專利名稱：太陽(yáng)能收集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能聚光器，并具體涉及收集太陽(yáng)能用于太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)能加熱的太陽(yáng)能聚光器。本發(fā)明主要用作有效收集太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)換成電和/或太陽(yáng)能熱水應(yīng)用設(shè)備的太陽(yáng)能聚光器，并且以下將參照這種應(yīng)用對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。然而，應(yīng)理解的是本發(fā)明不限于這個(gè)具體的應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全篇說(shuō)明書中對(duì)背景技術(shù)的任何討論都不得視為是對(duì)這些背景技術(shù)即為現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可，這些背景技術(shù)也不得視為公知或構(gòu)成本領(lǐng)域的部分一般常識(shí)。 用于收集和聚集太陽(yáng)輻射的裝置為人們所熟知，并且經(jīng)常是以反射器的形式出現(xiàn)，反射器具有整體龐大的幾何形狀，由線形聚焦槽或點(diǎn)狀聚焦碟構(gòu)成。槽式和碟式太陽(yáng)能收集器二者都可使用拋物面反射器，拋物面反射器將入射到其上的太陽(yáng)輻射反射到焦點(diǎn)(碟式)或線性焦點(diǎn)(槽式)，在焦點(diǎn)位置處設(shè)置一個(gè)用于將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成電能的裝置，例如光伏電池(例如太陽(yáng)能電池)?？商娲?，太陽(yáng)輻射可聚集到一個(gè)焦點(diǎn)，在焦點(diǎn)處來(lái)自太陽(yáng)輻射的熱量加熱太陽(yáng)能熱水應(yīng)用設(shè)備中的物質(zhì)，例如水。具有一級(jí)反射器和二次成像元件的聚光器也是已知的。在這些裝置中，一級(jí)反射器也是圓形或拋物面碟，該碟將入射到其上的太陽(yáng)輻射定向到二次成像元件，典型地是折射元件，從而最終將太陽(yáng)輻射聚焦到光伏電池。這種基于碟的太陽(yáng)能聚光器龐大笨拙，并且通常不易實(shí)現(xiàn)住宅安裝。而且，碟形太陽(yáng)能聚光器要求太陽(yáng)能電池接近于焦點(diǎn)處，這就在與可商購(gòu)的Icm2太陽(yáng)能電池相配合時(shí)將碟的尺寸限制為約500-1400cm2。每個(gè)碟通常需要其自身的跟蹤系統(tǒng)和支撐結(jié)構(gòu)，這就顯著增加了發(fā)電成本。人們采用了以下兩種方法，部分地克服了這些限制因素a)增大碟的尺寸并增加單位成本獲取/開發(fā)專門定制的太陽(yáng)能電池，或b)將較小的碟式聚光器一起堆疊到一個(gè)共有的用于跟蹤的框架上。然而，圓形碟例如不能以最佳空間效率進(jìn)行壓縮?；诘奶?yáng)能聚光器的另一個(gè)缺點(diǎn)是重心通常位于焦點(diǎn)與碟底座之間的某個(gè)位置。為了使碟跟蹤太陽(yáng)，碟需要在兩個(gè)軸線上進(jìn)行跟蹤，這在重心處是結(jié)構(gòu)上最有效的，因此要求將碟的一部分移除以設(shè)置支撐桿。也可設(shè)置其他碟支撐結(jié)構(gòu)和跟蹤系統(tǒng)，但相比之下有可能建造費(fèi)用更加昂貴并且體型笨拙。在將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成電能的情況下，太陽(yáng)能收集器可提供的電量與聚光因子(suns)和太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(百分比)的乘積成比例。很多現(xiàn)有的太陽(yáng)能收集器依靠被動(dòng)式冷卻來(lái)排熱。然而，聚光因子(suns)最大化會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池的溫度升高，并使電池的光轉(zhuǎn)換效率下降。因此，從這種被動(dòng)系統(tǒng)排熱的比率限制了太陽(yáng)能電池上的陽(yáng)光聚光因子。在增大這種設(shè)計(jì)的聚光因子以最大化功率輸出時(shí)，排熱效率就成為一種限制。對(duì)于增大聚光因子的另一個(gè)限制是以高聚光因子有效跟蹤太陽(yáng)的能力。光學(xué)畸變和跟蹤誤差共同限制了聚光因子的增大。
現(xiàn)有的用于組合式發(fā)電和熱水產(chǎn)生的太陽(yáng)能收集器典型地設(shè)計(jì)為，最大化發(fā)電優(yōu)先于熱水生成，因?yàn)殡姷膬r(jià)值更大，特別是在給予太陽(yáng)能發(fā)電補(bǔ)貼的情況下。這種組合式發(fā)電和熱水產(chǎn)生太陽(yáng)能收集器的設(shè)計(jì)目的與只用于發(fā)電的太陽(yáng)能收集器的設(shè)計(jì)目的相同，也就是說(shuō)目的都是最大化聚光因子與轉(zhuǎn)換效率的乘積。例如澳大利亞的多數(shù)國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)能裝置都使用低效率(<17% )的發(fā)電用硅光伏電池和分開的平板太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。這種基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)和效率在20年來(lái)沒(méi)有顯著改變，硅光伏電池的未來(lái)性能收益($/瓦)有可能是通過(guò)生產(chǎn)效率的遞增收益而獲得。然而，為了提高發(fā)電和熱水產(chǎn)生用國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)能設(shè)備的采用率，由于補(bǔ)貼減少，而且為太陽(yáng)能支付更高價(jià)格的市場(chǎng)意愿降低，就需要不斷降低這些設(shè)備的價(jià)格。 本發(fā)明的一個(gè)目的是基本克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)，或至少提供現(xiàn)有太陽(yáng)能聚光器的有用的替代方案
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，提供了一種用于反射太陽(yáng)輻射的反射器，該反射器具有一個(gè)反射器表面，該表面為凹形，并且其中該表面圍繞一個(gè)第一軸線和一個(gè)第二軸線彎曲，該第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲。根據(jù)第一方面的一種構(gòu)造，提供了一種用于反射太陽(yáng)輻射的反射器，該反射器具有一個(gè)反射器表面，該表面為凹形，并且其中該表面圍繞一個(gè)第一軸線和一個(gè)第二軸線彎曲，該第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲。該反射器可為伸長(zhǎng)形，使所述第二軸線為縱軸，其中所述表面具有拋物面構(gòu)形的橫截面。該第二軸線可跟隨一條拋物線軌跡。該反射器可為伸長(zhǎng)形，使所述第二軸線為縱軸，其中所述表面具有橢圓構(gòu)形、雙曲面構(gòu)形或部分圓形構(gòu)形的橫截面。該反射器表面可包括多個(gè)拋物面結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)反射器，從而形成反射器陣列。每個(gè)拋物面結(jié)構(gòu)均可為伸長(zhǎng)形或凹形結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)結(jié)構(gòu)圍繞該第一軸線和一個(gè)相應(yīng)的第二軸線彎曲，每個(gè)相應(yīng)的第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲。該反射器可包括圍繞該第一軸線和第二軸線二者的一個(gè)拋物面輪廓。一級(jí)反射器可包括圍繞該第一軸線的一個(gè)第一拋物線形輪廓和圍繞第二軸線的一個(gè)第二拋物線形輪廓。該反射器表面可包括關(guān)于第一軸線或第二軸線的截面輪廓，該截面選自下組圓形(即部分圓形)截面、拋物線形截面、橢圓形截面或雙曲線形截面。圍繞該第一軸線或/和該第二軸線的反射器表面可偏離一拋物線，這樣從該反射器表面反射的輻射就照射電池的一個(gè)通量密度基本上均勻的區(qū)域。根據(jù)第二方面，提供了一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備。該設(shè)備可包括至少一個(gè)反射器，每個(gè)反射器均根據(jù)第一方面。該設(shè)備可進(jìn)一步包括至少一個(gè)光伏電池，該光伏電池與每個(gè)表面相關(guān)聯(lián)并相對(duì)于該相關(guān)聯(lián)的表面而定位，以便接收由該相關(guān)聯(lián)的表面反射的輻射并將接收的輻射轉(zhuǎn)換成電能。根據(jù)第二方面的一種構(gòu)造，提供了一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個(gè)反射器，每個(gè)反射器均根據(jù)第一方面；至少一個(gè)光伏電池，該光伏電池與每個(gè)表面相關(guān)聯(lián)并相對(duì)于該相關(guān)聯(lián)的表面而定位，以便接收由該相關(guān)聯(lián)的表面反射的輻射并將接收的輻射轉(zhuǎn)換成電能。每個(gè)表面可相對(duì)于其相關(guān)聯(lián)的所述電池而配置和定位，使得從每個(gè)表面反射的輻射均照射該電池的通量密度基本上均勻的接收區(qū)。每個(gè)反射器均可為一級(jí)反射器。該設(shè)備可包括至少一個(gè)二級(jí)反射器，該二級(jí)反射器與這些一級(jí)反射器中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的一級(jí)反射器運(yùn)作性地相關(guān)聯(lián)。每個(gè)二級(jí)反射器可反射在相關(guān)聯(lián)的一級(jí)反射器處接收的太陽(yáng)輻射。該至少一個(gè)二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可為截錐形反射器。該設(shè)備可進(jìn)一步包括多個(gè)一級(jí)反射器，每個(gè)一級(jí)反射器均為由第一支撐部支撐的根據(jù)第一方面的一級(jí)反射器，每個(gè)一級(jí)反射器包括一個(gè)凹形反射器表面。該設(shè)備可進(jìn)一步包括由第二支撐部支撐的多個(gè)光伏電池，每個(gè)光伏電池設(shè)置在接收入射到相應(yīng)一級(jí)反射器的反射器表面上并由該反射器表面反射的輻射的位置。該設(shè)備可進(jìn)一步包括根據(jù)第一方面的二級(jí)反射器的多個(gè)二級(jí)反射器，每個(gè)二級(jí)反射器與一個(gè)對(duì)應(yīng)的一級(jí)反射器和一個(gè)相應(yīng)的光伏電池運(yùn)作性地相關(guān)聯(lián)。該設(shè)備可進(jìn)一步包括兩個(gè)一級(jí)反射器陣列和對(duì)應(yīng)的光伏電池，所述陣列被固定地附接到第一支撐部的相反側(cè)。每個(gè)一級(jí)反射器陣列可包括一個(gè)連續(xù)的反射片，該反射片具有多個(gè)凹形反射表面，這些凹形反射表面與一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池可操作地嚙合。第二支撐部可包括位于該第二支撐部中用于將入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的熱轉(zhuǎn)換裝置，其中該至少一個(gè)光伏電池與該熱轉(zhuǎn)換裝置熱連通，從而將入射到該至少一個(gè)光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞到該熱轉(zhuǎn)換裝置。該熱轉(zhuǎn)換裝置可包括一個(gè)用于使流體流過(guò)其中的裝置，其中所述流體被入射到第二支撐部上的過(guò)量太陽(yáng)輻射加熱。該熱轉(zhuǎn)換裝置可包括位于第二支撐部中的一個(gè)中空部或管道以及一個(gè)用于使流體流過(guò)該中空部或管道的泵。該流體可為水。在使用時(shí)，該流體由 入射到第二支撐部上的過(guò)量太陽(yáng)輻射以及入射到光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射加熱，其中這些過(guò)量太陽(yáng)輻射被轉(zhuǎn)換成熱能而不是電能。該熱轉(zhuǎn)換裝置可以調(diào)節(jié)光伏電池的溫度。來(lái)自該熱轉(zhuǎn)換裝置的至少一部分流體可流到一個(gè)儲(chǔ)存箱，該儲(chǔ)存箱包括一個(gè)用于加滿流體液位的流體入口和一個(gè)用于排出流體特別是熱流體的流體出口。在從出口排出的熱流體是熱水的情況下，可適合于家用或商用。可替代地，在使用的是除水之外的流體的情況下，可在流體出口后設(shè)置熱交換器從而提供家用或商用熱水。來(lái)自熱轉(zhuǎn)換裝置或來(lái)自儲(chǔ)存箱的至少一部分流體可流到一個(gè)散熱器，過(guò)多熱量可在通過(guò)泵返回到熱轉(zhuǎn)換裝置的中空部或管道之前在散熱器處被散發(fā)掉。泵的流速可以是可變的并且可以由流速控制裝置操作，該流速控制裝置包括一個(gè)溫度傳感器(例如熱電偶)，該溫度傳感器被運(yùn)作性地設(shè)置成測(cè)量循環(huán)流體的溫度。泵速以及因此流過(guò)熱轉(zhuǎn)換裝置的中空部或管道的流體的流速可由測(cè)量的循環(huán)流體的溫度以及因此流出熱轉(zhuǎn)換裝置的流體的溫度指示。根據(jù)第三方面，提供了一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備。該設(shè)備可包括第一支撐部和第二支撐部。該至少一個(gè)一級(jí)反射器可由該第一支撐部支撐。該反射器可包括一個(gè)凹形反射器表面。該至少一個(gè)光伏電池可由該第二支撐部支撐，并且可定位在接收由該反射器表面反射的輻射的位置，以便將所述輻射轉(zhuǎn)換成電能。該反射器表面圍繞一個(gè)第一軸線和一個(gè)第二軸線彎曲，該第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且沿著第一軸線彎曲。該反射器可根據(jù)第一方面。根據(jù)第三方面的一種構(gòu)造，提供了一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備，該設(shè)備包括第一支撐部和第二支撐部；由該第一支撐部支撐的至少一個(gè)一級(jí)反射器，該反射器包括一個(gè)凹形反射器表面；由該第二支撐部支撐的至少一個(gè)光伏電池，該光伏電池定位在接收由該反射器表面反射的輻射的位置，以便將所述輻射轉(zhuǎn)換成電能，其中該反射器表面圍繞該第一軸線和該第二軸線彎曲，該第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲。該反射器表面可包括圍繞該第一和第二軸線二者的拋物面輪廓。該反射器表面可包括選自下組的截面輪廓圓形(即部分圓形)截面、拋物線形截面、橢圓形截面或雙曲線形截面。該一級(jí)反射器可包括一個(gè)復(fù)合拋物面反射器，該復(fù)合拋物面反射器包括圍繞該第一軸線的一個(gè)第一拋物面以及圍繞該第二軸線的一個(gè)第二拋物線形輪廓。圍繞該第一軸線或/和該第二軸線的反射器表面可偏離一拋物線，這樣從該反射器表面反射的輻射就照射光伏電池的一個(gè)通量密度基本上均勻的接收區(qū)。 該設(shè)備可包括多個(gè)一級(jí)反射器，每個(gè)一級(jí)反射器均為如上所述的，由該第一支撐部支撐的一級(jí)反射器，每個(gè)一級(jí)反射器包括一個(gè)凹形反射器表面；以及由該第二支撐部支撐的多個(gè)光伏電池，每個(gè)光伏電池設(shè)置在接收入射到相應(yīng)的一級(jí)反射器的反射器表面上并由該反射器表面反射的輻射的位置。該設(shè)備可進(jìn)一步包括至少一個(gè)二級(jí)反射器，該二級(jí)反射器與一個(gè)相應(yīng)的一級(jí)反射器和一個(gè)相應(yīng)的光伏電池處于恒定光學(xué)工作嚙合，該二級(jí)反射器適配為從該相應(yīng)的一級(jí)反射器接收太陽(yáng)輻射并將其重定向到該對(duì)應(yīng)的光伏電池，否則該輻射不會(huì)入射到該光伏電池上。該至少一個(gè)二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件為截錐形反射器。該設(shè)備可進(jìn)一步包括多個(gè)二級(jí)反射器，每個(gè)二級(jí)反射器與一個(gè)對(duì)應(yīng)的一級(jí)反射器和一個(gè)相應(yīng)的光伏電池處于恒定工作嚙合。該設(shè)備可包括兩個(gè)一級(jí)反射器陣列和多個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池，所述陣列固定地附接到該第一支撐部的相反側(cè)。每個(gè)一級(jí)反射器陣列可包括一個(gè)連續(xù)的反射片，該反射片具有多個(gè)凹形反射表面，這些凹形反射表面與一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池可操作地嚙合。這些凹形反射表面可各自包括一個(gè)圍繞該第一軸線的拋物線形輪廓。每個(gè)拋物面可包括一個(gè)圍繞一個(gè)相關(guān)聯(lián)的第二軸線的拋物線形輪廓，每個(gè)第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲。這些凹形反射表面可各自包括圍繞該第一軸線的一個(gè)第一拋物線形輪廓以及圍繞該相關(guān)聯(lián)的第二軸線的一個(gè)第二拋物線形輪廓。該第二支撐部可包括一個(gè)用于將入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的熱轉(zhuǎn)換裝置。