專利名稱：小型、集中、太陽(yáng)能熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高效、小型、熱電聯(lián)供(CHP)、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，以及涉及用于天體跟蹤機(jī)構(gòu)的無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置可與聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)結(jié)合使用。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能光電收集器通常采用平板類型，平板類型的太陽(yáng)能光電收集器由能夠接收自然陽(yáng)光但是不會(huì)遵循太陽(yáng)視動(dòng)的大面積固定光電電池構(gòu)成。到目前為止，與傳統(tǒng)礦物燃料的動(dòng)力源相比較，這些光電收集器的產(chǎn)生的能量是不經(jīng)濟(jì)的。
用于減小太陽(yáng)能光電收集器的能量生成成本的一種方法是通過(guò)光學(xué)裝置(諸如透鏡和/或反射鏡)集中陽(yáng)光，從而減小每kW的光電電池的實(shí)際面積。當(dāng)前的電池可通過(guò)太陽(yáng)輻射被激活，所述太陽(yáng)輻射以高達(dá)1,000的倍數(shù)被集中；因此每kW所需的光電電池面積減小1,000倍。甚至當(dāng)考慮更昂貴的用于集中輻射以及集中系統(tǒng)的輔助組件(諸如聚焦光學(xué)器件、機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)以及用于跟蹤的計(jì)算機(jī)控制)的光電電池，所得到的動(dòng)力系統(tǒng)也可為更節(jié)省成本。
人們已提出并制造出了通過(guò)光電電池操作的較大的聚集太陽(yáng)能的動(dòng)力系統(tǒng)。這些動(dòng)力系統(tǒng)可包括單個(gè)的大聚集器，或者可包括大聚集器群。然而，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行性，每個(gè)聚集器需要大約100到200平方米的收集器面積，以分散每kW的集中系統(tǒng)的輔助組件的成本。這些較大的聚集太陽(yáng)能動(dòng)力系統(tǒng)適用不能使用輸電網(wǎng)絡(luò)的邊遠(yuǎn)地區(qū)。
但是使用較大聚集太陽(yáng)能動(dòng)力系統(tǒng)具有多個(gè)缺點(diǎn)。
1.盡管較大系統(tǒng)通常趨于比較小的系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)，但是較大系統(tǒng)也存在缺點(diǎn)。風(fēng)阻力較高，在收集器上產(chǎn)生高的作用力，這可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形并且可干擾跟蹤的精確性。因此，支撐結(jié)構(gòu)和跟蹤機(jī)構(gòu)必須為較大的并且較昂貴的。
2.關(guān)于10％到37％范圍內(nèi)的光電電池的能量轉(zhuǎn)換的效率，大多數(shù)太陽(yáng)能以熱能的形式被釋放。在集中邊遠(yuǎn)地區(qū)使用這樣的熱量(例如在熱電聯(lián)供(CHP)系統(tǒng)中)的可能性很小，因此該熱量被浪費(fèi)。
3.較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)遠(yuǎn)離用戶安裝。因此產(chǎn)生了由于能量分配以及傳輸能量的大約10-20％的傳輸損失而導(dǎo)致的附加的費(fèi)用，使得所產(chǎn)生的電能的成本增加2至3倍。對(duì)于光電電池的較大集中系統(tǒng)，由于系統(tǒng)太大以致于不能安裝在消耗點(diǎn)，因此不能避免傳輸和分配成本。
4.較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)的初期投資很高，在這點(diǎn)上決定是困難的、涉及政治的和有風(fēng)險(xiǎn)的。
5.另外，對(duì)于較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)，如果制造大量的較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)，例如相當(dāng)于每年至少50兆瓦，那么可實(shí)現(xiàn)具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本。但這樣一個(gè)市場(chǎng)量是難以保證的，因此，關(guān)于這樣的較大系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)的投資和危險(xiǎn)是很高的。
6.較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)必須由專業(yè)培訓(xùn)的人員利用專用設(shè)備和設(shè)施來(lái)安裝，需要特別的承辦者和特別的許可，這些增大了它們的成本。
7.較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)一般需要環(huán)境研究和許可，從而進(jìn)一步增大它們的成本。
8.集中化的發(fā)電廠一般容易出現(xiàn)故障和怠工。這樣性質(zhì)的一個(gè)事故可中斷很大部分人的供電。
Ali，A.M.等在“A simplified sun tracker for residentialapplications，”EDB 86-16 86126758 8607012784 NDN-168-0431-1885-2，1986，CONF-860222，Pergamon Press，Elmsford，NY，USA中描述了一種低成本和單線路的太陽(yáng)追蹤器，它保證容易維護(hù)和操作程序，使其適于家庭應(yīng)用場(chǎng)合。該追蹤器具有軸編碼器、產(chǎn)生20N-m的50W馬達(dá)，并且設(shè)有制動(dòng)器，以當(dāng)馬達(dá)斷開(kāi)時(shí)與電子控制電路一起產(chǎn)生高達(dá)500N-m的扭矩。該系統(tǒng)連同家用聚集器類型的太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)被測(cè)試，但認(rèn)為當(dāng)用作混合系統(tǒng)(包括光電和熱水單元)時(shí)可實(shí)現(xiàn)最大益處。
但是，Ali，A.M.等的系統(tǒng)具有數(shù)字追蹤，分辨率為0.72度，取決于作為線性聚集器的拋光鋁槽，并且使用單軸追蹤機(jī)構(gòu)，因此總體上它達(dá)到大約為10的聚集倍數(shù)。
另外，Ali，A.M.等的系統(tǒng)使用光電電池和熱水單元。實(shí)際上，熱水單元是不需要的，這是因?yàn)閬?lái)自于光電轉(zhuǎn)換器的廢熱可用于生產(chǎn)熱水。另外，Komp，R.J.在“Field experience and performanceevaluation of a novel photovoltaic thermal hybrid solar energycollector，”EDB，86-15 86116025 8606508853 NDN-68-0430-1210-7，1985，CONF-850604，SESCI，Ottawa，Ontario，Canada描述了一種混合太陽(yáng)能模塊的新設(shè)計(jì)，它能夠提供150瓦(AM1峰值功率)的電能和以熱水形式的1600瓦的熱能。該模塊包括封裝在安裝于壓制鋁翅片的前表面上的硅樹(shù)脂中的光電電池。壓在翅片背部中的銅管帶有冷卻流體(通常為水)以當(dāng)曲線形鋁反射器將光集中在硅太陽(yáng)能電池上時(shí)帶走熱量。線性曲線形聚集器(類似于由winston開(kāi)發(fā)的聚集器)無(wú)需追蹤或者在2.1至1的低集中比的情況下進(jìn)行季節(jié)性調(diào)節(jié)。該模塊適用于住宅或者小型企業(yè)，還沒(méi)有用于常規(guī)公用設(shè)施。它實(shí)際上是一種單一尺寸的單元并且可以與常規(guī)太陽(yáng)能加熱器類似的方式被安裝，該太陽(yáng)能電池組的一部分用于為循環(huán)泵提供動(dòng)力和控制循環(huán)泵，并且如果需要的話，還控制用于熱水系統(tǒng)的閥。該光電電池組分成兩個(gè)可在12V系統(tǒng)中并聯(lián)或者在24V系統(tǒng)中串聯(lián)的獨(dú)立部分。
另外，Komp的系統(tǒng)取決于線性聚集器，不使用追蹤并且達(dá)到僅為2.1至1的集中比。
另外，O’Neill，M.J.等在“Fabrication，installation，andtwo-year evaluation of a 245 square meter linear Fresnel lensphotovoltaic and thermal(PVT)concentrator system”Dallas/Ft.Worth(DFW)Airport，Texas.，DOE/ET/20626--T1，F(xiàn)inal technicalreport，Phase II and Phase III EDB 85-10 85066882 8505013921NDN-168-0406-6186，1985中概述了已經(jīng)開(kāi)發(fā)的第一線性Fresnel透鏡光電和熱(PVT)聚集器系統(tǒng)的制造、安裝和兩年評(píng)估的結(jié)果。該系統(tǒng)位于DFW Airport，Texas的Central Utility Plant。屋頂安裝聚集器場(chǎng)地提供245平方米的太陽(yáng)追蹤聚集器孔面積。該系統(tǒng)的標(biāo)稱25千瓦峰值電輸出用于工廠照明，同時(shí)標(biāo)稱120千瓦峰值熱輸出用于預(yù)熱附近的AMFAC賓館的家用水。該系統(tǒng)已經(jīng)有效可靠地運(yùn)行整2年的操作階段。長(zhǎng)時(shí)間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率如下太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能的效率為7.7％；太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成熱能的效率為39.1％，太陽(yáng)光相對(duì)于總能量輸出的轉(zhuǎn)換效率為46.8％。這些效率水平的每一個(gè)被認(rèn)為是商業(yè)規(guī)模光電系統(tǒng)所能夠達(dá)到的最高水平。系統(tǒng)持久性已經(jīng)是極好的，在整個(gè)操作階段性能方面沒(méi)有可檢測(cè)到的降低。簡(jiǎn)言之，成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)線性菲涅耳(Fresnel)透鏡PVT系統(tǒng)在商業(yè)規(guī)模應(yīng)用中可靠和有效地輸送電和熱的可能性。
但是，O’Neill等的系統(tǒng)是較大的，產(chǎn)生120千瓦峰值熱輸出和使用245平方米的太陽(yáng)追蹤聚集器孔面積；因此，不適用于家庭和其它小型或者房頂應(yīng)用場(chǎng)合。
另外，Henry，E.M.等在“Mississippi County Community Collegesolar photovoltaic total energy project，”EDB 81-11 810552038103063734 NDN-168-0268-2847-2，1979，CONF-790541--(Vol.3)，Pergamon Press Inc.，Elmsford，NY描述了一種從主動(dòng)冷卻光電系統(tǒng)獲得電能和熱能的工程，該工程是在TEAM，Inc.的管理下由在Blytheville，Arkansas的Mississippi County Community College開(kāi)發(fā)的。該320kW的聚集器系統(tǒng)(DOE標(biāo)準(zhǔn)條件)當(dāng)時(shí)(1979)是世界上最大的光電示范。該單軸追蹤收集器為7英尺乘20英尺的拋物線形槽，幾何聚集度為42。太陽(yáng)能電池是單晶硅，被設(shè)計(jì)成與收集器的物理和光譜參數(shù)匹配的形式。該功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有交互的作用，不僅提供后備功率，而且提供太陽(yáng)能系統(tǒng)和本地應(yīng)用之間的功率交換。方法控制包括所有系統(tǒng)部件和建造需要的數(shù)據(jù)獲取以及所有部件的所需控制。來(lái)自于太陽(yáng)能電池冷卻劑的熱能被提供給學(xué)院以冬季加熱和全年家用熱水。期待該能量系統(tǒng)在1979的冬天可操作，在1980年夏季與學(xué)院設(shè)施相連。
