偏移以形成傾斜反射器區(qū)段的重復(fù)圖案。相鄰反射器區(qū)段的偏移末 端可以重疊。這一布置可以減少或消除在接收器上通過反射器區(qū)段之間的間隙投射的陰 影。
[0015] 反射器或反射器區(qū)段可以包含例如多個反射器-面板組合件，每一反射器-面板 組合件包含并排布置在柔性面板的上表面上并且平行于旋轉(zhuǎn)軸定向的多個線性延伸反射 元件。每一反射器-面板組合件還可以包含布置在柔性面板下并且平行于線性延伸反射元 件定向的多個縱向反射器支撐件。太陽能收集器可以包含延伸離開旋轉(zhuǎn)軸以支撐反射器的 多個橫向反射器支撐件和附接到每一橫向反射器支撐件的多個支架，其中縱向反射器支撐 件的末端附接到支架并且由支架支撐。縱向反射器支撐件可以扣到支架上，例如其中縱向 反射器支撐件上的特征與支架上的互補特征互鎖?？v向反射器支撐件附接到支架可以迫 使柔性面板的末端抵靠著橫向反射器支撐件的彎曲邊緣，從而在反射器-面板組合件上施 加所需反射器曲率。反射器-面板組合件可以沿著旋轉(zhuǎn)軸端對端成一直線布置，其中相鄰 反射器-面板組合件的末端相對于彼此垂直偏移以形成傾斜反射器-面板組合件的重復(fù)圖 案。相鄰反射器-面板組合件的偏移末端可以重疊。
[0016] 太陽能收集器可以包含界定旋轉(zhuǎn)軸的扭矩管和在底層表面，例如地面或屋頂上方 支撐扭矩管的多個支撐柱。支撐柱可以各包含在旋轉(zhuǎn)軸以下的頸區(qū)，所述頸區(qū)為一部分支 撐結(jié)構(gòu)提供空隙并且從而擴展太陽能收集器可以旋轉(zhuǎn)的角度范圍。
[0017] 在另一個方面中，太陽能收集器包含：線性延伸接收器；平行于接收器長軸定向 并且固定在相對于接收器的位置的線性延伸反射器；以及線性延伸支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié) 構(gòu)支撐接收器和反射器并且樞轉(zhuǎn)地安裝以適應(yīng)支撐結(jié)構(gòu)、反射器以及接收器圍繞與接收器 長軸平行的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。支撐結(jié)構(gòu)包含多個接收器支撐件和多個鉸接接收器支架，其中 鉸接接收器支架將接收器耦合到接收器支撐件的上端并且接收器支撐件經(jīng)布置以在反射 器上方支撐接收器。
[0018] 太陽能收集器可以包含延伸離開旋轉(zhuǎn)軸以支撐反射器的多個橫向反射器支撐件， 其中接收器支撐件中的一些或全部的下端附接到對應(yīng)橫向反射器支撐件的外端。
[0019] 接收器可以包含例如布置在垂直于反射器光軸定向的接收器表面上的太陽電池。 另外或替代地，接收器可以包含適應(yīng)通過接收器的熱傳遞流體的流動的一或多個通道。接 收器可以包含端對端耦合的多個線性延伸接收器區(qū)段，其中每一接收器區(qū)段沿著其長軸包 含一或多個容納通過接收器區(qū)段的熱傳遞流體流的流體通道。舉例來說接收器區(qū)段之間的 流體互連可以是剛性并且和接收器區(qū)段成一直線。將接收器耦合到接收器支撐件的鉸接支 架可以適應(yīng)接收器長度的熱誘導(dǎo)的變化并且如果接收器和/或接收器區(qū)段之間的互連是 剛性的，那么可以特別有利。鉸接支架可以例如具有兩個樞轉(zhuǎn)軸，樞轉(zhuǎn)軸中的每一個垂直于 旋轉(zhuǎn)軸定向。
[0020] 在其中接收器包含容納通過接收器的熱傳遞流體流的一或多個流體通道的變化 形式中，太陽能收集器可以包含在太陽能收集器操作期間被太陽能收集器至少部分遮蔽的 熱交換器。熱交換器可以是例如附接到支撐結(jié)構(gòu)并且隨支撐結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的被動熱交換器。所 述被動熱交換器可以是或包含例如在操作太陽能收集器期間被反射器遮蔽的鰭片管。接收 器還可以包含熱交換器鰭片。
[0021] 反射器可以包含例如沿著旋轉(zhuǎn)軸端對端布置的多個反射器區(qū)段，相鄰反射器區(qū)段 的末端相對于彼此垂直偏移以形成傾斜反射器區(qū)段的重復(fù)圖案。相鄰反射器區(qū)段的偏移末 端可以重疊。這一布置可以減少或消除在接收器上通過反射器區(qū)段之間的間隙投射的陰 影。
[0022] 反射器或反射器區(qū)段可以包含例如多個反射器-面板組合件，每一反射器-面板 組合件包含并排布置在柔性面板的上表面上并且平行于旋轉(zhuǎn)軸定向的多個線性延伸反射 元件。每一反射器_面板組合件還可以包含布置在柔性面板下并且平行于線性延伸反射元 件定向的多個縱向反射器支撐件。太陽能收集器可以包含延伸離開旋轉(zhuǎn)軸以支撐反射器的 多個橫向反射器支撐件和附接到每一橫向反射器支撐件的多個支架，其中縱向反射器支撐 件的末端附接到支架并且由支架支撐?？v向反射器支撐件可以扣到支架上，例如其中縱向 反射器支撐件上的特征與支架上的互補特征互鎖。縱向反射器支撐件附接到支架可以迫 使柔性面板的末端抵靠著橫向反射器支撐件的彎曲邊緣，從而在反射器-面板組合件上施 加所需反射器曲率。反射器-面板組合件可以沿著旋轉(zhuǎn)軸端對端成一直線布置，其中相鄰 反射器-面板組合件的末端相對于彼此垂直偏移以形成傾斜反射器-面板組合件的重復(fù)圖 案。相鄰反射器_面板組合件的偏移末端可以重疊。