該至少一個(gè)光伏電池可與該熱轉(zhuǎn)換裝置熱連通，從而將入射到該至少一個(gè)光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞到該熱轉(zhuǎn)換裝置。該熱轉(zhuǎn)換裝置可包括一個(gè)用于使流體流過(guò)其中的裝置，其中在使用中所述流體由入射到第二支撐部上的過(guò)量太陽(yáng)輻射加熱。支架可由至少一個(gè)樞軸支撐，該樞軸在至少兩個(gè)方向上可轉(zhuǎn)動(dòng)的。該設(shè)備可進(jìn)一步包括使該支架圍繞該樞軸移動(dòng)的太陽(yáng)跟蹤裝置，以便隨著一天中入射太陽(yáng)輻射的方向變化來(lái)調(diào)整該設(shè)備的仰角以及該設(shè)備的水平角，從而跟蹤太陽(yáng)在天空的運(yùn)動(dòng)以及入射到該至少一個(gè)一級(jí)反射器到達(dá)光伏電池的入射太陽(yáng)輻射。根據(jù)第三方面的一種替代構(gòu)造，提供了一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備。該設(shè)備可包括第一支撐部和第二支撐部。該設(shè)備可進(jìn)一步包括由該第一支撐部支撐的至少一個(gè)一級(jí)反射器。該一級(jí)反射器可包括第一軸線和垂直于該第一軸線的第二軸線。該一級(jí)反射器可圍繞該第一和該第二軸線二者呈弧形。該一級(jí)反射器適配為將入射到其上的輻射聚焦到一個(gè)焦點(diǎn)處或聚焦區(qū)。該設(shè)備可進(jìn)一步包括由該第二支撐部支撐的至少一個(gè)光伏電池。該光伏電池可定位在接收入射到該至少一個(gè)一級(jí)反射器上的輻射的位置。該一級(jí)反射器可為伸長(zhǎng)形，其中該第一軸線可沿著該一級(jí)反射器的縱向維度對(duì)準(zhǔn)，并且該第二軸線可沿著該一級(jí)反射器的橫向維度對(duì)準(zhǔn)。在根據(jù)第三方面的另一種構(gòu)造中，提供了一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備，該設(shè)備包括第一支撐部和第二支撐部；由該第一支撐部支撐的至少一個(gè)一級(jí)反射器，所述一級(jí)反射器包括第一軸線和垂直于該第一軸線的第二軸線，其中該一級(jí)反射器圍繞該第一和該第二軸線二者呈弧形，并且適配將入射到其上的輻射聚焦到一個(gè)焦點(diǎn)處或聚焦區(qū)；由該第二支撐部支撐的至少一個(gè)光伏電池，所述光伏電池定位在接收入射到該至少一個(gè)一級(jí)反射器上的輻射的位置。該至少一個(gè)一級(jí)反射器可包括一個(gè)圍繞該第一軸線或該第二軸線或二者的拋物 線形輪廓。該至少一個(gè)一級(jí)反射器的輪廓可以是圍繞該第一和該第二軸線二者，以便將入射到其上的輻射定向到該焦點(diǎn)處或聚焦區(qū)。被定向的輻射在焦點(diǎn)處形成了圖像，然而該焦點(diǎn)通常不是點(diǎn)像，而是例如在光伏電池的一個(gè)接收區(qū)(激活區(qū))上成像的延伸面圖像。該至少一個(gè)一級(jí)反射器可為凹形反射器。該至少一個(gè)一級(jí)反射器可包括沿著第一軸線的拋物線形或圓形(即部分圓形)輪廓；以及沿著第二軸線的拋物線形或圓形(即部分圓形)輪廓。該至少一個(gè)一級(jí)反射器可包括沿著第一軸線的圓形(即部分圓形)輪廓；以及沿著第二軸線的圓形(即部分圓形)輪廓。該至少一個(gè)一級(jí)反射器可包括處于圓形(即部分圓形)輪廓和拋物線形輪廓之間的中間狀態(tài)的沿著第一軸線的曲線形輪廓；以及沿著第二軸線的圓形輪廓。上述任一構(gòu)造的圓形輪廓可為半圓形或部分圓形輪廓，其中該半圓形輪廓包括約180度的圓弧，并且該部分圓形輪廓包括小于180度的圓弧，例如從一點(diǎn)開始的約5度與約180度之間的角所對(duì)的弧。該一級(jí)反射器可為弧形。該一級(jí)反射器可為分段式。該一級(jí)反射器可由多個(gè)線性部分形成。由多個(gè)線性部分形成的一級(jí)反射器可接近于弧形輪廓，例如該多個(gè)線性部分可接近于圓形(即部分圓形)、拋物線形、橢圓形、雙曲線形或其他弧形或曲線形輪廓。該一級(jí)反射器可為卵形，例如沿著第一軸線或第二軸線的半卵形或四分之一卵形。該一級(jí)反射器可為沿著第一軸線或第二軸線的半球形或四分之一球形。該一級(jí)反射器可包括一個(gè)反射膜。該一級(jí)反射器可具有一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面，該內(nèi)表面是反光的。該反射膜可設(shè)置在該一級(jí)反射器的內(nèi)表面上。該反射膜可為防風(fēng)雨鋁板(例如厚度為O. 3mm的MIRO-SUN 90防風(fēng)雨鋁板)。該反射膜可以移動(dòng)和更換。第三方面的設(shè)備可包括由該第一支撐部支撐的多個(gè)一級(jí)反射器。每個(gè)一級(jí)反射器可沿著該第一軸線和該第二軸線彎曲。每個(gè)一級(jí)反射器可適配為將入射到其上的輻射聚焦到一個(gè)對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)處或聚焦區(qū)。該設(shè)備可進(jìn)一步包括由該第二支撐部支撐的多個(gè)光伏電池。每個(gè)光伏電池可設(shè)置在一個(gè)相應(yīng)的反射器的焦點(diǎn)處或聚焦區(qū)或接近于該焦點(diǎn)處或聚焦區(qū)，從而接收入射到該相應(yīng)的反射器上并由該反射器反射的輻射，并且可定位在接收反射的輻射的位置。在具體構(gòu)造中，該一個(gè)或多個(gè)一級(jí)反射器的輪廓均可提供相應(yīng)的光伏電池的整個(gè)接收區(qū)反射的輻射的分布式通量密度。該第一支撐部可為伸長(zhǎng)形，并且該多個(gè)一級(jí)反射器可沿著該伸長(zhǎng)形的第一支撐部配置在至少一個(gè)線性陣列中。該第二支撐部可為伸長(zhǎng)形，并且該多個(gè)光伏電池可沿著該伸長(zhǎng)形的第二支撐部設(shè)置在至少一個(gè)線性陣列中。該多個(gè)一級(jí)反射器各自可保持與相應(yīng)的光伏電池處于恒定光學(xué)工作嚙合。第一支撐部可固定地附接到第二支撐部上以形成支架。該支架可以是剛性的以便于使該多個(gè)一級(jí)反射器保持與相應(yīng)的光伏電池處于恒定光學(xué)工作嚙合。該支架的截面可接近于弧形。
該多個(gè)一級(jí)反射器可設(shè)置為連續(xù)波紋板的形式。每個(gè)一級(jí)反射器可限定在波紋板的相鄰頂點(diǎn)之間。相鄰的一級(jí)反射器可以彼此分離并隔開。該設(shè)備可進(jìn)一步包括至少一個(gè)二級(jí)反射器或折射器，該二級(jí)反射器或折射器與一個(gè)相應(yīng)的一級(jí)反射器和一個(gè)相應(yīng)的光伏電池處于恒定光學(xué)工作嚙合。該至少一個(gè)二級(jí)反射器或折射器可將入射輻射定向到相應(yīng)的光伏電池。在該設(shè)備包括多個(gè)一級(jí)反射器和多個(gè)相應(yīng)的光伏電池的情況下，該設(shè)備可進(jìn)一步包括多個(gè)二級(jí)反射器或折射器，每個(gè)二級(jí)反射器或折射器與一個(gè)相應(yīng)的一級(jí)反射器和一個(gè)相應(yīng)的光伏電池相關(guān)聯(lián)。該至少一個(gè)二級(jí)反射器可為截錐形。該至少一個(gè)二級(jí)反射器可包括一個(gè)鏡面。該至少一個(gè)二級(jí)反射器可包括一個(gè)反射膜。該二級(jí)反射器的反射率可在約80%到約100%之間,例如可為約80%，85%，90%，95%或約100%的反射率。該至少一個(gè)二級(jí)反射器可具有一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面,該內(nèi)表面是反光的。該反射膜可設(shè)置在該二級(jí)反射器的內(nèi)表面上。該反射膜或鏡面可為防風(fēng)雨鋁板(例如厚度為O. 3mm的MIRO-SUN 90防風(fēng)雨鋁板)。該至少一個(gè)二級(jí)反射器可為截錐形。該至少一個(gè)二級(jí)反射器或折射器可為截錐。該截錐可具有一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面，該內(nèi)表面是反光的。該反射膜可設(shè)置在該截錐的內(nèi)表面上。該截錐可設(shè)置在與其相應(yīng)的光伏電池相鄰的位置。第二至第六方面中任一方面的設(shè)備可進(jìn)一步包括一個(gè)電轉(zhuǎn)換裝置，該電轉(zhuǎn)換裝置與光伏電池運(yùn)作性地連接，從而將在該光伏電池中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。第二至第六方面中任一方面的設(shè)備可進(jìn)一步包括一個(gè)包含在該第二支撐部中用于將入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的熱轉(zhuǎn)換裝置，其中該光伏電池與內(nèi)支撐部熱連通，從而將入射到該光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞到該熱轉(zhuǎn)換裝置。該熱轉(zhuǎn)換裝置可包括一個(gè)中空部或管道以及一個(gè)用于使流體流過(guò)該中空部或管道的泵，其中所述流體被入射到內(nèi)支撐部上的過(guò)量太陽(yáng)輻射和入射到光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射加熱。根據(jù)第七方面，提供了一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備。該設(shè)備可包括一個(gè)支架，該支架包括第一支撐部和第二支撐部，其中該第一支撐部和該第二支撐部是分開的并且固定地相互連接。該設(shè)備可進(jìn)一步包括至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件，該元件固定地附接到該第一支撐部上。該設(shè)備可進(jìn)一步包括固定地附接到該第二支撐部上的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池，該光伏電池適配為接收太陽(yáng)輻射并將所述輻射轉(zhuǎn)換成電能。該一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可適配為接收入射太陽(yáng)輻射并將該太陽(yáng)輻射定向到對(duì)應(yīng)的光伏電池。根據(jù)第七方面的一種構(gòu)造，提供了一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)支架，該支架包括第一支撐部和第二支撐部，其中該第一支撐部和該第二支撐部是分開的并且固定地相互連接；至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件，該元件固定地附接到該第一支撐部上；以及至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池，該光伏電池固定地附接到該第二支撐部上，該光伏電池適配為接收太陽(yáng)輻射并將該輻射轉(zhuǎn)換成電能，其中該一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件適配為接收入射太陽(yáng)輻射并將該太陽(yáng)輻射定向到對(duì)應(yīng)的光伏電池。在第七方面的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造中，該設(shè)備可包括任意適當(dāng)組合的任一項(xiàng)或多項(xiàng)以下特征。該支架可適配為保持該至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件與對(duì)應(yīng)的光伏電池之間的恒定光學(xué)工作關(guān)系。該第一支撐部和該第二支撐部可為伸長(zhǎng)形。該支架的截面可接近于弧形。在第七方面的另一種構(gòu)造中，該設(shè)備可進(jìn)一步包括多個(gè)相似的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件，這些一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件固定地附接到該伸長(zhǎng)形的第一支撐部上或并沿著該伸長(zhǎng)形第一支撐部排列。在這種構(gòu)造中，該設(shè)備可進(jìn)一步包括多個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池，這些光伏電池固定地附接到該第二支撐部上或并沿著該第二支撐部排列。在這種構(gòu)造中，該多個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件各自可通過(guò)支架保持與對(duì)應(yīng)的光伏電池的恒定光學(xué)工作關(guān)系。 該設(shè)備可進(jìn)一步包括兩個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件陣列和多個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池，這些陣列固定地附接到該第一支撐部的相反側(cè)。該多個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可適配為固定地附接到至少一個(gè)相鄰的相似一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件上。這些一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可配置為使一個(gè)拉桿可與一個(gè)陣列中的多個(gè)一級(jí)聚光元件聯(lián)接，從而緊固該一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件陣列。該拉桿可將其緊固的陣列進(jìn)行加固。每個(gè)一級(jí)聚光元件可具有一個(gè)通道，該通道位于該元件的外表面上，該拉桿可穿過(guò)該通道。相鄰一級(jí)聚光元件的外表面上的通道可對(duì)準(zhǔn)，使得拉桿可穿過(guò)這些通道并緊固相鄰的一級(jí)聚光元件。一旦拉桿已穿過(guò)這些通道，就可在該拉桿的任一端設(shè)置一個(gè)緊固凸耳，從而防止該拉桿從這些通道滑出。每個(gè)一級(jí)反射器陣列包括一個(gè)連續(xù)的反射片，該反射片具有多個(gè)凹形反射表面，這些凹形反射表面與一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池可操作地嚙合。在包括至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件陣列的構(gòu)造中，該陣列中的每個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可以與相鄰的相似太陽(yáng)能聚光元件分開約5cm至40cm之間的距離。在其他構(gòu)造中，該陣列中的每個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可以與相鄰的相似太陽(yáng)能聚光元件分開約10，15，20，25，30或35cm的距離。在固定地附接到第一支撐部上的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件之間可以有空隙，以使任何雨水和塵土可以排出。還可以有一個(gè)沿著一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件在縱向上延伸的窄槽，以使任何雨水和塵土可以排出。在第七方面的其他構(gòu)造中，該設(shè)備的該至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可采用第一方面的至少一個(gè)一級(jí)反射器的形式。根據(jù)第八方面，提供了根據(jù)第二至第七方面中任一方面的利用太陽(yáng)能的裝置，其中第二支撐部進(jìn)一步包括一個(gè)用于將入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的熱轉(zhuǎn)換裝置。至少一個(gè)光伏電池也可與該熱轉(zhuǎn)換裝置熱連通，從而將入射到該至少一個(gè)光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞到該熱轉(zhuǎn)換裝置。該熱轉(zhuǎn)換裝置可包括一個(gè)用于使流體流過(guò)其中的裝置，其中在使用中所述流體被入射到第二支撐部上的過(guò)量太陽(yáng)輻射加熱。該熱轉(zhuǎn)換裝置可包括一個(gè)中空的擠壓鋁材。在具體構(gòu)造中，該流體可為水，并且該熱轉(zhuǎn)換裝置可適配為提供溫度高于50攝氏度的水。該熱轉(zhuǎn)換裝置可適配為提供溫度在約50攝氏度與約70攝氏度之間的水。該水可引導(dǎo)到一個(gè)儲(chǔ)存箱。在其他構(gòu)造中，該第一支撐部可包括一個(gè)散熱器，該散熱器用于接收從該熱轉(zhuǎn)換裝置流出的流體，過(guò)多熱量在返回到該熱轉(zhuǎn)換裝置之前在該散熱器處被散發(fā)掉。在其他構(gòu)造中，該支架可包括一個(gè)散熱器，該散熱器用于接收從該熱轉(zhuǎn)換裝置流出的流體，過(guò)多熱量在返回到該熱轉(zhuǎn)換裝置之前在該散熱器處被散發(fā)掉。在任何構(gòu)造中，該散熱器也可從一個(gè)儲(chǔ)存箱接收流體，并且該流體可為水。在第八方面的另一種構(gòu)造中，該設(shè)備可包括一個(gè)流速控制裝置，該流速控制裝置適配為控制流過(guò)該熱轉(zhuǎn)換裝置的流體的流速，以控制該流體離開該熱轉(zhuǎn)換裝置時(shí)的流出溫度。該流速控制裝置可包括一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，以便監(jiān)測(cè)進(jìn)入和離開該熱轉(zhuǎn)換裝置的流體的溫度。該流速控制裝置可為具有可變流速的恒溫調(diào)節(jié)循環(huán)泵。