但是，Henry等的系統(tǒng)也是較大的單軸追蹤系統(tǒng)，適于產(chǎn)生320kW，并且僅達(dá)到大約42的聚集倍數(shù)。
應(yīng)當(dāng)理解現(xiàn)在仍然存在這樣一種迫切的需要，即最好提供一種小型的節(jié)省成本的太陽(yáng)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以以低生產(chǎn)率進(jìn)行有競(jìng)爭(zhēng)力的規(guī)模生產(chǎn)，可靠近能源消費(fèi)者來(lái)安裝，并且提供使用所產(chǎn)生的熱以及電的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的涉及提供一種高效、熱電聯(lián)供(CHP)、太陽(yáng)能系統(tǒng)，該太陽(yáng)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)足夠緊湊以致于能夠安裝在(能源)消耗點(diǎn)；并且基礎(chǔ)設(shè)施的投資最??；適于大量生產(chǎn)；即使在較小的市場(chǎng)量下也能夠得到低的生產(chǎn)成本，從而與常規(guī)的礦物燃料產(chǎn)生的能量相比，所消耗的能量成本是具有競(jìng)爭(zhēng)力的。
本發(fā)明通過(guò)提供高效、小型、熱電聯(lián)供、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)成功地解決了目前已知的構(gòu)造的缺點(diǎn)，該太陽(yáng)能系統(tǒng)特別是為住宅和其它較低的功率應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)的，使其成本節(jié)省和經(jīng)濟(jì)可行?？自?和2米之間的盤狀反射器的兩軸追蹤確保200和800suns之間的高或者更高的會(huì)聚比，如果適于在較高的聚集度下操作的電池是可行的話。因此，可在收集器冷卻劑(可是油、氣體或者加壓水)的出口處達(dá)到120-180℃的非常高的冷卻劑出口溫度。高的冷卻劑溫度是有利的，這是因?yàn)槠淇捎糜诳諝庹{(diào)節(jié)或者其它需要高溫的應(yīng)用場(chǎng)合。較高的聚集度是具有優(yōu)勢(shì)的，這是因?yàn)榫奂容^高能夠提高為集中輻射設(shè)計(jì)的光電電池的效率?？傂蚀笥?0％。另外，提供了一種被設(shè)計(jì)成為無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置的簡(jiǎn)單且精確的驅(qū)動(dòng)裝置，以便驅(qū)動(dòng)該聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)裝置具有基本為零的偏移以及基本上為零的漂移。最好，使用兩個(gè)無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置并且沿著方位角-高度固定架、極固定架或者十字固定架的兩個(gè)軸進(jìn)行追蹤。
除非特別限定，這里所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的相同的含義。盡管與這里所述的類似或者等同的方法和材料可用于本發(fā)明的實(shí)施或者測(cè)試中，但適合的方法和材料如下所述。在出現(xiàn)沖突的情況下，以專利說(shuō)明書及其定義為準(zhǔn)。另外，材料、方法和示例僅是說(shuō)明性的并且不是限定性的。


下面參照附圖結(jié)合示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述?，F(xiàn)特別詳細(xì)參考附圖，強(qiáng)調(diào)的是，所示的特別部分是示例性的并且僅用于描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并且出現(xiàn)于提供被認(rèn)為是最有用的方面的原因中以及容易理解本發(fā)明的原理和概念性方面的描述。在這方面，未嘗試以比基本理解本發(fā)明所需的更詳細(xì)的方式表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)附圖的描述使得關(guān)于本發(fā)明的幾種形式可如何實(shí)施變得顯而易見(jiàn)。
在附圖中圖1A-1C示意性地示出了已知的方位角-高度固定架、極固定架或者十字固定架；圖2A-2B示意性地示出了本發(fā)明所涉及的無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置的第一和第二視圖；圖3示意性地示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例所涉及的關(guān)于定時(shí)帶的無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置的橫截面圖；圖4A-4B示意性地示出了本發(fā)明所涉及的一種利用雙軸追蹤操作的聚集太陽(yáng)能收集器的第一和第二視圖，每一個(gè)軸具有一個(gè)無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置；圖5示意性地示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例所涉及的利用極固定架的雙軸追蹤操作的聚集太陽(yáng)能收集器，每一個(gè)軸具有一個(gè)無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置；圖6示意性地示出了本發(fā)明所涉及的示意性CHP線路；圖7示意性地示出了本發(fā)明所涉及的單太陽(yáng)能收集器CHP線路；’圖8示意性地示出了本發(fā)明所涉及的用于太陽(yáng)能收集器群的CHP線路；以及圖9示意性地示出了本發(fā)明所涉及的圖8的群布置。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是高效、小型、熱電聯(lián)供的聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，該太陽(yáng)能系統(tǒng)特別是為住宅和其它較低的功率應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)的，使其成本節(jié)省和經(jīng)濟(jì)可行?？自?和2米之間的盤狀反射器的兩軸追蹤確保200和800suns之間的很高的集中比或者更高。因此，可在收集器冷卻劑(可是油、氣體或者加壓水)的出口處達(dá)到120-180℃的很高冷卻劑出口溫度。高冷卻劑溫度是具有優(yōu)勢(shì)的，這是因?yàn)樗鼈兛捎糜诳諝庹{(diào)節(jié)。較高的聚集度是具有優(yōu)勢(shì)的，這是因?yàn)榫奂容^高能夠提高光電電池的效率?？傂蚀笥?0％。另外，被設(shè)計(jì)成為無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置的一種簡(jiǎn)單但精確的驅(qū)動(dòng)裝置被提供以驅(qū)動(dòng)該聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)裝置具有基本為零的偏移以及基本上為零的漂移。最好，使用兩個(gè)無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置并且沿著方位角-高度固定架、極固定架或者十字固定架的兩個(gè)軸進(jìn)行追蹤。
在詳細(xì)描述本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用方面不限于在以下說(shuō)明內(nèi)容中描述的或者在附圖中示出的構(gòu)造細(xì)節(jié)和部件布置。本發(fā)明可是其它實(shí)施例或者以各種方式實(shí)施或者實(shí)現(xiàn)。另外，應(yīng)該理解的是，這里所用的用語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)是為了用于說(shuō)明并且不應(yīng)該被認(rèn)為是限定性的。
為了更好地理解本發(fā)明，首先參考圖1A-1C中所示的常規(guī)天體追蹤系統(tǒng)的構(gòu)造和操作。
圖1A示意性地示出了已知的用于天體追蹤的方位角-高度固定架100A。
本質(zhì)上，方位角-高度固定架100A包括兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，一個(gè)是如箭頭103所示的圍繞軸線111A轉(zhuǎn)動(dòng)的方位角軸102，另一個(gè)是如箭頭105所示的圍繞軸線111B轉(zhuǎn)動(dòng)的高度軸104。方位角-高度固定架同時(shí)相對(duì)于地理、季節(jié)和每日變化同時(shí)追蹤太陽(yáng)。
方位角軸102基本上是垂直的并且相對(duì)于地面110具有近端和遠(yuǎn)端106和108，其中近端106在地面110上固定在支撐件101中，支撐件101能夠沿著箭頭103的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。安裝在方位角軸102上的任何裝置將轉(zhuǎn)動(dòng)以改變其方位角。
高度軸104是水平的并且安裝在方位角軸102上。安裝在高度軸104上的任何裝置將在垂直平面中轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)保持固定的方位角。
裝置12(諸如反射器12)可安裝在高度軸104上。
這樣，安裝在方位角軸102上的高度軸104將轉(zhuǎn)動(dòng)以改變其方位角，同時(shí)安裝在高度軸104上的反射器112將在垂直平面中轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)改變其方位角。
最好，方位角軸102和高度軸104的轉(zhuǎn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)控制的，這可基于作為地理位置、日期和小時(shí)的函數(shù)的且使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的表達(dá)式來(lái)進(jìn)行該控制。可附加的或者可代替的，可使用基于測(cè)量的太陽(yáng)入射通量的閉環(huán)操作。
方位角-高度固定架100A通常用于定日鏡和太陽(yáng)能聚集器。其優(yōu)點(diǎn)是，機(jī)械性能對(duì)于所有位置是相同的，因此無(wú)需進(jìn)行物理調(diào)節(jié)，特別是對(duì)于每一個(gè)地理位置。其主要優(yōu)點(diǎn)是，兩個(gè)軸是以可變的速度不斷移動(dòng)的，使得它們共同對(duì)使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的三個(gè)影響因素(即，地理、季節(jié)和小時(shí)變化)進(jìn)行校正。
方位角-高度固定架100A被認(rèn)為是一個(gè)Euler(歐拉)系統(tǒng)，并且當(dāng)太陽(yáng)處于天頂時(shí)具有奇點(diǎn)，可在±23.5°的緯度出現(xiàn)。這樣，它在赤道附近可是不適合的。
圖1B示意性地示出了已知的十字固定架100B。
十字固定架100B包括固定在地面110的垂直桿119。安裝在垂直桿119上的水平桿107限定如箭頭115表示的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線113A。安裝在桿107上的桿109限定如箭頭117表示的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線113B。
反射器112安裝在桿109上以隨著桿107和桿109轉(zhuǎn)動(dòng)，改變其方位角和高度。
十字固定架100B在極區(qū)域附近具有奇點(diǎn)。
圖1C示意性地示出了已知的極固定架120。