[0023] 太陽能收集器可以包含界定旋轉(zhuǎn)軸的扭矩管和在底層表面，例如地面或屋頂上方 支撐扭矩管的多個支撐柱。支撐柱可以各包含在旋轉(zhuǎn)軸以下的頸區(qū)，所述頸區(qū)為一部分支 撐結(jié)構(gòu)提供空隙并且從而擴展太陽能收集器可以旋轉(zhuǎn)的角度范圍。
[0024] 在另一個方面中，太陽能收集器包含：包含太陽電池的線性延伸接收器；平行于 接收器的長軸定向并且固定在相對于接收器的位置的線性延伸凹槽反射器；以及線性延伸 支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)支撐接收器和反射器并且樞轉(zhuǎn)地安裝以適應(yīng)支撐結(jié)構(gòu)、反射器以 及接收器圍繞與接收器長軸平行的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)以將太陽輻射聚集到太陽電池上。凹槽反 射器包含沿著旋轉(zhuǎn)軸布置的反射器區(qū)段或沿著旋轉(zhuǎn)軸端對端布置的兩個或兩個以上反射 器區(qū)段。支撐結(jié)構(gòu)包含平行于旋轉(zhuǎn)軸延伸以支撐一或多個反射器區(qū)段的多個縱向反射器支 撐件和從旋轉(zhuǎn)軸橫向延伸以支撐縱向反射器支撐件的多個橫向反射器支撐件。每一橫向反 射器支撐件位于反射器區(qū)段末端處或接近反射器區(qū)段末端。
[0025] 在未附接到太陽能收集器的自由狀態(tài)中，每一縱向反射器支撐件具有在組裝太陽 能收集器中通過重力而扁平化或?qū)嵸|(zhì)上扁平化的曲率?？v向反射器支撐件的自由狀態(tài)曲率 從而補償反射器上的重力以防止每一反射器區(qū)段在其支撐橫向反射器支撐件之間下垂。橫 向反射器支撐件和"預(yù)彎折"縱向反射器支撐件的這種配置可以用于上文概括或者本說明 書中所公開的聚光太陽能收集器變化形式中的任一種。
[0026] 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在結(jié)合首先簡短描述的隨附圖參考以下本發(fā)明的更詳細描 述時將更顯而易知本發(fā)明的這些和其它實施例、特征以及優(yōu)點。
【附圖說明】
[0027] 圖1A到1C分別顯示實例太陽能收集器的前透視圖、后透視圖以及末端視圖。
[0028] 圖2A和2B分別顯示成一直線布置并且由放置在其之間的驅(qū)動器共同驅(qū)動的圖1A 到1C的兩個實例太陽能收集器的前透視圖和后透視圖。
[0029] 圖3A和3B分別顯示圖1A到1C的實例太陽能收集器的平面圖和透視圖，其更清 楚地顯示接收器支撐件的布置。
[0030] 圖4A、4B以及4C分別顯示通過連接器彼此剛性耦合的實例太陽能收集器的兩個 接收器區(qū)段的透視圖、耦合到連接器的接收器區(qū)段中的一個的末端視圖以及通過連接器彼 此耦合的兩個接收器區(qū)段的平面圖。
[0031] 圖5A和5B分別顯示在實例太陽能收集器中支撐接收器的一個末端的鉸接支架和 在遠離接收器末端的中間位置支撐接收器的另一鉸接支架。
[0032] 圖6顯示實例太陽能收集器的末端的透視圖，其中可見安裝在反射器下的被動熱 交換器。
[0033] 圖7A和7B分別顯示實例橫向反射器支撐件的平面圖和橫向反射器支撐件的支臂 的橫截面圖。
[0034] 圖8顯示實例太陽能收集器的底側(cè)的透視圖，其說明圖7的橫向反射器支撐件與 扭矩管的附接。
[0035] 圖9A和9B顯示實例安裝在柱上的回轉(zhuǎn)驅(qū)動器的透視圖，并且圖9C顯示同一回轉(zhuǎn) 驅(qū)動器的側(cè)視圖。
[0036] 圖10A到10C顯示實例扭矩管支撐件的三個透視圖。
[0037] 圖11顯示在一個位置處垂直于旋轉(zhuǎn)軸的實例太陽能收集器的橫截面圖，其說明 由實例軸承座的頸部提供的額外旋轉(zhuǎn)空隙。
[0038] 圖12A顯示實例反射器-面板組合件的透視圖，圖12B顯示折曲成彎曲輪廓的實 例反射器-面板組合件的橫截面圖，圖12C顯示在松弛平坦輪廓中實例反射器-面板組合 件的橫截面圖，圖12D顯示實例反射器-面板組合件的一部分的特寫橫截面圖，并且圖12E 顯示在反射器-面板組合件中將縱向反射器支撐件的凸緣面板接合到柔性面板的互搭接 頭的特寫橫截面圖。
[0039] 圖13A顯示實例反射器-面板組合件的底側(cè)的透視圖，并且圖13B顯示兩個實例 反射器-面板組合件和實例橫向反射器支撐件的透視圖。
[0040] 圖14A到14B分別顯示經(jīng)配置以將實例反射器-面板組合件中的縱向反射器支撐 件附接到實例橫向反射器