根據(jù)第九方面，提供一種太陽(yáng)能收集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括第一支撐部和第二支撐部。該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括由該第一支撐部支撐的至少一個(gè)反射器(該一級(jí)反射器可為一級(jí) 反射器)。該一級(jí)反射器可包括第一軸線和垂直于該第一軸線的第二軸線。該一級(jí)反射器可圍繞該第一和該第二軸線二者呈弧形。該反射器可包括一個(gè)凹形反射器表面，其中該反射表面圍繞該第一軸線和第二軸線彎曲，該第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲。該一級(jí)反射器可適配為將入射到其上的輻射聚焦到一個(gè)焦點(diǎn)處或聚焦區(qū)。該設(shè)備可進(jìn)一步包括由該第二支撐部支撐的至少一個(gè)光伏電池。該光伏電池可定位在接收入射到該至少一個(gè)一級(jí)反射器上的輻射的位置，從而將該輻射轉(zhuǎn)換成電能和熱能。該光伏電池可設(shè)置在或接近于該焦點(diǎn)處或聚焦區(qū)的位置。該至少一個(gè)光伏電池可與一個(gè)對(duì)應(yīng)的一級(jí)反射器可操作地嚙合；一個(gè)電轉(zhuǎn)換裝置與該光伏電池運(yùn)作性地連接，從而將在該光伏電池中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括一個(gè)包含在該第二支撐部中用于將入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的熱轉(zhuǎn)換裝置。該光伏電池可與內(nèi)支撐部熱連通，從而將入射到該光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞到該熱轉(zhuǎn)換裝置。根據(jù)第九方面的構(gòu)造，提供了一種太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一支撐部和第二支撐部；由該第一支撐部支撐的至少一個(gè)反射器(該反射器可為一級(jí)反射器)，所述一級(jí)反射器包括一個(gè)凹形反射器表面，其中該反射表面圍繞一個(gè)第一軸線和第二軸線彎曲，該第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲；由該第二支撐部支撐的至少一個(gè)光伏電池，所述光伏電池被定位成接收入射到該至少一個(gè)一級(jí)反射器上的輻射，從而將該輻射轉(zhuǎn)換成電能和熱能，其中該至少一個(gè)光伏電池與一個(gè)對(duì)應(yīng)的一級(jí)反射器可操作地嚙合；一個(gè)電轉(zhuǎn)換裝置，該電轉(zhuǎn)換裝置與該光伏電池運(yùn)作性地連接，從而將該光伏電池中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電能，其中該光伏電池與內(nèi)支撐部熱連通，從而將入射到該光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞到該熱轉(zhuǎn)換裝置。該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括至少一個(gè)二級(jí)反射器，該二級(jí)反射器與一個(gè)相應(yīng)的一級(jí)反射器和一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池處于恒定光學(xué)工作接合，這樣該系統(tǒng)就適配為將入射到其上的太陽(yáng)輻射從一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件定向，該二級(jí)反射器適配為從該相應(yīng)的一級(jí)反射器接收太陽(yáng)輻射并將其重定向到該對(duì)應(yīng)的光伏電池，否則該輻射不會(huì)入射到該光伏電池上，因此有助于該設(shè)備的發(fā)電和生熱，并提高了入射輻射到電能或熱能的轉(zhuǎn)換效率。該系統(tǒng)可包括兩個(gè)一級(jí)反射器陣列和多個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池，每個(gè)陣列包括多個(gè)反射器，每個(gè)反射器固定地附接到第一支撐部上，其中每個(gè)陣列附接到該第一支撐部的相反偵U。在一種具體構(gòu)造中，每個(gè)一級(jí)反射器陣列可包括一個(gè)連續(xù)的反射片，該反射片具有多個(gè)凹形反射表面，這些凹形反射表面與一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池可操作地嚙合。該熱轉(zhuǎn)換裝置可包括一個(gè)中空部或通道以及一個(gè)用于使流體流過(guò)該中空部或通道的泵，其中在使用時(shí)，所述流體被入射到內(nèi)支撐部上的過(guò)量太陽(yáng)輻射和入射到光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射加熱。該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括一個(gè)流體出口，用于提取家用或商用的加熱的流體。該一級(jí)反射器可為伸長(zhǎng)形，其中該第一軸線可沿著該一級(jí)反射器的縱向維度對(duì)準(zhǔn)，并且該第二軸線可沿著該一級(jí)反射器的橫向維度對(duì)準(zhǔn)。在本發(fā)明所披露的任一方面的構(gòu)造中，該設(shè)備的該至少一個(gè)(一級(jí))反射器或該至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可分別為反射器，并且可適配為反射太陽(yáng)輻射。該太陽(yáng)反射器可包括一個(gè)反射膜。該太陽(yáng)反射器可具有一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面，該內(nèi)表面是反光 的。該反射膜可設(shè)置在該太陽(yáng)反射器的內(nèi)表面上。該反射膜可為防風(fēng)雨鋁板(例如厚度為O. 3mm的MIRO-SUN 90防風(fēng)雨鋁板)。該反射膜可以移動(dòng)和更換。在具體構(gòu)造中，該太陽(yáng)反射器可為長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器。該長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器可具有與第一維度相應(yīng)的圍繞至少一個(gè)第一軸線的弧形截面。該長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器可具有二維弧形截面。在其他構(gòu)造中，在沿著第一軸線對(duì)準(zhǔn)的第一維度中，該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器的截面可選自下組圓形(即部分圓形)截面、拋物線形截面、橢圓形截面或雙曲線形截面。在關(guān)于第二軸線的第二維度中，該第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲，該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器的截面可選自下組圓形(即部分圓形)截面、拋物線形截面、橢圓形截面或雙曲線形截面。在一個(gè)具體構(gòu)造實(shí)例中，該長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器可包括沿著第一軸線的拋物線形截面和沿著垂直于第一軸線的第二軸線的圓形(即部分圓形)截面。該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器可包括部分拋物面反射器。該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器可包括一個(gè)拋物面碟式反射器的伸長(zhǎng)形部分。該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器可包括沿著第一軸線(即在該伸長(zhǎng)形一級(jí)反射器的縱向方向上)的拋物線形輪廓；以及沿著第二軸線(即在該伸長(zhǎng)形一級(jí)反射器的橫向方向上)的圓形(即部分圓形)輪廓。該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器可包括在縱向方向上的圓形(即部分圓形)輪廓；在橫向方向上的圓形(即部分圓形)輪廓。該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器可包括處于圓形(即部分圓形)輪廓和拋物線形輪廓之間的中間狀態(tài)的在縱向方向上的曲線形輪廓；以及在橫向方向上的的圓形(即部分圓形)輪廓。上述任何構(gòu)造的圓形輪廓可為半圓形或部分圓形輪廓，其中該半圓形輪廓包括約180度的圓弧，并且該部分圓形截面包括小于180度的圓弧，例如從一點(diǎn)開始的約5度與約180度之間的角所對(duì)的弧。在第一至第九方面中任一方面的構(gòu)造實(shí)例中，該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器的維度可為寬度在約15cm與35cm之間和長(zhǎng)度在約60cm至IOOcm之間。在第一至第六方面中任一方面的其他構(gòu)造實(shí)例中，該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器的維度可為寬度約25cm和長(zhǎng)度約80cm。還可以有一個(gè)沿著該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器在縱向上延伸的窄槽，以使任何雨水和塵土可以排出。在其他構(gòu)造中，第二至第九方面中任一方面的設(shè)備可進(jìn)一步包括至少一個(gè)二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件。該二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可與一個(gè)對(duì)應(yīng)的一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件以及一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池處于恒定光學(xué)工作嚙合，從而將入射到該對(duì)應(yīng)的一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件上的輸入太陽(yáng)光輻射聚集到該對(duì)應(yīng)的光伏電池上。該二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可為至少一個(gè)二級(jí)反射器或折射器。該至少一個(gè)二級(jí)反射器或折射器可以固定地嚙合到支架的第二支撐部上。該至少一個(gè)二級(jí)反射器可包括一個(gè)鏡面。該至少一個(gè)二級(jí)反射器可包括一個(gè)反射膜。該至少一個(gè)二級(jí)反射器可具有一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面，該內(nèi)表面是反光的。該反射膜可設(shè)置在該二級(jí)反射器的內(nèi)表面上。該反射膜可為防風(fēng)雨鋁板(例如厚度為O. 3mm的MIRO-SUN 90防風(fēng)雨鋁板)。該至少一個(gè)二級(jí)反射器或折射器可為截錐形并且可為截錐。該截錐可具有一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面，該內(nèi)表面是反光的。該反射膜可設(shè)置在該截錐的內(nèi)表面上。該反射膜可設(shè)置在與其相應(yīng)的光伏電池相鄰的位置。在第二至第九方面中任一方面的任一構(gòu)造的設(shè)備中，該設(shè)備的聚光因子可大于500倍。在一些構(gòu)造中，該設(shè)備的聚光因子可大于1000倍。在一些構(gòu)造中，該設(shè)備的聚光因子可在900倍與2500倍之間的范圍。在一個(gè)構(gòu)造實(shí)例中，該設(shè)備的聚光因子可在1200倍與1600倍之間的范圍。在另一個(gè)構(gòu)造實(shí)例中，該設(shè)備的聚光因子可為約1450倍。在第二至第九方面中任一方面的任一構(gòu)造中，該設(shè)備的支架可由至少一個(gè)樞軸支撐，該樞軸在至少兩個(gè)方向上是可轉(zhuǎn)動(dòng)的。該樞軸可位于臨近該設(shè)備重心的水平軸線的位置或在該水平軸線上。
該設(shè)備可進(jìn)一步包括使該支架圍繞該樞軸移動(dòng)的太陽(yáng)跟蹤裝置，以便隨著一天中入射太陽(yáng)輻射的方向變化來(lái)調(diào)整該設(shè)備的仰角以及該設(shè)備的水平角，從而跟蹤太陽(yáng)在天空的視運(yùn)動(dòng)。該光伏電池可為III-V組三結(jié)聚光光伏(“CPV”)電池。該CPV電池可為鎵銦磷-鎵銦砷-鍺電池或磷化鎵銦-砷化鎵-鍺電池或其他適當(dāng)?shù)娜Y(jié)電池。本發(fā)明的設(shè)備將必要的CPV排熱與低品位熱能作為熱水的高效使用相結(jié)合。該一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可為太陽(yáng)反射器。該太陽(yáng)反射器可根據(jù)10xl0_ CPV電池的要求把光聚集到一個(gè)點(diǎn)。拋物面碟式反射器具有要求將光聚焦到一個(gè)點(diǎn)的簡(jiǎn)單幾何形狀。本發(fā)明的太陽(yáng)反射器可包括拋物面碟式矩形部分?？稍谝粋€(gè)包括第一支撐部和第二支撐部的中心支架的兩側(cè)并排安裝兩個(gè)或更多個(gè)太陽(yáng)反射器。該中心支架還可支撐一個(gè)安裝在中部的接收管。還可在該中心支架的每一側(cè)安裝一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)反射器?？稍谠撝行闹Ъ艿拿恳粋?cè)安裝 2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，30，35，40，45，50，60，70，80，90，100 或更多個(gè)太陽(yáng)反射器?？稍诿總€(gè)太陽(yáng)反射器的焦點(diǎn)(或聚焦區(qū))附近沿著接收管的長(zhǎng)度或在接收管的任一側(cè)在接收管上安裝一個(gè)CPV電池。在使用時(shí)，每個(gè)太陽(yáng)反射器將太陽(yáng)光聚焦并且因此聚集到其對(duì)應(yīng)的CPV電池。循環(huán)流過(guò)該管的傳熱流體從CPV電池帶走熱量(該傳熱流體可為水或某種其他傳熱流體)。本發(fā)明的設(shè)備將陽(yáng)光高度聚集到CPV電池上。本發(fā)明的設(shè)備可包括通過(guò)太陽(yáng)反射器雙軸跟蹤太陽(yáng)的裝置。雖然進(jìn)行跟蹤增加了系統(tǒng)成本，但它對(duì)于相同光伏(PV)系統(tǒng)額定峰值功率而言，也增加了以千瓦時(shí)(kWhr)計(jì)的總發(fā)電量的10% -30%。這就使所安裝PV系統(tǒng)要求的額定峰值功率與標(biāo)準(zhǔn)光伏相比降低了約30%。本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)基本部件是CPV電池。CPV電池只占整個(gè)設(shè)備成本的一小部分。本發(fā)明的設(shè)備圍繞著單一的高科技部件，即可商購(gòu)的CPV電池而設(shè)計(jì)。EMCORE和SpectroLab (增加或去除Cyrium)供應(yīng)類似的CPV電池，具有20年有限廠家保修，因此避免了唯一供應(yīng)商壟斷和高科技開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)部件(跟蹤器、支架、鏡支架、接收器、桿支座)的平衡可利用廣泛可得的制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)。該太陽(yáng)反射器可包括一個(gè)薄膜鏡(Alanod MIR0-SUN)。發(fā)明人已進(jìn)行了估算，與目前最低成本的零售PV板市場(chǎng)相比，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的制造成本具有成本競(jìng)爭(zhēng)力并且可以盈利($/瓦)。由于使用太陽(yáng)跟蹤，對(duì)于相同峰值系統(tǒng)額定功率可多發(fā)電10%-30% (千瓦時(shí))，消費(fèi)者會(huì)從中受益。通過(guò)使太陽(yáng)能熱水收集器免費(fèi)，消費(fèi)者也會(huì)從中受益。雖然PV模塊價(jià)格已穩(wěn)定下降多年，但由于更廣泛地采用高容量生產(chǎn)并且部件價(jià)格下降，CPV系統(tǒng)的價(jià)格有可能更快速地下降。本發(fā)明的設(shè)備與常規(guī)的太陽(yáng)能PV和熱水相比具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成本優(yōu)勢(shì)。為了保持在太陽(yáng)能光伏(+光熱)(PV(+T))市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，需要不斷進(jìn)行改進(jìn)。CPV電池制造商已將CPV電池效率穩(wěn)定地提高到了 39%，在未來(lái)18個(gè)月內(nèi)有可能進(jìn)一步提高到>40%。每次CPV電池效率的提高都可結(jié)合到本發(fā)明的設(shè)備中，而不改變光學(xué)幾何或重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)。熱電裝置(與相同裝置的珀耳帖致冷相反，也就是說(shuō)如果對(duì)整個(gè)裝置施以溫差，則產(chǎn)生電流=功率輸出)是可商購(gòu)的，其25x25mm尺寸(與CPV電池相配)具有約為3mm厚度的狹窄形狀因數(shù)，并且也可結(jié)合到本發(fā)明的設(shè)備中。存在的唯一問(wèn)題是，目前的效率低，因此額外發(fā)電量也低，約為每塊電池2瓦。然而，目前正進(jìn)行一項(xiàng)研究，該研究可提高效率，并在太陽(yáng)能收集器(例如在本文進(jìn)行說(shuō)明的本發(fā)明的設(shè)備)中結(jié)合CPV電池經(jīng)濟(jì)使用熱電發(fā)生器。本發(fā)明的設(shè)備是一種高效新型，集太陽(yáng)能發(fā)電和熱水于一體，提供了附加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，由于使用跟蹤帶來(lái)更多千瓦時(shí)功率，并且降低了組合式電熱水系統(tǒng)的成本，使消費(fèi)者受益并采用分布式可再生能源。