本質(zhì)上，極固定架120補(bǔ)償使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的每日和季節(jié)變化，同時(shí)地理影響被設(shè)置在該固定架中。
極固定架120包括極126和127，它們相對(duì)于地面110具有近端和遠(yuǎn)端128和130，其中近端128固定在地面110上。在極126和127的遠(yuǎn)端130之間南北延伸的桿122與地面(地表110)形成角度β，角度β基本上等于地理緯度。桿122限定長(zhǎng)軸121A，長(zhǎng)軸121A平行于地球的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(即，連接地球兩極的線)。
安裝在桿122上的適于如箭頭123所示的圍繞軸線121A轉(zhuǎn)動(dòng)的第二桿129跟隨太陽(yáng)的每日運(yùn)動(dòng)，從東到西。圍繞軸線121A的轉(zhuǎn)動(dòng)是圍繞每日軸線的每日轉(zhuǎn)動(dòng)。
安裝在桿129上的第三桿124限定了第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線121B，如箭頭125所示。圍繞軸線121B的轉(zhuǎn)動(dòng)上季節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，在南北延伸并且相對(duì)于垂直方向傾斜由桿122確定的量(即角度β)的平面中。桿124用于校正太陽(yáng)追蹤的季節(jié)變化，即，太陽(yáng)在天空中的每日的軌跡的傾斜度。
因此，桿124的轉(zhuǎn)動(dòng)比桿129的轉(zhuǎn)動(dòng)慢很多。
極固定架120不如方位角-高度固定架100A或者十字固定架110B流行，這是因?yàn)橛糜跇O固定架的機(jī)械校準(zhǔn)是重要的并且對(duì)于每一個(gè)地理緯度是困難的。極固定架120優(yōu)于固定架100A和100B的之處在于，當(dāng)正確校準(zhǔn)時(shí)，所需的動(dòng)作更簡(jiǎn)單。首先，圍繞軸121B轉(zhuǎn)動(dòng)的桿124需要很少的校正，例如，每天一次或者兩次。另外，圍繞軸121A轉(zhuǎn)動(dòng)的桿129以恒定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種成本節(jié)省、精確的太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)，該太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)可用于圖1A-1C的固定架中的任何一種或者其它任何兩軸固定架，并且大大降低精確的太陽(yáng)或者其它天體追蹤的成本，使得小型太陽(yáng)能發(fā)電經(jīng)濟(jì)可行。
這樣，圖2A-2B示出了本發(fā)明所涉及的用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置20的第一和第二視圖。
如圖2A中所示，作為一個(gè)圖示，用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置20包括支撐結(jié)構(gòu)45和通過(guò)軸和軸承安裝在支撐結(jié)構(gòu)45上的圓柱形鼓42以使42可相對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)45轉(zhuǎn)動(dòng)。鼓42限定了鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線43、沿其圓周的鼓外表面41以及鼓凸緣表面44。另外，鼓42包括平行于鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線43并且與鼓42固定連接以在轉(zhuǎn)動(dòng)軸線43隨著鼓42轉(zhuǎn)動(dòng)的中心軸48；安裝在鼓外表面41上的彈簧52，彈簧52具有垂直于鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線43的彈簧軸線59；以及安裝在鼓外表面41上的錨固件54。
另外，無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置20包括安裝在支撐結(jié)構(gòu)45上的與鼓42相鄰的圓柱形絞盤50。絞盤50限定了平行于鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線43的絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線47和沿其圓周的絞盤外表面49。
分別具有第一端51和第二端53的纜線56沿著第一方向緊緊纏繞在鼓42上以及沿著第二方向緊緊纏繞在絞盤50上，其中第一端51與彈簧52固定連接，第二端53通過(guò)錨固件54固定在鼓外表面41上。
另外，利用略大于轉(zhuǎn)動(dòng)鼓42和軸48所需作用力的作用力使得彈簧52保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)絞盤50將使得鼓42沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移。
基本上為零的偏移指的是，當(dāng)絞盤50改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，例如從順時(shí)針?lè)较虻侥鏁r(shí)針?lè)较颍粗嗳?，纜線56中基本上不松弛。
基本上為零的漂移指的是，相對(duì)于鼓外表面41和絞盤表面49，纜線56基本上不滑動(dòng)。
鼓42的行程由箭頭表示并且最好為±90°，例如180°的圓弧。應(yīng)該理解的是，更小或者更大的其它值也是允許的。當(dāng)鼓42完成180度的圓弧時(shí)，遠(yuǎn)小于鼓42的絞盤50轉(zhuǎn)幾圈，如箭頭57所示。鼓42和絞盤50的直徑比例如可是1比6.5。應(yīng)該理解的是，更小或者更大的其它值也是允許的。
基于作為日期、時(shí)間和地理位置的函數(shù)的并且使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的表達(dá)式，計(jì)算機(jī)控制的馬達(dá)40或者其它計(jì)算機(jī)控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為絞盤50提供調(diào)諧或者追蹤動(dòng)作。馬達(dá)40可是步進(jìn)馬達(dá)或者直流馬達(dá)。另外，可以使用下面參照?qǐng)D4A-4B和5描述的閉環(huán)系統(tǒng)。
圖2B提供了無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置20的另一種圖示，其中示出了鼓42、絞盤50、馬達(dá)40和軸48。止檔件46可用于控制鼓42的行程，最好為±90°，如箭頭55所示(圖2A)。
在圖2A-2B中的實(shí)施例中，無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置20的重要性在于，它是產(chǎn)生低滯后、低偏移和高剛性的動(dòng)作的成本比較低廉的裝置。
圖3示意性地示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例所涉及的無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置20的側(cè)視圖，其中與前面的實(shí)施例一樣，馬達(dá)40驅(qū)動(dòng)定時(shí)帶58，所述定時(shí)帶58驅(qū)動(dòng)絞盤50，同時(shí)從絞盤50到鼓42的運(yùn)動(dòng)通過(guò)無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置20被傳輸。
本質(zhì)上，當(dāng)使用無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置20將定時(shí)帶58的運(yùn)動(dòng)經(jīng)由絞盤50傳輸?shù)焦?2時(shí)，馬達(dá)40和絞盤50之間的滯后和偏移導(dǎo)致的誤差減小了相當(dāng)于鼓42與絞盤50之間的直徑比例的倍數(shù)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)從絞盤50被傳輸?shù)焦?2時(shí)，所述倍數(shù)例如大約為6。
還應(yīng)該理解的是，在太陽(yáng)追蹤中，運(yùn)動(dòng)中非常小的誤差都可在太陽(yáng)入射通量中造成明顯差異，例如，在大約2到500suns之間約250的倍數(shù)上的差異。通常，達(dá)到這種類型的精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制所需的精確度是非常高成本的。然而本發(fā)明新穎特征在于簡(jiǎn)單、花費(fèi)不多的用于大大增加追蹤精確度從而增加實(shí)際太陽(yáng)入射通量和發(fā)電量的無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
應(yīng)該理解的是，可使用驅(qū)動(dòng)包含皮帶、定時(shí)帶、齒輪等的絞盤50的其它方式。
再參考附圖，圖4A-4B示意性地示出了本發(fā)明所涉及的收集器10的第一和第二視圖，所述收集器10最好被安裝在十字-高度固定架100B，并且最好包含兩個(gè)無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置。
收集器10最好包括安裝在驅(qū)動(dòng)單元14上的聚集器12。驅(qū)動(dòng)單元14被安裝在具有底座18的支座16上。聚集器12最好是具有焦點(diǎn)的盤狀的?；蛘?，也可使用其它幾何形狀(例如多邊形)，所述幾何形狀最好用于二維聚集以便于基本將入射輻射聚焦于焦點(diǎn)?；蛘?，聚集器12可為槽狀的。
另外，驅(qū)動(dòng)單元14至少包括用于沿第一軸線進(jìn)行太陽(yáng)追蹤的第一驅(qū)動(dòng)模塊20A(圖4A和4B)，最好還包括用于沿垂直于第一軸線的第二軸線進(jìn)行太陽(yáng)追蹤的第二驅(qū)動(dòng)模塊20B(圖4B)。驅(qū)動(dòng)單元14還包括配重26。
聚集盤12最好包括輪緣30。反射器32形成面對(duì)太陽(yáng)的聚集盤12的表面。輪緣30、盤12的焦點(diǎn)F以及中心P之間的角為α，所述α可用作盤12的聚集能量的量度標(biāo)準(zhǔn)。
基本處于聚集盤12焦點(diǎn)處的能量轉(zhuǎn)換單元34可為適合于聚集輻射的光電電池?；蛘?，可使用熱機(jī)或用于產(chǎn)生電力的另一種已知方法。
驅(qū)動(dòng)單元14被安裝在構(gòu)成得可承載盤12和驅(qū)動(dòng)單元14的載荷的支座16上，同時(shí)允許驅(qū)動(dòng)模塊20A和20B的完全運(yùn)動(dòng)。
盤12通過(guò)盤支架28被附于模塊20B。
收集器10最好包括兩個(gè)運(yùn)動(dòng)度。
當(dāng)構(gòu)造成為方位角-高度固定架或者十字固定架時(shí)，這兩種運(yùn)動(dòng)相對(duì)于地理學(xué)、季節(jié)性和日變化同時(shí)追蹤太陽(yáng)。
現(xiàn)在參照附圖，圖5示意性地示出了本發(fā)明所涉及的收集器10，所述收集器10被安裝在極固定架120上并且最好包含兩個(gè)無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置。
因此，收集器10包括極固定架120，極固定架120具有兩個(gè)極126和兩個(gè)極127(在圖示中僅示出了一個(gè))，它們相對(duì)于地面110都具有近端128并且在其近端128處固定在地面110上。在極126和127在其遠(yuǎn)端130處由桿122連接。桿122與地表110形成角度β。
極固定架120還包括每日轉(zhuǎn)動(dòng)軸線121A，用于從東方到西方追隨太陽(yáng)的每日運(yùn)動(dòng)。
另外，極固定架120還包括季節(jié)性轉(zhuǎn)動(dòng)軸線121B，用于隨季節(jié)變化校正每日太陽(yáng)追蹤，即，天空中太陽(yáng)的每日軌線的斜度，其中季節(jié)性驅(qū)動(dòng)環(huán)繞軸線121B被安裝在每日驅(qū)動(dòng)環(huán)繞軸線121A上。
轉(zhuǎn)動(dòng)軸線121B的轉(zhuǎn)動(dòng)明顯慢于每日轉(zhuǎn)動(dòng)軸線121A的轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，與每日轉(zhuǎn)動(dòng)軸線121A的恒定速率相比較，可間歇性地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線121B，每日只一次或兩次。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，如圖5中可看出的，使得結(jié)構(gòu)機(jī)械平衡以使得轉(zhuǎn)動(dòng)軸穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)框架的質(zhì)心。因此，馬達(dá)和追蹤機(jī)構(gòu)上的載荷被減小。
應(yīng)該理解的是，同樣也可使用已知的其它追蹤固定架。例如，可使用2004年5月4日從http//www.viasat.com/files/08fe203b613bc02b87de181a370e2bdf/pdf/Compariso％20of％20Pedestal％20Geometries.pdf中下載的ViaSatSatellite Ground系統(tǒng)中所述的追蹤支座伺服設(shè)計(jì)。
或者，在某些平均季節(jié)或季節(jié)和地理值下，可使用僅用于每日追蹤的單軸線追蹤系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，例如，如圖4A-4B和圖5中所述的，控制單元包括使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的表達(dá)式，該控制單元驅(qū)動(dòng)單元20A和20B的馬達(dá)40并且提供追蹤的計(jì)算機(jī)控制，如下面結(jié)合圖9所示的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，例如，如圖4A-4B和圖5中所述的，單元34還可包括用于測(cè)量太陽(yáng)入射通量的差動(dòng)裝置，以提供太陽(yáng)追蹤的閉環(huán)控制。例如，在單元34是由聚集光電電池構(gòu)成的情況下，一些電池可用作二極管，用于測(cè)量其上的太陽(yáng)入射通量，從而提供追蹤的閉環(huán)控制和校正?；蛘撸部墒褂闷渌顒?dòng)裝置。在下文中結(jié)合圖9的收集器10A示出了閉環(huán)控制。
閉環(huán)操作是趨向于增加聚集系統(tǒng)的太陽(yáng)入射通量的另一個(gè)特征。所述追蹤系統(tǒng)可遭受運(yùn)動(dòng)方面的偏差和(或)遭受可能略微轉(zhuǎn)移其路線的風(fēng)阻力，因此反射器12可能實(shí)際上偏離由將使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的表達(dá)式所指定的定向。因此閉環(huán)操作可通過(guò)向計(jì)算機(jī)報(bào)告太陽(yáng)入射通量小于可實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)入射通量而校正不精確性，指引計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)于運(yùn)動(dòng)的校正。
因此在這一點(diǎn)上，無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20的基本為零的偏移是重要的。偏移可隨著運(yùn)動(dòng)方向的改變而出現(xiàn)，通常，基本追蹤運(yùn)動(dòng)是單向性的(除一年兩次(春天和秋天)在方向上的季節(jié)性變化)。因此基本運(yùn)動(dòng)不應(yīng)出現(xiàn)偏移。然而，如閉環(huán)系統(tǒng)所指定的校正可沿每個(gè)軸線的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向中的任意一個(gè)進(jìn)行，并且必須高度精確。因此，具有基本為零的偏移以及基本上為零的漂移的無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20尤其適用于校正運(yùn)動(dòng)，如閉環(huán)系統(tǒng)所指定的。
優(yōu)選的是，除了該系統(tǒng)之外，閉環(huán)系統(tǒng)也是由使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的計(jì)算機(jī)計(jì)算的表達(dá)式來(lái)操縱的。
或者，可僅使用一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，或僅使用一個(gè)將使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的計(jì)算機(jī)計(jì)算的表達(dá)式。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及使用用于小型太陽(yáng)能系統(tǒng)的增加成本效率的熱電聯(lián)供(CHP)電路。
因此，圖6示意性地示出了本發(fā)明所涉及的CHP電路150。
因此，CHP電路150與最好為閉環(huán)一次冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)155一起操作，循環(huán)系統(tǒng)155由泵158驅(qū)動(dòng)。冷卻劑可為水、油、或其它流體，例如，氣體。
因此，CHP電路150包括發(fā)電模塊152，所述發(fā)電模塊152包括至少一個(gè)收集器10(圖4A-4B和圖5)，所述收集器10具有至少一個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元34，例如，熱機(jī)或聚集光電電池。
控制系統(tǒng)153(最好由閉環(huán)系統(tǒng)157支撐)控制至少一個(gè)收集器10的追蹤。
本質(zhì)上，CHP電路150可包括三個(gè)熱交換器，每個(gè)熱交換器都在不同的溫度范圍下操作。
T1和T2之間的空氣調(diào)節(jié)熱交換器159可用于空氣調(diào)節(jié)。
T2和T3之間的主熱交換器154可用于產(chǎn)生熱水以及用于空間加熱。
T3和T周圍溫度之間的過(guò)度熱交換器156可用于在產(chǎn)生了太多能量時(shí)、所產(chǎn)生的能量未使用時(shí)以及舉家外出時(shí)向周圍環(huán)境中排出過(guò)度熱量。
應(yīng)該理解的是，與CHP電路150結(jié)合使用的收集器10大大增加了控制器10的總效率和經(jīng)濟(jì)可行性。
根據(jù)第一實(shí)施例，T1可在90和120℃之間，T2可在60和80℃之間。
根據(jù)第二實(shí)施例，T1可在120和180℃之間，T2可在80和120℃之間。
再參照附圖，圖7示意性地示出了本發(fā)明所涉及的單太陽(yáng)-收集器CHP電路170。
電路170的太陽(yáng)能-聚集器單元10包括兩個(gè)界面用于電連接的界面172和用于冷卻劑連接的界面174。電界面172最好連接于變換器176，所述變換器176用于將能量轉(zhuǎn)換單元34(圖4A-4B和圖5)所產(chǎn)生的DC電力轉(zhuǎn)換為AC電力并且調(diào)節(jié)其頻率與相位以與輸電網(wǎng)絡(luò)的頻率與相位相匹配。來(lái)自于變換器176的電力被連接于主電箱182并且向居住單元180提供電力186。
居住單元180最好也連接于輸電網(wǎng)絡(luò)184。當(dāng)發(fā)電不足時(shí)，可由輸電網(wǎng)絡(luò)184供應(yīng)后備電力?；蛘?，當(dāng)發(fā)電超過(guò)了所消耗的電量時(shí)，額外部分可流入到輸電網(wǎng)絡(luò)184中，假定電力經(jīng)銷商允許并支持二維電力潮流，并且功率表適用于它。
在沒(méi)有空氣調(diào)節(jié)的情況下，冷卻劑從界面174流向主熱交換器154(如圖6中所示的)，并且用于加熱居住單元180的熱水箱188。應(yīng)該理解的是，熱水箱188也可容納已知的備用加熱器189。來(lái)自于熱水箱188的熱水可通過(guò)輻射器或地下熱管為居住單元180供應(yīng)例如總熱水需求190以及空間加熱192。
如已結(jié)合圖6示出的，CHP電路150的主循環(huán)的冷卻劑流到過(guò)度熱交換器156，過(guò)度熱量從過(guò)度熱交換器156中排出。泵158確保循環(huán)。
再參照附圖，圖8示意性地示出了本發(fā)明所涉及的用于太陽(yáng)能收集器群組的CHP電路200，所述CHP電路200用于居住單元或小型工商業(yè)單位。
使用聚集太陽(yáng)能收集器10的群組的優(yōu)點(diǎn)在于，大大增加了電力收集量，而諸如次熱交換器156和泵158以及控制單元153等輔助組件的數(shù)量保持不變，從而進(jìn)一步提高所述系統(tǒng)的成本效率和經(jīng)濟(jì)可行性。另外，由于一個(gè)組件取代了許多相同的較小組件，因此可簡(jiǎn)化維護(hù)操作。
除以下所述的以外，群組200的操作與系統(tǒng)170的操作相似(圖7)1.可以串聯(lián)或并聯(lián)的方式或者以串并聯(lián)組合的方式連接每個(gè)聚集太陽(yáng)能收集器10的電界面172，因此在輸入到居住單元210的電力和電壓方面具有靈活性。
2.同時(shí)，由于所有聚集太陽(yáng)能收集器10的追蹤數(shù)據(jù)是相同的，因此可通過(guò)控制單元153(圖6)執(zhí)行所有聚集太陽(yáng)能收集器10的控制。
3.所有收集器的熱水界面可連接于單獨(dú)次閉環(huán)系統(tǒng)。所述連接是并聯(lián)的。管通向熱水箱中的中心主熱交換器、中心次熱交換器、以及單獨(dú)泵。由于多個(gè)收集器被并聯(lián)地連接，因此每個(gè)收集器都接收同樣低的入口溫度并且泵和主管中的總流量是所有收集器中流量的總和。
4.盡管原則上并聯(lián)地連接于單獨(dú)泵和熱交換器上的收集器的數(shù)量沒(méi)有限定，但是可適度地將較大場(chǎng)地分成為幾個(gè)獨(dú)立部分，以限制管的成本。
5.收集器的冷卻系統(tǒng)最好是閉環(huán)系統(tǒng)，與進(jìn)入消費(fèi)者的熱水出口的水分離。這防止收集器中的水變臟、侵蝕和結(jié)冰?？稍诓挥绊懴M(fèi)者的水質(zhì)量的情況下利用防凍劑、侵蝕抑制劑等處理在閉環(huán)系統(tǒng)中的水。
用于聚集太陽(yáng)能收集器的群組10的典型應(yīng)用是1.一個(gè)家庭，如果需要的話，利用太陽(yáng)能取代大部分的能量消耗。
2.為各個(gè)家庭成員提供電能、熱水、空間加熱等的中央供給的多家庭的房屋。
3.具有大的不用于其它應(yīng)用的平房頂?shù)纳痰?，收集器群組可提供電能；利用被供給到水-空氣熱交換器的熱水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行空間加熱；為餐廳廚房中的水槽提供熱水；為休息室的水槽和淋浴器提供熱水；通過(guò)將熱水供給到吸收式冷凍器進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)。
4.其它大型建筑物辦公建筑物、工業(yè)建筑物、學(xué)校、健康門診類似于商店，具有不同的能量需要的混合。
進(jìn)一步參照附圖，圖9示意性地詳細(xì)示出了一種群組布置220。
因此，每一個(gè)能量轉(zhuǎn)換單元34可包括一個(gè)光電電池部分204和冷卻部分202。光電電池部分204通過(guò)輸電線206與界面172相連，輸電線209連接每一個(gè)界面172和變換器176，其中DC電能被轉(zhuǎn)換成AC電能。電能從變換器176被引導(dǎo)到主配電箱182。
冷卻部分202通過(guò)冷卻劑管線201與界面174相連。從那里，冷卻劑在管線207中流到一次冷卻劑系統(tǒng)155。
為了說(shuō)明起見(jiàn)，群組布置220包括與利用驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)裝置14的控制單元153和來(lái)自于閉環(huán)系統(tǒng)157的輸入操作的閉環(huán)操作收集器1DA。差動(dòng)二極管37為閉環(huán)操作提供通量測(cè)量。
另外，群組布置220包括僅接收來(lái)自于控制單元153的輸入的開(kāi)環(huán)收集器10B。