具有本發(fā)明的構(gòu)造的光學(xué)裝置可應(yīng)用于廣泛的光學(xué)裝置技術(shù)領(lǐng)域，并且可由各種材料制成。以下說(shuō)明將討論本發(fā)明的光學(xué)裝置以多種反射構(gòu)造實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)實(shí)施方案，因?yàn)槎鄶?shù)目前可獲得的光學(xué)裝置都是利用反射光學(xué)制成，并且本發(fā)明最常見的應(yīng)用會(huì)涉及反射光學(xué)。然而，本發(fā)明還可有利地利用反射、衍射、全息技術(shù)以及反射和上述技術(shù)的組合。因此，本發(fā)明并不局限于利用反射光學(xué)制成的裝置，還會(huì)包括以一種或多種可使用的光學(xué)方法中的一個(gè)或組合以及本領(lǐng)域的技術(shù)人員可獲得的技術(shù)制造的裝置。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明現(xiàn)在將參照附圖僅通過(guò)舉例的方式對(duì)太陽(yáng)能收集器的構(gòu)造進(jìn)行說(shuō)明，在附圖中圖I是在此所述的、用于收集和使用太陽(yáng)能的一種裝置的示意性構(gòu)造；圖2A是在此所述的用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的示意性構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例的透視圖，該設(shè)備具有兩個(gè)陣列中的四個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件；圖2B是在此所述的、圖2A的設(shè)備的示意性構(gòu)造的另一個(gè)透視圖；圖2C是圖2A的設(shè)備的第二支撐部的示意圖；圖2D是圖2A的構(gòu)造的另一個(gè)透視圖，示出了一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件的反射表面與第一軸線和第二軸線之間的關(guān)系，該反射表面圍繞該第一軸線和該第二軸線彎曲。圖3A和圖3B是用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的構(gòu)造的實(shí)例的俯視圖，該設(shè)備包括兩個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件陣列；圖4是在此所述設(shè)備的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件的實(shí)例的示意圖；圖5A和圖5B分別是一個(gè)拋物面碟式反射器的倒置圖示和透視圖示，該反射器的一部分可用于形成為在此所述設(shè)備的構(gòu)造的太陽(yáng)反射器；圖6A是圖2A的設(shè)備的第二支撐部的另一種構(gòu)造，該設(shè)備包括一個(gè)二級(jí)反射器；圖6B是使用和不使用二級(jí)反射器的總收集效率(百分率)圖。圖6C和圖6D對(duì)應(yīng)地是截錐形二級(jí)反射器的實(shí)例的前透視圖和后透視圖。圖6E和圖6F是將二級(jí)反射器安裝到第二支撐部的內(nèi)部上的方法的兩個(gè)實(shí)例。
圖6G和圖6H分別是整個(gè)光伏電池的輻射通量分布的兩個(gè)實(shí)例。圖7為一個(gè)傳熱裝置的構(gòu)造的實(shí)例的截面圖，該傳熱裝置適合用于提取在用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備中產(chǎn)生的熱量。圖8A至圖8G為用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的實(shí)例的不同視圖。圖9為用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的替代實(shí)例的前透視圖。

圖10為用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的另一個(gè)替代實(shí)例的前透視圖。圖11為用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的又另一個(gè)替代實(shí)例的前透視圖。圖12為用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的另一個(gè)替代實(shí)例的前透視圖，詳細(xì)示出了截錐形二級(jí)反射器。
圖13A為在該設(shè)備的支架中使用的模塊擠壓件的透視圖，其中圖13B為示出了兩個(gè)這種擠壓件的連接的示意圖，并且圖13C為圖12的設(shè)備的詳圖，示出了用于形成該設(shè)備的一級(jí)反射器的支架的使用中的多個(gè)這種擠壓件。圖14為用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的另一個(gè)替代實(shí)例的前透視圖，詳細(xì)示出了截錐形二級(jí)反射器。圖15為根據(jù)本發(fā)明的用于收集和使用太陽(yáng)能的系統(tǒng)的流程圖。
定義以下定義提供的是一般性定義，不會(huì)將本發(fā)明的范圍限于這些術(shù)語(yǔ)本身，而是為了更好地理解以下說(shuō)明而進(jìn)行定義。
除以其他方式定義，這里使用的科技術(shù)語(yǔ)具有相同的含義，這是本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員普遍理解的。為了本發(fā)明的目的，以下將對(duì)以下術(shù)語(yǔ)進(jìn)行定義。本文中使用的冠詞“一個(gè)”(a和an)是指一個(gè)或一個(gè)以上(即至少一個(gè))該冠詞的語(yǔ)法對(duì)象。例如，“一個(gè)元件”是指一個(gè)元件或一個(gè)以上的元件。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“約”一詞是指相對(duì)參考量為30%，優(yōu)選20%，更優(yōu)選10%的變化量。在全篇說(shuō)明中，除非上下文以其他方式要求，“包括” 一詞應(yīng)理解為是指包含所述的步驟或元件或步驟組或元件組，但不排除任何其他步驟或元件或步驟組或元件組。在全篇說(shuō)明和權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“一級(jí)反射器”和“一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件”可互換地使用。雖然任何與本文中進(jìn)行說(shuō)明的方法和材料類似或等效的方法和材料都可在實(shí)踐或測(cè)試本發(fā)明時(shí)使用，但僅對(duì)優(yōu)選的方法和材料進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)理解的是，本文所述方法、設(shè)備和系統(tǒng)可以各種方式并為各種目而實(shí)現(xiàn)。這里僅通過(guò)舉例的方式進(jìn)行說(shuō)明。
詳細(xì)描述所有聚光太陽(yáng)能收集器均具有相似的設(shè)計(jì)原理，即通過(guò)使用相對(duì)便宜的鏡或透鏡進(jìn)行聚光來(lái)減少昂貴的光伏材料的面積。為了實(shí)現(xiàn)顯著低于常規(guī)平板PV模塊的系統(tǒng)電成本(即每瓦成本)，需大幅降低系統(tǒng)部件的大批量制造成本。參照?qǐng)D1，提供了一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備100。該設(shè)備可包括一個(gè)支架101，該支架對(duì)應(yīng)地包括第一支撐部103和第二支撐部105。該第一支撐部和該第二支撐部是分開的并且通過(guò)支架101固定地相互連接。支架101可包括鋁、不銹鋼、軟鋼、鍍鋅鐵或其他適當(dāng)?shù)牟牧?。設(shè)備100可進(jìn)一步包括至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件110，該元件固定地附接到支架101的第一支撐部105上。該至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件110為伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器，具有一個(gè)內(nèi)表面IlOa和一個(gè)外表面IlOb,該內(nèi)表面IlOa是反光的。設(shè)備100進(jìn)一步包括固定地附接到第二支撐部105上的至少一個(gè)光伏電池120。該一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件110適配為接收入射太陽(yáng)輻射115并將該太陽(yáng)輻射定向到對(duì)應(yīng)的光伏電池120。光伏電池120適配為接收入射到一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件110的內(nèi)表面IlOa上的太陽(yáng)輻射115并將該輻射115轉(zhuǎn)換成電能。支架101適配為保持該至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件110與對(duì)應(yīng)的光伏電池120之間的恒定光學(xué)工作關(guān)系?？蛇m合在該設(shè)備中使用的光伏電池的實(shí)例包括用于陸地聚光太陽(yáng)能應(yīng)用設(shè)備的高效(38% )三結(jié)太陽(yáng)能電池，這些太陽(yáng)能電池從兩家美國(guó)供應(yīng)商可商購(gòu)，例如地址為Albuquerque, New Mexico, United States (美國(guó))的Emcore 或地址為 Sylmar, California,United States (美國(guó))的 Spectrolab。用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的構(gòu)造被設(shè)計(jì)為，提供一種簡(jiǎn)單的幾何構(gòu)造，用于將陽(yáng)光(約1，OOOsuns聚光因子)聚集到一個(gè)主動(dòng)排熱的高效(38% )光伏電池上。在一 個(gè)構(gòu)造實(shí)例中，陽(yáng)光從拋物面一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件反射到焦點(diǎn)附近的尺寸為(lXl)cm的陸地三結(jié)太陽(yáng)能電池上，該一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件的尺寸為(80X25) cm，在兩個(gè)方向上彎曲。多個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件(例如2，4，5，10或20個(gè))沿著一個(gè)結(jié)構(gòu)支架而設(shè)置以形成太陽(yáng)能收集器，其中一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件有可能產(chǎn)生約50瓦的峰值電功率。一個(gè)熱轉(zhuǎn)換裝置是沿一條線靠近安裝光伏電池的焦點(diǎn)來(lái)布置的?？赏ㄟ^(guò)恒溫控制電路泵送水流過(guò)該熱轉(zhuǎn)換裝置，以保持光伏電池處于或低于約70攝氏度。來(lái)自熱轉(zhuǎn)換裝置的熱水流到熱水儲(chǔ)存箱然后流回該設(shè)備的主結(jié)構(gòu)支架，該主結(jié)構(gòu)支架還用作散熱管的目的。以下將對(duì)主要系統(tǒng)部件進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在更多陽(yáng)光照到三結(jié)電池上時(shí)，其電壓保持相同，為每塊電池約2. 5V，但電流升高為在1,000倍聚光下約20Amps。應(yīng)理解的是，多塊電池可串聯(lián)連接來(lái)增大電壓，其中每個(gè)電池與一個(gè)對(duì)應(yīng)的一級(jí)聚光元件耦合。在這種構(gòu)造中需要適當(dāng)?shù)牡蛪鹤冾l器，是因?yàn)楹芏嗵?yáng)能電池板變頻器適用于從現(xiàn)有平板構(gòu)造獲得的較高電壓?？蛇m合本文所述設(shè)備的低壓變頻器可從 Latronic Sunpower Pty. Ltd. , Moffat Beach, Queensland, Australia(澳大利亞)購(gòu)得。在如圖2A和圖2B所描繪的另一種構(gòu)造中，設(shè)備200可進(jìn)一步包括多個(gè)相似的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件210，這些元件固定地附接到伸長(zhǎng)形第一支撐部203并沿著該第一支撐部排列。在這種構(gòu)造中，設(shè)備200可進(jìn)一步包括多個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池(未示出)，這些光伏電池固定地附接到第二支撐部205并沿著該第二支撐部排列。在這種構(gòu)造中，該多個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件各自可通過(guò)支架保持與對(duì)應(yīng)的光伏電池的恒定光學(xué)工作關(guān)系。設(shè)備200包括太陽(yáng)能聚光元件210的兩個(gè)陣列211和213，這些陣列固定地附接到第一支撐部203的相反側(cè)。如圖2A和圖2B所描繪，這些陣列包括至少兩個(gè)相鄰的相似一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件210。太陽(yáng)能聚光元件210為伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器，具有一個(gè)內(nèi)表面210a和一個(gè)外表面210b,該內(nèi)表面210a是反光的。太陽(yáng)能聚光兀件210的反射表面210a對(duì)應(yīng)地圍繞第一軸線217和第二軸線218彎曲，其中如圖2D所描繪，第二軸線218處于總體上垂直于該第一軸線217的平面219中并且圍繞第一軸線217進(jìn)行彎曲，其中第二軸線218跟隨平面219中的一條拋物線軌跡。圖2D的插圖221和222對(duì)應(yīng)地示出了聚光元件210的橫截面和縱截面，在每個(gè)維度中展示了第二軸線218和反射表面210a之間的關(guān)系。設(shè)備200進(jìn)一步包括多個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池(未示出)，這些光伏電池固定地附接到第二支撐部205并且與對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能聚光元件210處于恒定光學(xué)工作嚙合。每個(gè)電池與一個(gè)對(duì)應(yīng)的反射器210相關(guān)聯(lián)，并且相對(duì)于其相關(guān)聯(lián)的反射器的反射器表面而設(shè)置，以便接收由該相關(guān)聯(lián)的表面反射的輻射并將接收的輻射轉(zhuǎn)換成電能。在其他構(gòu)造中，該設(shè)備可包括其他聚光元件，并且在存在這些其他聚光元件的情況下，太陽(yáng)能聚光元件210叫做“一級(jí)聚光元件”或“反射器”，因?yàn)樗鼈兪菍?duì)入射太陽(yáng)輻射進(jìn)行反射的表面。該設(shè)備可進(jìn)一步包括二級(jí)和/或三級(jí)聚光元件(未示出)，這些元件可為反射元件、折射元件、衍射元件、全息元件或類似物，相關(guān)技術(shù)人員會(huì)理解這一點(diǎn)。在本文所述太陽(yáng)能收集器設(shè)備的構(gòu)造中，該至少一個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件(110，210，310,810,910,1010，1110，1210，1410)均為伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器，這些反射器具有適配為對(duì)入射太陽(yáng)輻射進(jìn)行反射的反射內(nèi)表面(110a，210a，310a，810a，910a，1010a，IllOa和1210a)。該反射內(nèi)表面可適配為反射太陽(yáng)輻射波譜的可見區(qū)和/或近紅外區(qū)的太陽(yáng)輻射。該反射內(nèi)表面可包括一個(gè)反射膜。該反射膜可為防風(fēng)雨鋁板(例如厚度為O. 3mm的 MIRO-SUN 90防風(fēng)雨鋁板)。該反射膜可以移動(dòng)和更換。在具體構(gòu)造中，例如圖I至圖3中 所描繪的構(gòu)造，一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件110，210和310的內(nèi)表面110a，210a和310a可具有在至少一個(gè)維度的弧形截面，并且優(yōu)選地在兩個(gè)維度上呈弧形。在圖4中描繪了一個(gè)伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器410的實(shí)例。例如，在第一(即縱向)維度451中，該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器410可具有選自下組的截面圓形(即部分圓形)截面、拋物線形截面、橢圓形截面或雙曲線形截面，并且優(yōu)選圓形截面或拋物線形截面。