應(yīng)該理解的是，一般地，群組布置可是閉環(huán)的或者開(kāi)環(huán)的。一般地，一個(gè)控制單元153可用于所有收集器，但每一個(gè)可能需要其獨(dú)立的閉環(huán)系統(tǒng)157。
以下是本發(fā)明的一般設(shè)計(jì)參數(shù)。
如圖4A-4B和5中所示的本發(fā)明的太陽(yáng)能系統(tǒng)的典型尺寸可是在0.5米和2米之間的聚集器直徑，最好為1米，能夠產(chǎn)生150瓦電能和350瓦熱能。這樣，收集器的結(jié)構(gòu)支撐需要是較輕的，這是由于風(fēng)載荷較小。追蹤機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單并且可以比較低廉的成本制造。
制造這樣一個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)用估計(jì)在峰值功率下每瓦$2。一個(gè)適合的生產(chǎn)線的所需投資估計(jì)為$5M。假設(shè)年生產(chǎn)率為5兆瓦并且利率為5％，償還原始投資的附加費(fèi)用估計(jì)僅為在峰值功率下每瓦$0.13。因此，所述小型系統(tǒng)的所需市場(chǎng)量比當(dāng)前大型系統(tǒng)小一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此所需的投資風(fēng)險(xiǎn)較小。
小型太陽(yáng)能系統(tǒng)可被安裝在消耗點(diǎn)，諸如家庭住宅和公共建筑物的房頂、市區(qū)環(huán)境中，為它們提供電能以及熱水、家庭用水和空間加熱。對(duì)于熱電聯(lián)供(CHP)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的總效率可與礦物染料電廠相當(dāng)。
成本估算基于250000平方米的年生產(chǎn)率，對(duì)于直徑在0.5m和1.1m之間的聚集器，對(duì)應(yīng)于每年120萬(wàn)和260000個(gè)單元。生產(chǎn)時(shí)間，即系統(tǒng)可被生產(chǎn)和銷售的時(shí)間以及原始投資可被分期償還和回收的時(shí)間為10年。
圖4A-4B和5的收集器10的設(shè)計(jì)參數(shù)、考慮因素和要求如下所述1.反射器12可被設(shè)計(jì)成投影(孔)直徑在0.5和2米之間的內(nèi)凹拋物面形盤，其直徑最好為1.1米。應(yīng)該理解的是，其它直徑也是允許的。
2.聚集盤12的角度α(圖4A)最好為45度。應(yīng)該理解的是，可使用其它角度，例如40或者55度。特別是，對(duì)于定日鏡，一般使用較小的角度。
3.驅(qū)動(dòng)單元14最好包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，20A和20B。
4.聚集盤12的運(yùn)動(dòng)范圍最好是整個(gè)半球以適于任何類型的追蹤軸線構(gòu)造。
5.最好，由高效光電電池進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，特別適用于幾百suns的聚集能量轉(zhuǎn)換，例如，“Triple-Junction TerrestrialConcentrator Solar Cells of Spectrolab Inc.，12500 GladstoneAv.Sylmar，CA 91342，USA”，它以大約37％的能量轉(zhuǎn)換效率操作。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，CHP線路170(圖7)和CHP線路200(圖8)具有很高的效率。例如，大約17％的收集能量被轉(zhuǎn)換成電能，43％被轉(zhuǎn)換成可用的熱能，總CHP效率為60％，可能更高，例如在65和80％之間。有助于提高效率的幾個(gè)因素如下1.幾百suns的高聚集度的設(shè)計(jì)。
2.高效光電電池的使用，例如，“Triple-Junction TerrestrialConcentrator Solar Cells of Spectrolab Inc.，12500 GladstoneAv.Sylmar，CA 91342，USA”；3.在消耗點(diǎn)處產(chǎn)生電能以消除電能輸送損失；4.在消耗點(diǎn)處產(chǎn)生熱能以消除熱能輸送損失；當(dāng)同時(shí)提供時(shí)，這些達(dá)到目前未能實(shí)現(xiàn)的CHP總效率。
現(xiàn)有技術(shù)中所涉及的大型聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)與本發(fā)明的小型CHP聚集系統(tǒng)相比，區(qū)別在于
1.對(duì)于大型聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)，風(fēng)阻高，在收集器上產(chǎn)生高的作用力，并且這些可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受損并且可能影響追蹤的精度。因此，支撐結(jié)構(gòu)和追蹤機(jī)構(gòu)必須是厚重的和很昂貴的。相比較，對(duì)于小型系統(tǒng)，風(fēng)阻的問(wèn)題遠(yuǎn)沒(méi)有這樣嚴(yán)重。
2.對(duì)于范圍在10至37％的光電電池能量轉(zhuǎn)換效率，大部分太陽(yáng)能以熱能的形式被釋放。在集中的邊遠(yuǎn)地區(qū)，使用例如在熱電聯(lián)供(CHP)系統(tǒng)中的熱量的可能性很小，因此該熱量被浪費(fèi)。相比較，對(duì)于建造在房頂上的小型系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)成熱電聯(lián)供(CHP)，總效率大大提高。
3.大型聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)遠(yuǎn)離消費(fèi)者安裝。因此，產(chǎn)生了由于能量分配以及傳輸能量的大約10-20％的傳輸損失而導(dǎo)致的附加的費(fèi)用，使得所產(chǎn)生的電能的成本增加2至3倍。對(duì)于光電電池的較大聚集系統(tǒng)，由于系統(tǒng)太大以致于不能安裝在消耗點(diǎn)，因此不能避免傳輸和分配成本。相比較，對(duì)于在消耗點(diǎn)處建造在房頂上的小型系統(tǒng)，沒(méi)有上述的分配成本和傳輸損失。
4.較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)的初期投資很高，在這點(diǎn)上決定是困難的、涉及政治的和有風(fēng)險(xiǎn)的。相比較，對(duì)于小型系統(tǒng)，決定權(quán)在各個(gè)戶主，并且可利用政府鼓勵(lì)減小其風(fēng)險(xiǎn)性。
5.另外，對(duì)于較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)，如果制造大量的較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)，例如相當(dāng)于每年至少50兆瓦，那么可實(shí)現(xiàn)具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本。但這樣一個(gè)市場(chǎng)量是難以保證的，因此，關(guān)于這樣的較大系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)的投資和危險(xiǎn)是很高的。相比較，對(duì)于小型系統(tǒng)，假設(shè)政府鼓勵(lì)，這樣一個(gè)市場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)。
6.較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)必須由專業(yè)培訓(xùn)的人員利用專用設(shè)備和設(shè)施來(lái)安裝，需要特別的承辦者和特別的許可，這些增大了它們的成本。相比較，對(duì)于小型系統(tǒng)，可由非專業(yè)培訓(xùn)的人員在非規(guī)章干涉下安裝。
7.較大的聚集太陽(yáng)能系統(tǒng)一般需要環(huán)境研究和許可，從而進(jìn)一步增大它們的成本。相比較，小型系統(tǒng)不可能需要環(huán)境研究和許可。
8.集中化的發(fā)電廠一般容易出現(xiàn)故障和怠工。這樣性質(zhì)的一個(gè)事故可中斷很大部分人的供電。相比較，小型系統(tǒng)僅影響?yīng)毩⒌淖≌蛘咂髽I(yè)，并且通常與作為后備系統(tǒng)的輸電網(wǎng)相連。
應(yīng)該理解的是，也可使用僅熱系統(tǒng)或者僅電能系統(tǒng)。
應(yīng)該理解的是，本發(fā)明所涉及的太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)可與集中盤、集中盤群組、定日鏡、定日鏡群組和光電電池組結(jié)合使用。另外，它可與其它天體追蹤系統(tǒng)結(jié)合使用，例如望遠(yuǎn)鏡。
另外，安裝在太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)(最好為兩軸的)上的多個(gè)太陽(yáng)集中定日鏡可被使用，形成一個(gè)中央接收設(shè)備。太陽(yáng)集中定日鏡不具有獨(dú)立的能量轉(zhuǎn)換單元。相反，使用位于多個(gè)定日鏡的焦點(diǎn)處的中央接收器能量轉(zhuǎn)換單元?；蛘撸瑳](méi)有集中的光電電池組可安裝在具有一個(gè)或者兩個(gè)軸的本發(fā)明的太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)上。
可以構(gòu)想到，在本發(fā)明的使用壽命中，小型太陽(yáng)能系統(tǒng)和相關(guān)的成本節(jié)省追蹤系統(tǒng)的許多相關(guān)產(chǎn)品將被開(kāi)發(fā)并且小型太陽(yáng)能系統(tǒng)和相關(guān)的成本節(jié)省追蹤系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)的范圍將包括先驗(yàn)的所有這樣的新技術(shù)。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“大約”指的是±20％。
在檢驗(yàn)下列示例的情況下，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎的特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，這些示例是非限定性的。另外，上述以及在下面的權(quán)利要求中所涉及的本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例和方面的每一個(gè)在下列示例中得到試驗(yàn)支持。
應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的某些特征，為了清楚起見(jiàn)，在單獨(dú)實(shí)施例的范圍內(nèi)描述的，也可在一個(gè)實(shí)施例中組合提供。相反，本發(fā)明的各個(gè)特征，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在一個(gè)實(shí)施例的范圍內(nèi)描述的，也可單獨(dú)提供或者以任何適合的組合形式提供。
盡管已經(jīng)結(jié)合特定的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但顯然許多替代、變型和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。因此，所有這樣的替代、變型和變化落入附屬的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。在本說(shuō)明書中提及的所有公開(kāi)、專利和專利申請(qǐng)的所有內(nèi)容作為參考結(jié)合在本說(shuō)明書中，類似于每一個(gè)獨(dú)立的公開(kāi)、專利和專利申請(qǐng)?zhí)貏e并且獨(dú)立地用于結(jié)合在這里作為參考。另外，在本申請(qǐng)中的任何參考的引證或者標(biāo)識(shí)不應(yīng)該被解釋為這樣的參考作為現(xiàn)有技術(shù)用于本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)包括至少一個(gè)收集器，所述收集器包括適于將入射太陽(yáng)輻射聚焦在焦點(diǎn)的聚集器，所述聚集器具有在0.5m和2m之間的孔；至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，所述聚集器安裝在所述驅(qū)動(dòng)裝置上，所述驅(qū)動(dòng)裝置適于至少沿著一個(gè)軸線追蹤將使得太陽(yáng)入射通量最大的方向；與所述驅(qū)動(dòng)裝置通信的控制單元，所述控制單元基于作為天的時(shí)間、季節(jié)和地理緯度的函數(shù)的所述方向的表達(dá)式來(lái)控制所述驅(qū)動(dòng)裝置；以及大致在所述焦點(diǎn)處的能量轉(zhuǎn)換單元；能量供給系統(tǒng)，所述能量供給系統(tǒng)接收來(lái)自于所述能量轉(zhuǎn)換單元的電能；熱量供給系統(tǒng)，所述熱量供給系統(tǒng)接收來(lái)自于所述能量轉(zhuǎn)換單元的冷卻系統(tǒng)的熱量，其中，所述高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)的熱電聯(lián)供效率大于總效率的60％。
2.如權(quán)利要求1所述的高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)的熱電聯(lián)供效率大于總效率的65％。
3.如權(quán)利要求1所述的高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)的熱電聯(lián)供效率大于總效率的70％。
4.如權(quán)利要求1所述的高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)的熱電聯(lián)供效率大于總效率的75％。
5.如權(quán)利要求1所述的高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)收集器包括被布置成群組的多個(gè)收集器，每一個(gè)收集器包括所述熱量供給系統(tǒng)，并且每一個(gè)收集器的所述熱量供給系統(tǒng)并行布置以具有相同的入口和出口冷卻劑條件。
6.如權(quán)利要求1所述的高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱量供給系統(tǒng)操作空調(diào)系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述的高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述收集器包括閉環(huán)系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求1所述的高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置包括適于至少沿著兩個(gè)軸線追蹤將使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置。
9.如權(quán)利要求1所述的高效、小型、熱電聯(lián)供的、聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置是無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置。
10.一種天體追蹤系統(tǒng)包括第一主支撐；安裝在所述第一主支撐上的第一追蹤單元，所述第一追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第一支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的第一圓柱形鼓，所述鼓限定了鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述鼓固定連接以在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第一中心軸；安裝在所述鼓外表面上的第一彈簧，所述第一彈簧具有垂直于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的彈簧軸線；以及安裝在所述鼓外表面上的第一錨固件；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的與所述鼓相鄰的第一圓柱形絞盤，所述絞盤限定平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的絞盤外表面；具有第一端和第二端的第一纜線，所述纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述錨固件固定連接，所述第二端與所述彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述鼓所需作用力的作用力使得所述彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述主支撐上用于提供追蹤運(yùn)動(dòng)的第一馬達(dá)。
11.如權(quán)利要求10所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述第一馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
12.如權(quán)利要求10所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述第一馬達(dá)和所述第一圓柱形絞盤之間的定時(shí)帶。
13.如權(quán)利要求10所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述第一追蹤單元布置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，并且還包括布置在第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上的第二追蹤單元，所述第二追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第二支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的第二圓柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述第二鼓固定連接以在所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第二中心軸；安裝在所述第二鼓外表面上的第二彈簧，所述第二彈簧具有垂直于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二彈簧軸線；以及安裝在所述第二鼓外表面上的第二錨固件；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的與所述第二鼓相鄰的第二圓柱形絞盤，所述第二絞盤限定了平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二絞盤外表面；具有第一端和第二端的第二纜線，所述第二纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述第二鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述第二錨固件固定連接，所述第二端與所述第二彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述第二主支撐上用于提供第二追蹤運(yùn)動(dòng)的第二馬達(dá)。
14.如權(quán)利要求13所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述第二馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
15.如權(quán)利要求13所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述第二馬達(dá)和所述第二圓柱形絞盤之間的定時(shí)帶。
16.如權(quán)利要求13所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成方位角-高度固定架。
17.如權(quán)利要求13所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成十字固定架。
18.如權(quán)利要求13所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成極固定架。
19.如權(quán)利要求10所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，還包括聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，所述聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)包括收集器；以及能量轉(zhuǎn)換單元。
20.如權(quán)利要求19所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述收集器具有真實(shí)的焦點(diǎn)以及在0.5m和2m之間的孔。
21.如權(quán)利要求19所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述能量轉(zhuǎn)換單元是從包括熱發(fā)生器、聚焦光電電池和平光電電池的組中選擇的。
22.如權(quán)利要求19所述的天體追蹤系統(tǒng)，其特征在于，布置成熱電聯(lián)供(CHP)系統(tǒng)。
23.如權(quán)利要求19所述的天體追蹤系統(tǒng)還包括用于測(cè)量太陽(yáng)入射通量的差動(dòng)裝置，以提供所述追蹤運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制。
24.如權(quán)利要求10所述的天體追蹤系統(tǒng)，還包括與所述馬達(dá)保持通信的控制單元，所述控制單元利用對(duì)使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的表達(dá)式來(lái)控制所述追蹤運(yùn)動(dòng)。
25.一種太陽(yáng)能系統(tǒng)包括所述太陽(yáng)能系統(tǒng)的第一主支撐；安裝在所述第一主支撐上的第一追蹤單元，所述第一追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第一支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的第一圓柱形鼓，所述鼓限定了鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述鼓固定連接以在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第一中心軸；安裝在所述鼓外表面上的第一彈簧，所述第一彈簧具有垂直于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的彈簧軸線；以及安裝在所述鼓外表面上的第一錨固件；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的與所述鼓相鄰的第一圓柱形絞盤，所述絞盤限定了平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的絞盤外表面；具有第一端和第二端的第一纜線，所述纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述錨固件固定連接，所述第二端與所述彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述鼓所需作用力的作用力使得所述彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述主支撐上用于提供追蹤運(yùn)動(dòng)的第一馬達(dá)；收集器；以及能量轉(zhuǎn)換單元。
26.如權(quán)利要求25所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