在第二(即橫向)維度453中，該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器可具有選自下組的截面圓形(即部分圓形)截面、拋物線形截面、橢圓形截面或雙曲線形截面。示出了第一軸線217和第二軸線218(參照?qǐng)D2D)以供參照。在圖4的構(gòu)造的具體實(shí)例中，該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器410在第一維度451具有拋物線形截面，并且在第二維度453具有圓形截面。在其他構(gòu)造中，太陽(yáng)反射器410可在第二維度453具有拋物線形截面。在一個(gè)具體構(gòu)造中，該伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器410可包括部分拋物面反射器。這種伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器410可通過(guò)例如截取一個(gè)拋物面碟式反射器560的伸長(zhǎng)形部分而形成，該拋物面碟式反射器在圖5A和圖5B中分別以倒置圖和透視圖示出而進(jìn)行了示意性描繪。可替代地，伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器410在每個(gè)維度451和453的反射表面的輪廓可以分開優(yōu)化，從而將入射太陽(yáng)輻射有效反射到由支架201 (圖2B和圖2C)的第二支撐部205 (圖2B和圖2C)支撐的光伏電池220(圖2C)例如，每個(gè)維度的反射表面的輪廓可以改變，這樣輪廓就偏離拋物線形(或圓形)輪廓。具有可變反射器表面輪廓的這種反射器對(duì)于優(yōu)化例如由該反射器表面投射到一個(gè)相關(guān)聯(lián)的光伏電池的接收區(qū)上的圖像是有利的，從而提供反射光在整個(gè)電池接收區(qū)基本上均勻的輻射通量密度。在構(gòu)造的實(shí)例中，伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器410(圖4)的維度可為寬度在約15cm與約35cm之間(即在維度453中)和長(zhǎng)度在約60cm至IOOcm之間(即在維度451中)。在其他構(gòu)造中，該設(shè)備包括一個(gè)陣列，該包括多個(gè)反射器(每個(gè)反射器如同伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器410)，這些反射器形成為一個(gè)連續(xù)的反射片，該反射片具有多個(gè)凹形反射表面，這些凹形反射表面與一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池可操作嚙合。在這種構(gòu)造中，該反射器陣列的維度可為寬度在約75cm與約300cm之間(即在維度453中)和長(zhǎng)度在維度451中約60cm至IOOcm之間或更長(zhǎng)。
在本文所述任一構(gòu)造的設(shè)備中，該設(shè)備的聚光因子可大于500倍(即900suns聚光因子)，該聚光因子由入射到該設(shè)備上并由光伏電池接收的太陽(yáng)輻射的收集效率決定。這比最典型的硅光伏(Si PV)太陽(yáng)能聚光器裝置大很多倍，Si PV太陽(yáng)能聚光器裝置通常僅以非常低的聚光因子(例如約5至50倍)工作(而對(duì)于在其他太陽(yáng)能收集器中使用的使用的三結(jié)電池，高聚光因子范圍在500倍與1000倍之間)。在一些構(gòu)造中，該設(shè)備的聚光因子可大于1000倍，并且可在900倍與2500倍之間的范圍。在一個(gè)構(gòu)造實(shí)例中，該設(shè)備可設(shè)計(jì)或優(yōu)化為聚光因子在1200倍與1600倍之間的范圍。在另一個(gè)構(gòu)造實(shí)例中，該設(shè)備可設(shè)計(jì)或優(yōu)化為具有約1450倍的聚光因子。該聚光因子通常為該設(shè)備的總收集面積的尺寸的因子。在該實(shí)例中，假定大約尺寸為(25X80)cm = 2000cm2。限制聚光因子的其他因素包括從線性平面維度到直接面朝太陽(yáng)的集光孔的轉(zhuǎn)換，以及一級(jí)鏡和玻璃管的反射率的光學(xué)損失。這些因素將上述尺寸的設(shè)備的理論最大的入射陽(yáng)光聚光因子降低到了 1450suns，然而由于來(lái)自環(huán)日輻射的損失(經(jīng)過(guò)大氣的分散)，這個(gè)數(shù)字還可進(jìn)一步減小。具有不同尺寸和更大或更小總收集面積的類似設(shè)備會(huì)相應(yīng)地具有更大或更小理論最大值，相關(guān)技術(shù)人員會(huì)理解這一點(diǎn)。通過(guò)將聚光因子限制為略微偏離理論最大值，這樣對(duì)設(shè)備優(yōu)化的要求就不那么嚴(yán)格，并因此將設(shè)計(jì)成本和生產(chǎn)成本保持在可接受的商業(yè)可行水平。
在如圖2A和圖2B所描繪的原型構(gòu)造的具體實(shí)例中，為了在光伏電池上的實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)或聚焦面，將一個(gè)太陽(yáng)能聚光器制成了多個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件210。每個(gè)元件210具有其對(duì)應(yīng)的光伏電池220，該光伏電池沿著第二支撐部205中的一個(gè)線性熱轉(zhuǎn)換裝置(未示出)均勻分布。已建造了幾種小型(4個(gè)元件)版本的太陽(yáng)能收集器來(lái)評(píng)估構(gòu)造方法、材料和一級(jí)反射鏡光學(xué)精度?？傊?，將尺寸為20 X 80cm或20 X IOOcm的亞克力鏡片彎曲到計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)切割的聚合物框架上的方法不能輕松地裝配而實(shí)現(xiàn)足夠的光學(xué)精度。在一些構(gòu)造中，一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件210可為三維熱成型或注塑模制以實(shí)現(xiàn)其反射表面所需的設(shè)計(jì)形狀。注塑?？梢钥商娲匕ㄧR片中的多個(gè)凹形結(jié)構(gòu)，以形成用于形成一個(gè)聚光元件陣列的多個(gè)凹形反射表面。為太陽(yáng)能聚光器設(shè)計(jì)的可商購(gòu)的薄膜鏡鍍層允許利用薄膜保護(hù)式鏡鍍層使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)聚合物制造該鏡?，F(xiàn)在返回圖2C，示出了支架201的第二支撐部205的構(gòu)造實(shí)例的近視圖。在該構(gòu)造中，第二支撐部205包括一個(gè)內(nèi)部206和一個(gè)外部207。該內(nèi)部206為剛性支撐構(gòu)件并且可以是中空的。該中空的內(nèi)部206適配為使流體可流過(guò)其中。在使用時(shí)，如以上所討論并參照以下圖15的系統(tǒng)1500，流過(guò)內(nèi)部206的流體通過(guò)來(lái)自光伏電池220的后表面的熱傳導(dǎo)加熱。外支撐構(gòu)件基本上是透明的，以便允許入射太陽(yáng)輻射215入射到光伏電池220上。外支撐部207主要設(shè)計(jì)為光伏電池220的防護(hù)屏，以保護(hù)光伏電池(電池220的任何電連接)不受環(huán)境因素例如風(fēng)、雨或干涉(例如被動(dòng)物破壞)的影響。該外部207可為透明管，例如玻璃管，優(yōu)選具有高光傳輸和低光吸收的玻璃管，以便將在從一級(jí)反射器反射的輻射215經(jīng)過(guò)管207入射到電池220上時(shí)的光損失降到最小。在具體構(gòu)造中，該玻璃管的直徑可為150_，厚度為約3_，并且折射率為約I. 5。該玻璃管可由具有低鐵含量的玻璃形成，并且可具有約I. 5%的吸光度。由于玻璃中的吸光損失以及反射損失，該玻璃管會(huì)是造成從一級(jí)反射器反射的輻射(例如陽(yáng)光)的光損失的一個(gè)來(lái)源。該玻璃管可涂有防反射涂層以便將反射損失降到最小。在其他構(gòu)造中，透明的外部可包括一個(gè)結(jié)合在其中的三級(jí)聚光元件(未示出)，以便將由一級(jí)反射器接收的入射輻射另外地聚焦/聚光到光伏電池上。該三級(jí)聚光元件可為透鏡、菲涅耳透鏡或類似的聚光元件，相關(guān)技術(shù)人員會(huì)理解這一點(diǎn)。光伏電池220安裝為使其與內(nèi)支撐部206熱連通。以此方式，入射到光伏電池上的熱量形式的過(guò)量太陽(yáng)輻射通過(guò)熱傳遞傳導(dǎo)到中空的內(nèi)支撐部206，并因此調(diào)節(jié)光伏電池220的熱量(光伏電池在升高的溫度下通常具有較低效率)。該二級(jí)光學(xué)元件(外支撐部207)在某些構(gòu)造中可類似于一個(gè)倒置的球形燈罩，設(shè)置在一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件的焦點(diǎn)附近，并收集一些另外的環(huán)日輻射，因此還改善了對(duì)跟蹤誤差的系統(tǒng)容限。用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備的另一種構(gòu)造300在圖3A中進(jìn)行了描繪，該圖示出了一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件310的兩個(gè)陣列311和313，這些一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件具有內(nèi)表面310a和外表面(未不出)，該內(nèi)表面310a是反光的，并且每個(gè)陣列包括10個(gè)單獨(dú)的一級(jí)兀件310，這些一級(jí)元件固定地附接到第一支撐部303上。圖3B示出了另一種構(gòu)造350，其中一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件310不像圖3A中那樣錯(cuò)列排布。在這些構(gòu)造中(例如設(shè)備300或350)，陣列中的每個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件310可與相鄰的相似一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件分開約5cm至40cm之間的距離。在其他構(gòu)造中，該陣列中的每個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可與相鄰的相似太陽(yáng)能聚光元件分開約25cm的距離。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件310分開布置是有利的，因?yàn)轱L(fēng)經(jīng)過(guò)相鄰一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件之間的位置而分散，這種布置減小了安裝設(shè)備時(shí)該設(shè)備上的風(fēng)載。雖然光伏電池可耐高溫(達(dá)> 200攝氏度)(例如上述可商購(gòu)的三結(jié)CPV電池)，但在25攝氏度以上每上升10度光伏電池的效率就下降約1%。硅光伏電池的耐高溫性弱得多，并且通常不適合大于50倍聚光因子的聚光系統(tǒng)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)產(chǎn)生大量熱量。產(chǎn)生的熱量必須從例如本文所述高聚光光伏系統(tǒng)分散掉，以保證有效發(fā)電。因此，在本文所述太陽(yáng)能收集器設(shè)備的具體構(gòu)造中，參照?qǐng)D2C，第二支撐部205進(jìn)一步包括一個(gè)用于將入射到其上(通常入射到光伏電池220上)的過(guò)量太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成熱能的裝置240。例如，該熱轉(zhuǎn)換裝置240可包括第二支撐部205的中空的內(nèi)支撐部206，該內(nèi)支撐部可包括一個(gè)用于使流體流過(guò)其中的裝置(例如該內(nèi)支撐部206的中空部(或管道)241)。在使用時(shí)，流體流過(guò)第二支撐部205并被由于入射到光伏電池220上的過(guò)量太陽(yáng)輻射而在光伏電池中產(chǎn)生的熱量加熱。另外的太陽(yáng)輻射也可直接入射到第二支撐部205的內(nèi)支撐部206上，這也可有助于對(duì)流過(guò)其中的流體進(jìn)行加熱。加熱的流體可為水，然后可用 于圖15所描繪的參照系統(tǒng)1500所述的家庭或商業(yè)應(yīng)用。在一個(gè)具體構(gòu)造實(shí)例中，再次參照?qǐng)D2C，該設(shè)備可使用專門定制的擠壓鋁材(例如第二支撐部205的內(nèi)部206)以便安裝光伏電池220，并因此將在光伏電池220中產(chǎn)生的熱量傳遞到流過(guò)中空的內(nèi)部206 (例如一個(gè)管)的流體(例如水)。例如參見圖7，該圖描繪了一個(gè)熱轉(zhuǎn)換裝置740的構(gòu)造實(shí)例的截面視圖，該熱轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)用于使流體流過(guò)其中的中空部741以及多個(gè)用于散熱的翅片742。在具體構(gòu)造中，該流體為水，并且該熱轉(zhuǎn)換裝置可適配為提供溫度高于50攝氏度的水。該熱轉(zhuǎn)換裝置可適配為提供溫度在約50攝氏度與約70攝氏度之間的水。該熱轉(zhuǎn)換裝置可適配為提供家用或商用熱水。然后該熱轉(zhuǎn)換裝置中存在的熱水可以循環(huán)到一個(gè)普通儲(chǔ)存箱。在一種替代的構(gòu)造中，在該流體不是水的情況下，該熱轉(zhuǎn)換裝置中存在的熱流體可傳遞到一個(gè)換熱器，以便提供家用或商用熱水。如果不需要熱水，熱量就必須在返回吸收管之前被散發(fā)掉。在其他構(gòu)造中，該設(shè)備的主結(jié)構(gòu)支架(即圖2A中的第一支撐部203或支架201)還可包括一個(gè)散熱器，在第二部的熱轉(zhuǎn)換裝置中存在的熱水在散熱器處被重定向，并且過(guò)多的熱量在返回?zé)徂D(zhuǎn)換裝置之前在散熱器處被散發(fā)掉。該設(shè)備還可進(jìn)一步包括一個(gè)流速控制裝置(未示出)，該流速控制裝置適配為控制流過(guò)圖2C的熱轉(zhuǎn)換裝置240的流體的流速。該流速控制裝置可包括一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器(未示出)，以便監(jiān)測(cè)進(jìn)入和離開該熱轉(zhuǎn)換裝置240的流體的溫度。以此方式，流體在離開熱轉(zhuǎn)換裝置240時(shí)的流出溫度可根據(jù)要求進(jìn)行控制。該流速控制裝置可為具有可變流速的恒溫調(diào)節(jié)循環(huán)泵。在本文所述設(shè)備的另一種構(gòu)造中，每種構(gòu)造可進(jìn)一步包括至少一個(gè)二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件，其中該至少一個(gè)二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件各自與一個(gè)對(duì)應(yīng)的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件和一個(gè)對(duì)應(yīng)的光伏電池相配合并且適配為與該一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件和該光伏電池處于恒定光學(xué)工作嚙合。該二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件的主要目的是將從一個(gè)對(duì)應(yīng)的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件入射和反射的太陽(yáng)輻射重定向到對(duì)應(yīng)的光伏電池，否則，該重定向的輻射不會(huì)入射到該光伏電池上。
參照?qǐng)D6A，描繪了該設(shè)備的第二支撐部的另一種構(gòu)造605，這種構(gòu)造適配為結(jié)合在本文所述的任一太陽(yáng)能收集器裝置中，包括內(nèi)部606 (與圖2的內(nèi)部206相似)和透明的外部607 (與圖2的外部207相似)。在這種構(gòu)造中，二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件650包括至少一個(gè)并且優(yōu)選為兩個(gè)二級(jí)反射器651，該二級(jí)反射器的反射表面可包括一個(gè)反射膜。該反射膜可為防風(fēng)雨鋁板(例如厚度為O. 3mm的MIRO-SUN 90防風(fēng)雨鋁板)。該至少一個(gè)二級(jí)反射器651可以固定地接合到支架(例如參見圖2A和圖2C中的支架201)的第二支撐部605上。來(lái)自一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件(未示出)的入射輻射615被二級(jí)反射器651反射而入射到光伏電池620上，該入射輻射否則會(huì)錯(cuò)過(guò)光伏電池620，因此有助于該設(shè)備發(fā)電和生熱并提高了轉(zhuǎn)換效率。在具體構(gòu)造中，該二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可為反射率約為或大于90%的反射器(或包括多個(gè)反射器)。在其他構(gòu)造中，除了反射元件之外或作為反射元件的替代，該二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可包括多個(gè)折射元件(未示出)。適當(dāng)?shù)恼凵湓砂ㄍ哥R或菲涅耳元件，位于將光聚焦到光伏電池620上的位置處。應(yīng)理解的是,通過(guò)將二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件包含在內(nèi)，可使例如一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件的優(yōu)化參數(shù)略微放松，因?yàn)樾〉木劢拐`差可由二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件校正。優(yōu)選地，二級(jí)太陽(yáng)能聚光反射器251為截錐形，例如如圖6C和圖6D所描繪。二級(jí)反射器660包括反射內(nèi)表面661,該反射內(nèi)表面用于從一個(gè)相關(guān)聯(lián)的一級(jí)反射器接收福射并將該福射反射到光伏電池(即圖6A的電池620)。反射器660包括一個(gè)具有部665的安裝結(jié)構(gòu)663，該部適配為與第二支撐部的內(nèi)部606的中空部641抵接以安裝到該內(nèi)部上。該構(gòu)造的二級(jí)反射器660的后部進(jìn)一步包括一個(gè)凹槽665，該凹槽適配為接收光伏電池620，這樣光伏電池的后部就與內(nèi)部606相抵接而與之熱連通。這種構(gòu)造的二級(jí)反射器660可進(jìn)一步適配為使其遠(yuǎn)端部667配置為與該設(shè)備的第二支撐部的透明外部(即外部607)的內(nèi)表面鄰接。在圖6B中描繪了作為一級(jí)反射器的斜率誤差函數(shù)的模型化收集效率(百分比)的圖，該圖表明在使用截錐形二級(jí)反射器時(shí)總收集效率顯著提高。圖6E和圖6F是將截錐形二級(jí)反射器安裝到第二支撐部的內(nèi)部的方法的兩個(gè)實(shí)例，并且示出了截錐的遠(yuǎn)端部667和第二支撐部605的透明外部607的內(nèi)表面之間的鄰接關(guān)系。圖6G示出了該設(shè)備的光伏電池上的入射輻射的代表性通量分布，其中一級(jí)聚光元件和二級(jí)聚光元件的輪廓已為實(shí)現(xiàn)入射太陽(yáng)輻射的最大俘獲效率進(jìn)行了優(yōu)化。在本文所公開的(一級(jí))反射器和/或設(shè)備的替代構(gòu)造中，可能需要將太陽(yáng)能聚光器設(shè)計(jì)為以均勻的通量分布照射光伏電池。這可以通過(guò)將一級(jí)反射器的多個(gè)區(qū)域朝著一級(jí)反射器的轉(zhuǎn)角處散焦來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而從該電池的中心移除峰值。通過(guò)降低電池中心處的最大熱負(fù)載，有利于整個(gè)光伏電池實(shí)現(xiàn)更均勻的熱量分布，這種方式會(huì)是有利的。如果電池對(duì)導(dǎo)致電轉(zhuǎn)換下降的熱量增加是敏感的，那么減少電池的加熱可以是特別有益的。在圖6H中描繪了為提供整個(gè)光伏電池相對(duì)均勻的通量密度而散焦一級(jí)反射器所引起的整個(gè)電池典型的通量密度分布。
為了實(shí)現(xiàn)光伏電池的整個(gè)接收區(qū)的這種分布式通量密度，一級(jí)反射器圍繞該第一軸線或第二軸線或二者的輪廓可偏離拋物線。例如，一級(jí)反射器的多個(gè)區(qū)域可朝向光伏電池的接收區(qū)的轉(zhuǎn)角處散焦，由此朝向邊緣處從該電池的中心移除峰值通量密度。當(dāng)然這可以使從一級(jí)反射器反射的更多輻射入射到二級(jí)反射器，這可以造成另外的損失，因此與電池接收的總反射輻射值相比，優(yōu)化通量密度要求考慮總通量分布。一級(jí)聚光器的反射表面的散焦可通過(guò)控制該反射表面的斜率來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且可以采用利用該反射表面的斜率產(chǎn)生其拋物面輪廓的方法，相關(guān)技術(shù)人員會(huì)理解這一點(diǎn)。例如，可以采用一個(gè)方程式來(lái)定義拋物線形反射表面，例如一般形式的方程式z = (x2+y2)/4f，其中z是笛卡爾坐標(biāo)x，y和z中的反射器的拋物線形表面，并且f是反射器的焦距。該一般形式可通過(guò)求X和I平面中的偏導(dǎo)數(shù)而轉(zhuǎn)換成斜率方程式。然后可以通過(guò)計(jì)算反射器的反射表面上的單個(gè)點(diǎn)，然后以離散方式求偏導(dǎo)數(shù)的積分，以給出其他點(diǎn)的位置，從而生成限定該反射表面的拋物線。利用這種求積分生成表面的斜率方法,就有可能改變斜率函數(shù)并使生成的表面是有關(guān)拋物線略作改變，即可增加或啟發(fā)式調(diào)整一些小的修改，以便給出本文所述的反射器和設(shè)備的任何構(gòu)造中的光伏電池的所需的通量分布圖。參照?qǐng)D8A至圖8G，圖8A至圖8B分別是用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備800的實(shí)例的前透視圖和后透視圖，該設(shè)備具有一個(gè)支架801，該支架分別包括第一和第二伸長(zhǎng)形支撐部803和805。該第一伸長(zhǎng)形支撐部和第二伸長(zhǎng)形支撐部是分開的并且通過(guò)支架801固定的相互連接，并且由一個(gè)樞軸870支撐，該樞軸如圖SC所示通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂破骱万?qū)動(dòng)馬達(dá)在兩個(gè)方向上是可轉(zhuǎn)動(dòng)的，與太陽(yáng)跟蹤裝置運(yùn)作性地連接(未示出)。設(shè)備800包括兩個(gè)由五個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810組成的兩個(gè)陣列811和813，這些陣列被固定地附接到第一伸長(zhǎng)形支撐部803的相反側(cè)，并且十個(gè)光伏電池820 (參見圖8D至圖8F)被固定地附接到第二伸長(zhǎng)形支撐部805上并沿著該第二伸長(zhǎng)形支撐部排列，以保持一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810與其對(duì)應(yīng)的光伏電池820之間的恒定光學(xué)工作關(guān)系。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810為伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器，具有一個(gè)內(nèi)表面810a和一個(gè)外表面810b,該內(nèi)表面810a是反光的。該反射內(nèi)表面810a可包括一個(gè)反射膜。該反射膜可以移動(dòng)和更換。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810可配置為使一個(gè)拉桿814可穿過(guò)一級(jí)聚光元件810的每個(gè)陣列(811和813)，從而加固該設(shè)備。如圖8A所描繪，一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810的內(nèi)表面810a適配為接收入射太陽(yáng)輻射815并將該太陽(yáng)輻射定向到其對(duì)應(yīng)的光伏電池820。光伏電池820適配為接收入射到一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810的內(nèi)表面810a上的太陽(yáng)輻射815并將該輻射815轉(zhuǎn)換成電能。參照?qǐng)D8B，安裝座880可包括一個(gè)垂直構(gòu)件881，一個(gè)基板883和多個(gè)斜撐882，樞軸870安裝到該垂直構(gòu)件上，該基板和這些斜撐用于支撐安裝在該基板883上的垂直構(gòu)件881。圖SC是該設(shè)備實(shí)例的側(cè)視圖，描繪了由樞軸870及其控制器和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(未示出)提供的兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。確切地說(shuō)，樞軸870及其控制器和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)提供了圍繞安裝座880的垂直軸線的360°轉(zhuǎn)動(dòng)以及圍繞安裝座880的垂直構(gòu)件881的水平軸線的約360°轉(zhuǎn)動(dòng)，后者受到安裝座880的垂直構(gòu)件881的干擾，該安裝座與太陽(yáng)跟蹤裝置(未示出)運(yùn)作性地連接，以便調(diào)節(jié)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810的仰角并且還調(diào)節(jié)其水平角與一天中太陽(yáng)位置的變化一致。圖8D為各自展示了沿著第一伸長(zhǎng)形支撐部803固定地附接的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810的構(gòu)造的一個(gè)替代側(cè)視圖。圖SE和圖8F為展示了固定地附接到第二伸長(zhǎng)形支撐部805并且沿著該第二伸長(zhǎng)形支撐部排列的光伏電池820的構(gòu)造的近視圖。參照?qǐng)D8D和圖8E，示出了支架801的第二伸長(zhǎng)形支撐部805的構(gòu)造實(shí)例的近視圖。在這種構(gòu)造中，第二伸長(zhǎng)形支撐部805包括一個(gè)外支撐部807和一個(gè)內(nèi)支撐部806，該內(nèi)支撐部806包括一個(gè)用于轉(zhuǎn)換入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射能的熱轉(zhuǎn)換裝置840。外支撐部807基本上是透明的，以便允許入射太陽(yáng)輻射815入射到光伏電池820上。外支撐部807主要設(shè)計(jì)為光伏電池820 的防護(hù)屏，以保護(hù)光伏電池及其電連接不受環(huán)境因素例如風(fēng)、雨或干涉(例如被動(dòng)物破壞)的影響。內(nèi)支撐部806為剛性支撐構(gòu)件，包括一個(gè)用于使流體(例如水)流過(guò)其中的裝置(例如內(nèi)支撐部806的中空部(或管道)841 (未示出))。在使用時(shí)，流體流過(guò)第二伸長(zhǎng)形支撐部805并被由于入射到光伏電池820上的過(guò)量太陽(yáng)福射而在光伏電池中產(chǎn)生的熱量加熱，并因此調(diào)節(jié)光伏電池820的熱量。另外的太陽(yáng)輻射也可直接入射到第二支撐部805的內(nèi)支撐部806上，這也可有助于對(duì)流過(guò)其中的流體進(jìn)行加熱。該熱轉(zhuǎn)換裝置840可適配為提供家用或商用熱水。圖8F為固定地附接到第二伸長(zhǎng)形支撐部805的內(nèi)支撐部806上的一個(gè)光伏電池820的近視圖。光伏電池820由一個(gè)二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件850包圍，該二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件與相應(yīng)的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810的反射內(nèi)表面810a以及光伏電池820處于恒定光學(xué)工作嚙合。二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可將入射到其相應(yīng)的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810的內(nèi)表面810a上的并由該內(nèi)表面反射的輻射反射到其相應(yīng)的光伏電池820，因此有助于該裝置800發(fā)電和生熱并提聞了轉(zhuǎn)換效率?？傊?，設(shè)備800的實(shí)例被設(shè)計(jì)為提供適配為將太陽(yáng)輻射聚集到光伏電池上并將所述輻射轉(zhuǎn)換成電能的主動(dòng)排熱的簡(jiǎn)單幾何構(gòu)造，可用于提供家用或商用熱水。圖SG為該設(shè)備800的實(shí)例的俯視圖，進(jìn)一步展示了沿著第一伸長(zhǎng)形支撐部803的相反側(cè)固定地附接的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810的兩個(gè)陣列811和813以及固定地附接到第二伸長(zhǎng)形支撐部805并且沿著該第二伸長(zhǎng)形支撐部排列的光伏電池820，用于保持一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件810的伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器與其對(duì)應(yīng)的光伏電池820之間的恒定光學(xué)工作關(guān)系O參照?qǐng)D9，描繪了用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備900的一個(gè)替代實(shí)例的前方透視圖，該設(shè)備具有一個(gè)支架901，該支架對(duì)應(yīng)地包括第一伸長(zhǎng)形支撐部903和第二伸長(zhǎng)形支撐部905。該第一伸長(zhǎng)形支撐部和該第二伸長(zhǎng)形支撐部是分開的并且通過(guò)支架901固定地相互連接。設(shè)備900包括由五個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件910組成的兩個(gè)陣列911和913和十個(gè)光伏電池920 (未示出)，這些光伏電池被固定地附接到第二伸長(zhǎng)形支撐部905并且沿著該第二伸長(zhǎng)形支撐部排列，以保持一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件910與其對(duì)應(yīng)的光伏電池920之間的恒定光學(xué)工作關(guān)系。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件910為伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器，具有一個(gè)內(nèi)表面910a和一個(gè)外表面910b,該內(nèi)表面910a是反光的。該反射內(nèi)表面910a可包括一個(gè)反射膜。該反射膜可以移動(dòng)和更換。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件910可配置為使一個(gè)拉桿914可穿過(guò)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件910的每個(gè)陣列(911和913)，從而加固該設(shè)備。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件910還可配置為使從每個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件910的任一側(cè)延伸的一個(gè)拉桿914與第二伸長(zhǎng)形支撐部905連接，從而進(jìn)一步加固該設(shè)備。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件910適配為接收入射太陽(yáng)輻射并將該太陽(yáng)輻射定向到其對(duì)應(yīng)的光伏電池920。光伏電池920適配為接收入射到一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件910的內(nèi)表面910a上的太陽(yáng)輻射并將該輻射轉(zhuǎn)換成電能。參照?qǐng)D10，描繪了用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備1000的另一個(gè)替代實(shí)例的前透視圖，該設(shè)備具有一個(gè)支架1001，該支架對(duì)應(yīng)地包括第一伸長(zhǎng)形支撐部1003和第二伸長(zhǎng)形支撐部1005。該第一伸長(zhǎng)形支撐部和該第二伸長(zhǎng)形支撐部是分開的并且通過(guò)支架1001固定地相互連接。設(shè)備1000包括由五個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1010組成的兩個(gè)陣列1011和1013和十個(gè)光伏電池1020(未示出)，這些光伏電池被固定地附接到第二伸長(zhǎng)形支撐部 1005并且沿著該第二伸長(zhǎng)形支撐部排列，以保持一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1010與其對(duì)應(yīng)的光伏電池1020之間的恒定光學(xué)工作關(guān)系。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1010為伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器，具有一個(gè)內(nèi)表面IOlOa和一個(gè)外表面1010b,該內(nèi)表面IOlOa是反光的。該反射內(nèi)表面IOlOa可包括一個(gè)反射膜。該反射膜可以移動(dòng)和更換。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1010可配置為使一個(gè)拉桿1014可穿過(guò)一級(jí)聚光元件1010的每個(gè)陣列(1011和1013)，從而加固該設(shè)備。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1010還可配置為使從每個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1010的任一側(cè)延伸的一個(gè)拉桿1014與第二伸長(zhǎng)形支撐部1005連接，從而進(jìn)一步加固該設(shè)備。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1010適配為接收入射太陽(yáng)輻射并將該太陽(yáng)輻射定向到其對(duì)應(yīng)的光伏電池1020。光伏電池1020適配為接收入射到一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1010的內(nèi)表面IOlOa上的太陽(yáng)輻射并將該輻射轉(zhuǎn)換成電能。