27.如權(quán)利要求25所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一追蹤單元布置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，并且還包括布置在第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上的第二追蹤單元，所述第二追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第二支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的第二圓柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述第二鼓固定連接以在所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第二中心軸；安裝在所述第二鼓外表面上的第二彈簧，所述第二彈簧具有垂直于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二彈簧軸線；以及安裝在所述第二鼓外表面上的第二錨固件；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的與所述第二鼓相鄰的第二圓柱形絞盤，所述第二絞盤限定了平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二絞盤外表面；具有第一端和第二端的第二纜線，所述第二纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述第二鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述第二錨固件固定連接，所述第二端與所述第二彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述第二主支撐上用于提供第二追蹤運(yùn)動(dòng)的第二馬達(dá)。
28.如權(quán)利要求27所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述第二馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
29.如權(quán)利要求27所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成方位角-高度固定架。
30.如權(quán)利要求27所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成十字固定架。
31.如權(quán)利要求27所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成極固定架。
32.如權(quán)利要求25所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述收集器具有真實(shí)的焦點(diǎn)以及在0.5m和2m之間的孔。
33.如權(quán)利要求25所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述能量轉(zhuǎn)換單元是從包括熱發(fā)生器、聚焦光電電池和平光電電池的組中選擇的。
34.如權(quán)利要求25所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，布置成熱電聯(lián)供(CHP)系統(tǒng)。
35.如權(quán)利要求25所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于測(cè)量太陽(yáng)入射通量的差動(dòng)裝置，以提供所述追蹤運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制。
36.如權(quán)利要求25所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述馬達(dá)保持通信的控制單元，所述控制單元利用對(duì)使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的表達(dá)式來(lái)控制所述追蹤運(yùn)動(dòng)。
37.一種中央設(shè)備包括多個(gè)單元，所述單元的每一個(gè)包括第一主支撐；安裝在所述第一主支撐上的第一追蹤單元，所述第一追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第一支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的第一圓柱形鼓，所述鼓限定了鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述鼓固定連接以在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第一中心軸；安裝在所述鼓外表面上的第一彈簧，所述第一彈簧具有垂直于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的彈簧軸線；以及安裝在所述鼓外表面上的第一錨固件；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的與所述鼓相鄰的第一圓柱形絞盤，所述絞盤限定了平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的絞盤外表面；具有第一端和第二端的第一纜線，所述纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述錨固件固定連接，所述第二端與所述彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述鼓所需作用力的作用力使得所述彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述主支撐上用于提供追蹤運(yùn)動(dòng)的第一馬達(dá)；收集器；以及能量轉(zhuǎn)換單元。
38.如權(quán)利要求37所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
39.如權(quán)利要求37所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一追蹤單元布置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，并且還包括布置在第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上的第二追蹤單元，所述第二追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第二支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的第二圓柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述第二鼓固定連接以在所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第二中心軸；安裝在所述第二鼓外表面上的第二彈簧，所述第二彈簧具有垂直于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二彈簧軸線；以及安裝在所述第二鼓外表面上的第二錨固件；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的與所述第二鼓相鄰的第二圓柱形絞盤，所述第二絞盤限定了平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二絞盤外表面；具有第一端和第二端的第二纜線，所述第二纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述第二鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述第二錨固件固定連接，所述第二端與所述第二彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述第二主支撐上用于提供第二追蹤運(yùn)動(dòng)的第二馬達(dá)；以及與所述第二馬達(dá)和所述第二圓柱形絞盤保持通信的第二傳動(dòng)系統(tǒng)，以將來(lái)自于所述第二馬達(dá)的所述第二追蹤運(yùn)動(dòng)傳送到所述第二絞盤。
40.如權(quán)利要求39所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第二馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
41.如權(quán)利要求39所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成方位角-高度固定架。
42.如權(quán)利要求39所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成十字固定架。
43.如權(quán)利要求39所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成極固定架。
44.如權(quán)利要求37所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述收集器具有真實(shí)的焦點(diǎn)以及在0.5m和2m之間的孔。
45.如權(quán)利要求37所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述能量轉(zhuǎn)換單元是從包括熱發(fā)生器、聚焦光電電池和平光電電池的組中選擇的。
46.如權(quán)利要求37所述的中央設(shè)備，其特征在于，布置成熱電聯(lián)供(CHP)系統(tǒng)。
47.如權(quán)利要求37所述的中央設(shè)備，其特征在于，還包括用于測(cè)量太陽(yáng)入射通量的差動(dòng)裝置，以提供所述追蹤運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制。
48.如權(quán)利要求37所述的中央設(shè)備，其特征在于，還包括與所述馬達(dá)保持通信的控制單元，所述控制單元利用對(duì)使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的表達(dá)式來(lái)控制所述追蹤運(yùn)動(dòng)。
49.一種定日鏡包括用于所述定日鏡的第一主支撐；安裝在所述第一主支撐上的第一追蹤單元，所述第一追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第一支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的第一圓柱形鼓，所述鼓限定了鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述鼓固定連接以在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第一中心軸；安裝在所述鼓外表面上的第一彈簧，所述第一彈簧具有垂直于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的彈簧軸線；以及安裝在所述鼓外表面上的第一錨固件；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的與所述鼓相鄰的第一圓柱形絞盤，所述絞盤限定了平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的絞盤外表面；具有第一端和第二端的第一纜線，所述纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述錨固件固定連接，所述第二端與所述彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述鼓所需作用力的作用力使得所述彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述主支撐上用于提供追蹤運(yùn)動(dòng)的第一馬達(dá)；與所述馬達(dá)和所述圓柱形絞盤保持通信的第一傳動(dòng)系統(tǒng)，以將來(lái)自于所述馬達(dá)的所述追蹤運(yùn)動(dòng)傳送到所述絞盤；以及收集器。
50.如權(quán)利要求49所述的定日鏡，其特征在于，所述第一馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
51.如權(quán)利要求49所述的定日鏡，其特征在于，所述第一追蹤單元布置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，并且還包括布置在第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上的第二追蹤單元，所述第二追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第二支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的第二圓柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述第二鼓固定連接以在所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第二中心軸；安裝在所述第二鼓外表面上的第二彈簧，所述第二彈簧具有垂直于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二彈簧軸線；以及安裝在所述第二鼓外表面上的第二錨固件；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的與所述第二鼓相鄰的第二圓柱形絞盤，所述第二絞盤限定了平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二絞盤外表面；具有第一端和第二端的第二纜線，所述第二纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述第二鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述第二錨固件固定連接，所述第二端與所述第二彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述第二主支撐上用于提供第二追蹤運(yùn)動(dòng)的第二馬達(dá)；以及與所述第二馬達(dá)和所述第二圓柱形絞盤保持通信的第二傳動(dòng)系統(tǒng)，以將來(lái)自于所述第二馬達(dá)的所述第二追蹤運(yùn)動(dòng)傳送到所述第二絞盤。
52.如權(quán)利要求51所述的定日鏡，其特征在于，所述第二馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
53.如權(quán)利要求51所述的定日鏡，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成方位角-高度固定架。
54.如權(quán)利要求51所述的定日鏡，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成十字固定架。
55.如權(quán)利要求51所述的定日鏡，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成極固定架。
56.如權(quán)利要求49所述的定日鏡，其特征在于，所述收集器具有真實(shí)的焦點(diǎn)以及在0.5m和2m之間的孔。
57.如權(quán)利要求49所述的定日鏡，其特征在于，還包括與所述馬達(dá)保持通信的控制單元，所述控制單元利用對(duì)使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的表達(dá)式來(lái)控制所述追蹤運(yùn)動(dòng)。
58.一種中央設(shè)備包括多個(gè)定日鏡，所述定日鏡的每一個(gè)包括第一主支撐；安裝在所述第一主支撐上的第一追蹤單元，所述第一追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第一無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第一支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的第一圓柱形鼓，所述鼓限定了鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述鼓固定連接以在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第一中心軸；安裝在所述鼓外表面上的第一彈簧，所述第一彈簧具有垂直于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的彈簧軸線；以及安裝在所述鼓外表面上的第一錨固件；安裝在所述支撐結(jié)構(gòu)上的與所述鼓相鄰的第一圓柱形絞盤，所述絞盤限定了平行于所述鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的絞盤外表面；具有第一端和第二端的第一纜線，所述纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述錨固件固定連接，所述第二端與所述彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述鼓所需作用力的作用力使得所述彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述主支撐上用于提供追蹤運(yùn)動(dòng)的第一馬達(dá)；與所述馬達(dá)和所述圓柱形絞盤保持通信的第一傳動(dòng)系統(tǒng)，以將來(lái)自于所述馬達(dá)的所述追蹤運(yùn)動(dòng)傳送到所述絞盤；收集器，所述中央設(shè)備還包括能量轉(zhuǎn)換單元。
59.如權(quán)利要求58所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
60.如權(quán)利要求58所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一追蹤單元布置在第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，并且還包括布置在第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上的第二追蹤單元，所述第二追蹤單元包括用于天體追蹤機(jī)構(gòu)的第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置，所述第二無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置包括第二支撐結(jié)構(gòu)；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的第二圓柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線并且與所述第二鼓固定連接以在所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)軸線隨著所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的第二中心軸；安裝在所述第二鼓外表面上的第二彈簧，所述第二彈簧具有垂直于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二彈簧軸線；以及安裝在所述第二鼓外表面上的第二錨固件；安裝在所述第二支撐結(jié)構(gòu)上的與所述第二鼓相鄰的第二圓柱形絞盤，所述第二絞盤限定了平行于所述第二鼓轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的第二絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和沿其圓周的第二絞盤外表面；具有第一端和第二端的第二纜線，所述第二纜線沿著第一方向緊緊纏繞在所述第二鼓上以及沿著第二方向緊緊纏繞在所述絞盤上，其中所述第一端與所述第二錨固件固定連接，所述第二端與所述第二彈簧固定連接，并且利用大于轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二彈簧保持張緊狀態(tài)，從而沿著第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二絞盤將使得所述鼓沿著第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)基本上為零的偏移和基本上為零的漂移；以及安裝在所述第二主支撐上用于提供第二追蹤運(yùn)動(dòng)的第二馬達(dá)；以及與所述第二馬達(dá)和所述第二圓柱形絞盤保持通信的第二傳動(dòng)系統(tǒng)，以將來(lái)自于所述第二馬達(dá)的所述第二追蹤運(yùn)動(dòng)傳送到所述第二絞盤。
61.如權(quán)利要求60所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第二馬達(dá)是從步進(jìn)馬達(dá)和直流馬達(dá)的組中選擇的。
62.如權(quán)利要求60所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成方位角-高度固定架。
63.如權(quán)利要求60所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成十字固定架。
64.如權(quán)利要求60所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二追蹤單元被布置成極固定架。
65.如權(quán)利要求58所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述收集器具有真實(shí)的焦點(diǎn)以及在0.5m和2m之間的孔。
66.如權(quán)利要求58所述的中央設(shè)備，其特征在于，所述能量轉(zhuǎn)換單元是從包括熱發(fā)生器、聚焦光電電池和平光電電池的組中選擇的。
67.如權(quán)利要求58所述的中央設(shè)備，其特征在于，布置成熱電聯(lián)供(CHP)系統(tǒng)。
68.如權(quán)利要求58所述的中央設(shè)備，其特征在于，還包括用于測(cè)量太陽(yáng)入射通量的差動(dòng)裝置，以提供所述追蹤運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制。
69.如權(quán)利要求58所述的中央設(shè)備，其特征在于，還包括與所述馬達(dá)保持通信的控制單元，所述控制單元利用對(duì)于使得太陽(yáng)入射通量最大的方向的表達(dá)式來(lái)控制所述追蹤運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高效、小型、熱電聯(lián)供(CHP)聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，該太陽(yáng)能系統(tǒng)特別是為住宅和其它較低的功率應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)的，使其成本節(jié)省和經(jīng)濟(jì)可行。孔在1和2米之間的盤狀反射器的兩軸追蹤確保200和800 suns之間的高或者更高的會(huì)聚比。因此，可在收集器冷卻劑(可是油、氣體或者加壓水)的出口處達(dá)到120－180℃的很高冷卻劑出口溫度。高冷卻劑溫度是具有優(yōu)勢(shì)的，這是因?yàn)樗鼈兛捎糜诳諝庹{(diào)節(jié)。較高的聚集度是具有優(yōu)勢(shì)的，這是因?yàn)榫奂容^高能夠提高為集中輻射設(shè)計(jì)的光電電池的效率。總效率大于60％。另外，被設(shè)計(jì)成為無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置的一種簡(jiǎn)單但精確的驅(qū)動(dòng)裝置被提供以驅(qū)動(dòng)聚集太陽(yáng)能的系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)裝置具有基本為零的偏移以及基本上為零的漂移。最好，使用兩個(gè)無(wú)線電轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置并且沿著方位角－高度固定架、極固定架或者十字固定架的兩個(gè)軸進(jìn)行追蹤。
文檔編號(hào)H01L31/052GK1826496SQ200480020067
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者A·克里布斯, N·－A·利維, D·卡夫托里 申請(qǐng)人:特拉維夫大學(xué)拉莫特有限公司