設(shè)備1000的第二伸長(zhǎng)形支撐部1005包括一個(gè)用于對(duì)入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射進(jìn)行轉(zhuǎn)換的熱轉(zhuǎn)換裝置(未示出)，該熱轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)內(nèi)支撐部(未示出)。該內(nèi)支撐部為剛性支撐構(gòu)件，包括一個(gè)用于使流體(例如水)流過(guò)其中的裝置(例如一個(gè)中空部)。在使用時(shí)，流體流過(guò)第二伸長(zhǎng)形支撐部1005并被由于入射到光伏電池1020上的過(guò)量太陽(yáng)輻射而在光伏電池中產(chǎn)生的熱量加熱，并因此調(diào)節(jié)光伏電池1020的熱量。設(shè)備1000的第一伸長(zhǎng)形支撐部1003進(jìn)一步包括一個(gè)用于接收流出熱轉(zhuǎn)換裝置1040的熱流體的散熱器1070，過(guò)多熱量可在返回到第二伸長(zhǎng)形支撐部1005中的熱轉(zhuǎn)換裝置之前在散熱器處被散發(fā)掉。參照?qǐng)D11，描繪了用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備1100的又另一個(gè)替代實(shí)例的前透視圖，該設(shè)備具有一個(gè)支架1101，該支架對(duì)應(yīng)地包括第一支撐部1103和第二支撐部1105。該第一伸長(zhǎng)形支撐部和該第二伸長(zhǎng)形支撐部是分開的并且通過(guò)支架1101固定地相互連接。設(shè)備1100包括由五個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1110組成的兩個(gè)陣列1111和1113和十個(gè)光伏電池1020(未示出)，這些光伏電池被固定地附接到第二伸長(zhǎng)形支撐部1105并且沿著該第二伸長(zhǎng)形支撐部排列，以保持一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1110與其對(duì)應(yīng)的光伏電池1120之間的恒定光學(xué)工作關(guān)系。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1110為伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器，具有一個(gè)內(nèi)表面11 IOa和一個(gè)外表面IllOb,該內(nèi)表面IllOa是反光的。該反射內(nèi)表面11 IOa可包括一個(gè)反射膜。該反射膜可以移動(dòng)和更換。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1110可配置為使一個(gè)拉桿1114可穿過(guò)一級(jí)聚光元件1110的每個(gè)陣列(1111和1113)，從而加固該設(shè)備。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1110適配為接收入射太陽(yáng)輻射并將該太陽(yáng)輻射定向到其對(duì)應(yīng)的光伏電池1120。光伏電池1120適配為接收入射到一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1110的內(nèi)表面IllOa上的太陽(yáng)輻射并將該輻射轉(zhuǎn)換成電能。設(shè)備1100的第二伸長(zhǎng)形支撐部1105包括一個(gè)用于對(duì)入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射進(jìn)行轉(zhuǎn)換的熱轉(zhuǎn)換裝置(未示出)，該熱轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)內(nèi)支撐部(未示出)。該內(nèi)支撐部為剛性支撐構(gòu)件，包括一個(gè)用于使流體(例如水)流過(guò)其中的裝置(例如中空部)。在使用時(shí)，流體流過(guò)第二伸長(zhǎng)形支撐部1105并被由于入射到光伏電池1120上的過(guò)量太陽(yáng)輻射而在光伏電池1120中產(chǎn)生的熱量加熱，并因此調(diào)節(jié)光伏電池1120的熱量。設(shè)備1100的第一伸長(zhǎng)形支撐部1103進(jìn)一步包括一個(gè)接收流出熱轉(zhuǎn)換裝置1140的熱流體的散熱器1130，過(guò)多熱量在返回到第二伸長(zhǎng)形支撐部1105中的熱轉(zhuǎn)換裝置之前在散熱器處被散發(fā)掉。
此外，每個(gè)光伏電池1120均由一個(gè)二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1150包圍，該二級(jí)太陽(yáng)能 聚光元件與相應(yīng)的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1110以及光伏電池1120處于恒定光學(xué)工作嚙合。二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件可將入射到其上的以及由其相應(yīng)的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1110反射的太陽(yáng)輻射反射到其相應(yīng)的光伏電池1120，因此有助于該裝置1100發(fā)電和生熱并提高了轉(zhuǎn)換效率。圖12為用于收集和使用太陽(yáng)能的設(shè)備的另一個(gè)替代實(shí)例的前透視圖，詳細(xì)示出了截錐形二級(jí)反射器。參照?qǐng)D12，描繪了用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備1200的又另一個(gè)替代實(shí)例的前透視圖，該設(shè)備具有一個(gè)支架1201，該支架對(duì)應(yīng)地包括第一伸長(zhǎng)形支撐部1203和第二伸長(zhǎng)形支撐部1205。該第一伸長(zhǎng)形支撐部和該第二伸長(zhǎng)形支撐部是分開的并且通過(guò)支架1201固定地相互連接。設(shè)備1200包括六個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1210組成的兩個(gè)陣列1211和1213和十二個(gè)光伏電池1020(未示出)，這些光伏電池被固定地附接到第二伸長(zhǎng)形支撐部1205并且沿著該第二伸長(zhǎng)形支撐部排列，以保持一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1210與其對(duì)應(yīng)的光伏電池之間的恒定光學(xué)工作關(guān)系。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1210為伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器，具有一個(gè)內(nèi)表面1210a和一個(gè)外表面1210b,該內(nèi)表面1210a適配為支撐一個(gè)反射器(未示出)，該反射器可包括一個(gè)反射膜。該內(nèi)表面1210a可為凹形，并且其中該表面圍繞一個(gè)第一軸線和一個(gè)第二軸線彎曲，該第二軸線如圖2D所描繪處于基本上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲，這樣在一個(gè)反射器裝配到該內(nèi)表面1210a(例如反射膜)上時(shí)提供了一個(gè)凹形反射表面，該凹形反射表面也圍繞該第一軸線和該第二軸線彎曲。該反射膜可以移動(dòng)和更換。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1210適配為接收入射太陽(yáng)輻射并將該太陽(yáng)輻射定向到其對(duì)應(yīng)的光伏電池。光伏電池適配為接收入射到一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1210的內(nèi)表面1210a上的太陽(yáng)輻射并將該輻射轉(zhuǎn)換成電能和/或熱能。設(shè)備1200的第二伸長(zhǎng)形支撐部1205包括一個(gè)用于對(duì)入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射進(jìn)行轉(zhuǎn)換的熱轉(zhuǎn)換裝置(未示出)，該熱轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)內(nèi)支撐部1215。該內(nèi)支撐部1215為剛性支撐構(gòu)件，包括一個(gè)用于使流體(例如水)流過(guò)其中的裝置(例如中空部)，并且包括一個(gè)流體入口 1217和一個(gè)流體出口(未示出)。在使用時(shí)，流體流過(guò)第二伸長(zhǎng)形支撐部1205并被由于入射到光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射而在光伏電池中產(chǎn)生的熱量加熱，并因此調(diào)節(jié)光伏電池的熱量。設(shè)備1200的第一伸長(zhǎng)形支撐部1203包括多個(gè)模塊支撐部1230，例如圖13A至圖13C所示。這些模塊支撐部可有助于輕松調(diào)節(jié)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1210與對(duì)應(yīng)的光伏電池的光對(duì)準(zhǔn)，這在開發(fā)的原型階段是特別有利的。詳圖1240示出了第二支撐部1205，該第二支撐部包括內(nèi)支撐部1215和透明的外支撐部1216。在該構(gòu)造中，第二支撐部1205包括多個(gè)二次截錐形成像元件1220，例如圖6C所示的二級(jí)反射器660。二次成像元件1220附接到第二支撐部1205的內(nèi)部1215并且包圍對(duì)應(yīng)的光伏電池(未不出)，這樣該光伏電池的后表面就抵接在與之處于熱哨合的內(nèi)部1215上。安裝架1221用于將二次成像元件1220緊固到內(nèi)部1215上。自該構(gòu)造中，截錐形二次成像元件1220適配為使其遠(yuǎn)端部1223配置為與第二支撐部1205的透明外部1216的內(nèi)表面鄰接。圖13A為用在該設(shè)備的第一支架中的模塊化擠壓件1230的實(shí)例的透視圖。擠壓件1230是中空的，以便盡可能將該設(shè)備的重量保持為最小，并且包括多個(gè)加強(qiáng)肋1235。擠壓件1230進(jìn)一步包括一個(gè)凸部1231和一個(gè)凹部1233，這樣在使用時(shí)，如圖13B所示，該凸部1231就與凹部1233相嚙合。擠壓件1230進(jìn)一步包括部1236和1237，這些部配置為在 如圖13B所示地與一個(gè)相似的擠壓件嚙合時(shí)，部1236和1237形成一個(gè)接收部1238。在使用時(shí)，如圖13C所示并參照?qǐng)D12的設(shè)備1200，多個(gè)擠壓件1230連接在一起形成了該設(shè)備1200的第一支撐部1203。一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1210包括安裝功能部件1241和1242，這些部件與接收部1238嚙合，從而將一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1210安裝到第一支撐部1203上。另一個(gè)擠壓件1230a包括適當(dāng)?shù)陌疾亢徒邮詹浚部稍O(shè)置為與形成第一支撐部1205的最低擠壓件1230嚙合，以提供適當(dāng)?shù)慕邮詹?238，從而按要求安裝一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1210。圖14為類似于圖12的設(shè)備1200的用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備1400的另一個(gè)替代實(shí)例的前透視圖。設(shè)備1400包括一個(gè)支架1401，該支架對(duì)應(yīng)地包括第一伸長(zhǎng)形支撐部1403和第二伸長(zhǎng)形支撐部1405。該第一伸長(zhǎng)形支撐部和該第二伸長(zhǎng)形支撐部是分開的并且通過(guò)支架1401固定地相互連接。設(shè)備1400包括由五個(gè)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1410組成的兩個(gè)陣列1411和1413。在該構(gòu)造中，一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1410均彼此連接在一起成為一個(gè)連續(xù)片。這有可能具有與圖8至圖12所描繪的分段構(gòu)造相比降低制造成本的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)備1400進(jìn)一步包括十個(gè)光伏電池(未示出)，這些光伏電池固定地附接到第二伸長(zhǎng)形支撐部1405并沿著第二伸長(zhǎng)形支撐部排列，以保持一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1410與其對(duì)應(yīng)的光伏電池之間的恒定光學(xué)工作關(guān)系。詳圖1440示出了多個(gè)截錐形二級(jí)反射器1420(類似于參照?qǐng)D6C、圖6D和圖12所述的截錐形二級(jí)反射器)，這些二級(jí)反射器安裝到第二支撐部1205的內(nèi)部1415上。參照?qǐng)D15，描繪了一個(gè)根據(jù)本文所述本發(fā)明的用于收集和利用太陽(yáng)能的系統(tǒng)的流程圖。在使用時(shí)，設(shè)備1500的一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1510適配為接收入射到其上的入射太陽(yáng)福射1515并將該太陽(yáng)福射定向到光伏電池1520,這樣它們就保持了恒定光學(xué)工作關(guān)系。二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1550也與一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1510和光伏電池1520處于恒定光學(xué)工作嚙合，這樣二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件就適配為將從一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1510入射到其上的太陽(yáng)輻射定向到光伏電池1520，因此有助于設(shè)備1500發(fā)電和生熱并提高了轉(zhuǎn)換效率。光伏電池1520適配為接收入射到一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1510和二級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1550上的太陽(yáng)輻射并將這些輻射轉(zhuǎn)換成電能。光伏電池1520可為CPV電池。
在光伏電池1520中產(chǎn)生的電能與一個(gè)適當(dāng)?shù)牡蛪鹤冾l器1521運(yùn)作性地連接(例如通過(guò)電線)，以便將光伏電池1520中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。該交流電在傳遞到家用或商用1523之前可用儀表1552測(cè)量。第二支撐部1506包括用于將入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的熱轉(zhuǎn)換裝置1540。光伏電池1520與內(nèi)支撐部1506熱連通，從而將入射到光伏電池1520上的過(guò)量太陽(yáng)輻射通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞到熱轉(zhuǎn)換裝置1540，并因此調(diào)節(jié)光伏電池1520(光伏電池在升高的溫度下通常具有較低效率)的熱量。熱轉(zhuǎn)換裝置1540包括一個(gè)用于使流體(例如水)流過(guò)中空部1541的泵1590，其中在使用中所述流體被入射到內(nèi)支撐部1506上的過(guò)量太陽(yáng)輻射和入射到光伏電池1520上的過(guò)量太陽(yáng)輻射加熱。來(lái)自熱轉(zhuǎn)換裝置1540的至少一部分流體可流到一個(gè)儲(chǔ)存箱1598，該儲(chǔ)存箱包括一個(gè)用于加滿液位的流體入口 1596和一個(gè)用于排液特別是熱流體的流體出口 1597。在從出口 1597排出的熱流體是熱水的情況下，可適合于家用或商用1599?？商娲?，在使用的是除水之外的流體的情況下，可在出口 1597后設(shè)置熱交換器(未示出)以便提供家用或商用熱水。來(lái)自熱轉(zhuǎn)換裝置1540或來(lái)自儲(chǔ)存箱1598的至少一部分流體可流到散熱器1530，過(guò)多熱量在通過(guò)泵1590返回到熱轉(zhuǎn)換裝置 1540的中空部1541之前在散熱器處被散發(fā)掉。泵1590的流速可以是可變的并且可以由流速控制裝置1591操作，該流速控制裝置包括一個(gè)溫度傳感器(例如熱電偶)，該溫度傳感器被運(yùn)作性地布置成測(cè)量循環(huán)流體的溫度。泵速以及因此流過(guò)熱轉(zhuǎn)換裝置1540的中空部1541的流體的流速可由測(cè)量的循環(huán)流體的溫度以及因此流出熱轉(zhuǎn)換裝置1540的流體的溫度指示。此外，設(shè)備1500由樞軸1570支撐，該樞軸對(duì)應(yīng)地通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂破?571和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1572在兩個(gè)方向上是可轉(zhuǎn)動(dòng)的，這些控制器和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)與太陽(yáng)跟蹤裝置1573運(yùn)作性地連接(例如通過(guò)有線或無(wú)線方式)，以便調(diào)節(jié)一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件1510的仰角和水平角與一天中太陽(yáng)位置的變化一致。與目前系統(tǒng)的相同額定峰值功率相比，使用太陽(yáng)跟蹤裝置，功率有望增加約30% (千瓦時(shí))，因?yàn)楣夥姵卦诿刻熘幸越咏逯倒β什僮鞯臅r(shí)間較長(zhǎng)。在圖15所描繪的用于收集和利用太陽(yáng)能的系統(tǒng)中，應(yīng)理解的是設(shè)備1500可由對(duì)應(yīng)地由圖8A至圖8G、圖9、圖10、圖11、圖12和圖14中描繪的設(shè)備800，900，1000，1200和1400實(shí)例中任一個(gè)替代，或由做了適當(dāng)修改的本文所述用于收集和利用太陽(yáng)能的任何其他適當(dāng)設(shè)備替代。在具體構(gòu)造中，本文所述太陽(yáng)能收集器適配為與太陽(yáng)一起運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)，在一天中隨著太陽(yáng)改變其位置而面朝太陽(yáng)。隨著太陽(yáng)升起和降落，太陽(yáng)的仰角發(fā)生變化，并且太陽(yáng)的水平角隨著太陽(yáng)從地平線到地平線的表面運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化。因此一個(gè)太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能收集器的仰角，并且還調(diào)節(jié)太陽(yáng)能收集器的水平角與一天中太陽(yáng)位置的變化一致。多數(shù)高聚光因子(>50suns)的太陽(yáng)能收集器要求精度高于平板PV跟蹤系統(tǒng)的雙軸跟蹤系統(tǒng)，并且多數(shù)目前的聚光器裝置具有具體適配每個(gè)單獨(dú)的設(shè)備的尺寸的專門定制的跟蹤系統(tǒng)。因此，在本文所述太陽(yáng)能收集器裝置的任一構(gòu)造中，該設(shè)備的支架可適配為跟蹤太陽(yáng)在天空的視運(yùn)動(dòng)，以優(yōu)化太陽(yáng)能收集效率。該跟蹤系統(tǒng)可設(shè)想為由至少一個(gè)樞軸(未示出)支撐該設(shè)備，該樞軸可以在至少兩個(gè)方向上是可轉(zhuǎn)動(dòng)的。于是該設(shè)備可進(jìn)一步包括使該支架圍繞該樞軸移動(dòng)的太陽(yáng)跟蹤裝置，以便隨著一天中入射太陽(yáng)輻射的方向變化來(lái)調(diào)整該設(shè)備的仰角以及該設(shè)備的水平角，從而跟蹤太陽(yáng)在天空的視運(yùn)動(dòng)。該跟蹤系統(tǒng)可包括一個(gè)具有適當(dāng)控制器和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的雙軸望遠(yuǎn)鏡座，連同一個(gè)高精度(<0. 1° )太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)。本文所描繪的設(shè)備可設(shè)想為具有顯著低于用于原型部件的平板光伏模塊的成本($/瓦)。為該設(shè)備設(shè)計(jì)和制造的部件(鏡、熱管、跟蹤器和變頻器)的成本有可能低于平板光伏模塊的每千瓦等值成本的一半。該設(shè)備還能利用現(xiàn)有部件制造商批量生產(chǎn)，而無(wú)需大量科研工作而建造制造工廠(例如薄膜和有機(jī)染料PV)。因此通過(guò)最高效光伏電池與附加熱水使用相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)最高系統(tǒng)能源效率。與平板光伏材料和薄膜光伏材料相比，高效率可降低相同功率輸出的安裝尺寸。而且，由于該設(shè)備適配為與太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)一起使用，與目前系統(tǒng)的相同額定峰值功率相比，功率有望增加約30% (千瓦時(shí))，因?yàn)楣夥姵卦诿刻熘幸越咏逯倒β什僮鞯臅r(shí)間較長(zhǎng)。而且，目前的高聚光光伏系統(tǒng)不使用產(chǎn)生的熱量，而是將熱量當(dāng)作廢物。本發(fā)明的設(shè)備使用可商購(gòu)的III-V族三結(jié)CPV電池，其效率目前為約39%，預(yù)計(jì)5 年內(nèi)達(dá)到約45%。本發(fā)明的系統(tǒng)可包括與一個(gè)太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)運(yùn)作性地連接的本發(fā)明的設(shè)備。本發(fā)明的設(shè)備可包括通過(guò)一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件雙軸跟蹤太陽(yáng)的裝置。該太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)可與通過(guò)一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件雙軸跟蹤太陽(yáng)的裝置運(yùn)作性地連接(例如通過(guò)電線或無(wú)線方式)。該光伏電池為三結(jié)聚光光伏電池(CPV電池)。該太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)可與通過(guò)一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件雙軸跟蹤太陽(yáng)的裝置運(yùn)作性地連接(例如通過(guò)有線或無(wú)線方式)，從而調(diào)節(jié)它們的位置使其跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的設(shè)備的CPV電池可與一個(gè)直流到交流變流器運(yùn)作性地連接(例如通過(guò)有線或無(wú)線方式)，從而將由該CPV電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成適合家用或商用的交流電。該變流器可與一個(gè)儀表耦合，以測(cè)量由CPV電池產(chǎn)生的電量。本發(fā)明的設(shè)備設(shè)計(jì)為將必要的CPV排熱與低品位熱能作為熱水的高效使用相結(jié)合。本發(fā)明的設(shè)備中的太陽(yáng)能反射器可具有將光聚焦到(lOXlO)mm CPV電池所要求的點(diǎn)的幾何形狀。拋物面碟式反射器具有要求聚光到一個(gè)點(diǎn)的簡(jiǎn)單幾何形狀。在本發(fā)明的設(shè)備中使用的太陽(yáng)能反射器的基本設(shè)計(jì)是采用碟形并去掉一個(gè)矩形部分。然后該部分的內(nèi)部可鍍上或襯有一個(gè)反射膜。一種適當(dāng)?shù)姆瓷淠た砂ê穸葹镺. 3mm的MIR0-SUN90防風(fēng)雨鋁板。然后在中心支架和接收管的兩側(cè)重復(fù)布置離軸碟形部(太陽(yáng)能反射器)。CPV電池沿著該設(shè)備的長(zhǎng)度安裝在每個(gè)太陽(yáng)能反射器的焦點(diǎn)或聚焦區(qū)附近，以便設(shè)置在從反射器接收輻射的位置。與電池處于導(dǎo)熱連通的循環(huán)傳熱流體例如水從CPV電池帶走熱量。一個(gè)包括本發(fā)明設(shè)備的的系統(tǒng)可包括一個(gè)溫度傳感器(例如熱電偶)，該溫度傳感器被運(yùn)作性地布置在該系統(tǒng)中以測(cè)量循環(huán)傳熱流體的溫度。該溫度傳感器可以被連接到一個(gè)個(gè)泵控制器上，該泵控制器進(jìn)而可與一個(gè)泵連接，該泵與本發(fā)明的設(shè)備可操作地耦合以泵送傳熱流體流過(guò)接收管。該泵控制器可適配為控制該泵的泵速作為傳熱流體的溫度的函數(shù)。這可通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)控制泵速并由此控制流過(guò)接收管的傳熱流體的流速，并因此控制流出接收管的傳熱流體的溫度。溫度沿著接收管的升高可由一個(gè)恒溫調(diào)節(jié)循環(huán)泵控制，該泵適配為泵送傳熱流體以可變流速流過(guò)接收管。因此在傳熱流體為水的情況下，流過(guò)該管的水的流速可以控制，使65攝氏度的熱水通過(guò)管子從接收管的出口泵送到到一個(gè)常規(guī)的熱水儲(chǔ)存箱的入口并從該熱水儲(chǔ)存箱的出口泵送到該接收管的入口。通往熱水儲(chǔ)存箱的管子可以是絕緣的，并且返回流量可以流過(guò)高表面積的被動(dòng)散熱管。一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件的支架可作為另外的具有內(nèi)腔和高表面積的散熱器加倍。本發(fā)明的設(shè)備具有兩個(gè)優(yōu)于其他CPV太陽(yáng)能收集器的設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)備從允許高聚光因子的CPV電池(目前的設(shè)計(jì)為約1450suns)主動(dòng)帶走熱量，這簡(jiǎn)單地相當(dāng)于隨著聚光因子的升高而升高的接近于線性功率輸出。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與第一代菲涅耳透鏡系統(tǒng)相比，具有二級(jí)反射器或折射器(XR)的光學(xué)分類的太陽(yáng)反射器的角度跟蹤誤差容限約為兩倍。有可能成功的唯一最佳量度是安裝的PV系統(tǒng)或CPV系統(tǒng)的$/瓦?？缮藤?gòu)的CPV電池(39% )跟隨連續(xù)實(shí)驗(yàn)室世界紀(jì)錄CPV效率(41. 6% SpectroLab mono,43% UNSffsplit)提高了效率。PV制造商必須改變其生產(chǎn)線來(lái)生產(chǎn)新太陽(yáng)能電池和模塊，與之不同的是CPV太陽(yáng)能收集器可在收集器中替入具有相同形狀因子的新的更高效CPV電池。基于低聚光因子2-lOOsuns的系統(tǒng)間分割的聚光光伏(CPV)技術(shù)之間存在顯著差別，通常為SiCPV電池和高聚光因子高聚光光伏(HCPV) (500-2, OOOsuns)三結(jié)電池。雖然兩種方法都是技術(shù)有效的，但它們具有不同的成本結(jié)構(gòu)、不同的制造和供應(yīng)要求以及不同的系統(tǒng)性能。在一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件與第一支撐部之間也可以有空隙，以使任何 雨水和塵土可以排出。還可以有一個(gè)沿著伸長(zhǎng)形太陽(yáng)反射器在縱向上延伸的窄槽以使任何雨水和塵土可以排出。每天的循環(huán)會(huì)將收集器翻轉(zhuǎn)，使得可能收集的任何葉子或輕的碎片可以吹走。人們不希望將收集器設(shè)在樹下或旁邊。在每個(gè)一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件之間可有一個(gè)小的空隙，以使風(fēng)更容易經(jīng)過(guò)和穿過(guò)收集器，從而降低結(jié)構(gòu)風(fēng)載要求。一級(jí)反射器或一級(jí)太陽(yáng)能聚光元件與第一支撐部之間的空隙也是如此，從而將經(jīng)過(guò)的風(fēng)定向到該空隙并提高了該支撐部的散熱冷卻效果。太陽(yáng)能收集器的反射表面設(shè)計(jì)為易于例如使用擋風(fēng)刮水片進(jìn)行清潔。如果使用多年以后存在塵垢問(wèn)題，例如鋁鏡膜的成本低并且可簡(jiǎn)單地剝離舊膜然后把更換鏡粘貼到位而進(jìn)行更換。跟蹤器可手動(dòng)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能收集器“脫離太陽(yáng)”而進(jìn)行清潔。反射表面不會(huì)顯著變熱而構(gòu)成危險(xiǎn)。二級(jí)反射器或折射器也不會(huì)顯著變熱。最熱的元件是CPV電池，該電池可密封在玻璃接收管的后面，因此是不可接觸的，沒(méi)有可能燃燒。熱水必須保持低于燙傷溫度(為目前強(qiáng)制性的限溫值要求之一)，因此隨便觸摸應(yīng)該是安全的。兩個(gè)或更多個(gè)本發(fā)明的設(shè)備可串聯(lián)或并聯(lián)(對(duì)于太陽(yáng)能電池是電連接，而對(duì)于傳熱流體是液壓連接)。應(yīng)理解的是，以上所述/所解釋的方法、設(shè)備、裝置和系統(tǒng)至少基本提供了一種太陽(yáng)能收集和利用設(shè)備，該設(shè)備特別適合家庭或小商業(yè)應(yīng)用并且易于適配安裝在居住場(chǎng)所。本文所述和/或附圖所示的設(shè)備僅通過(guò)舉例的方式呈現(xiàn)，并且不限制本發(fā)明的范圍。除非名明確地另行說(shuō)明，該設(shè)備的單獨(dú)方面和部件可以修改或者可以替換，因此已知等效物或?qū)?lái)可能開發(fā)出的目前未知的替換物，或者將來(lái)可能發(fā)現(xiàn)的可接受的替代物。該設(shè)備還可保持在所述發(fā)明的范圍和精神內(nèi)為各自應(yīng)用進(jìn)行修改，因?yàn)闈撛趹?yīng)用范圍廣泛，并且因?yàn)樵撛O(shè)備旨在適用于很多此類變體。
權(quán)利要求
1.一種用于反射太陽(yáng)福射的反射器，該反射器具有一個(gè)反射器表面，該表面為凹形，并且其中該表面圍繞一個(gè)第一軸線和一個(gè)第二軸線進(jìn)行彎曲，該第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并且圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲。
2.如權(quán)利要求I所述的反射器，其中該反射器是伸長(zhǎng)形的，這樣使得所述第二軸線為一條縱向軸線，而且所述表面在橫截面上具有一種拋物面構(gòu)形。
3.如權(quán)利要求2所述的反射器，其中所述第二軸線跟隨一條拋物線軌跡。
4.如權(quán)利要求I所述的反射器，其中所述反射器是伸長(zhǎng)形的，這樣使得所述第二軸線為一條縱向軸線，而且所述表面在橫截面上具有一種橢圓構(gòu)形、雙曲面構(gòu)形或部分圓形的構(gòu)形。
5.如權(quán)利要求I至4中任何一項(xiàng)所述的反射器，其中圍繞該第一軸線或/和該第二軸線的該反射器表面與一條拋物線偏離，這樣使得
6.從該反射器表面反射的輻射照射一個(gè)通量密度基本上均勻的區(qū)域。
7.一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備，包括至少一個(gè)反射器，每個(gè)反射器均根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任何一項(xiàng)； 至少一個(gè)光伏電池，該光伏電池與每個(gè)表面相關(guān)聯(lián)并且相對(duì)于該相關(guān)聯(lián)的表面而定位，以便接收由該相關(guān)聯(lián)的表面反射的輻射并且將所接收的輻射轉(zhuǎn)換成電能。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中每個(gè)表面是相對(duì)于其相關(guān)聯(lián)的所述電池進(jìn)行配置和定位的，這樣使得從每個(gè)表面反射的輻射均照射該電池的通量密度基本上均勻的接收區(qū)。
9.如權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的設(shè)備，包括 多個(gè)反射器，每個(gè)反射器均是如權(quán)利要求I至5中任何一項(xiàng)所述的反射器，每個(gè)反射器包括一個(gè)凹形反射器表面；以及 多個(gè)光伏電池，每個(gè)光伏電池均被布置成接收入射到相應(yīng)反射器的反射器表面上并且由該反射器表面反射的輻射。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中該多個(gè)一級(jí)反射器包括一個(gè)連續(xù)的反射片，該反射片具有多個(gè)凹形反射表面，這些反射表面與對(duì)應(yīng)的光伏電池運(yùn)作性地接合。這些一級(jí)反射器中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的一級(jí)反射器，每個(gè)二級(jí)反射器反射相關(guān)聯(lián)的一級(jí)反射器處接收的太陽(yáng)輻射。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中該至少一個(gè)二級(jí)太陽(yáng)反射器為截錐形反射器。
12.如權(quán)利要求6至11中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)用于將入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的熱轉(zhuǎn)換裝置，其中該至少一個(gè)光伏電池與該熱轉(zhuǎn)換裝置是處于熱連通的，從而將入射到該至少一個(gè)光伏電池上的過(guò)量太陽(yáng)輻射通過(guò)熱傳導(dǎo)傳遞到該熱轉(zhuǎn)換裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中該熱轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)用于使流體流過(guò)其中的裝置，其中所述流體被入射到第二支撐部上的過(guò)量太陽(yáng)輻射加熱。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中該熱轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)中空部和一個(gè)用于使流體流過(guò)該中空部的泵。
15.如權(quán)利要求6至14中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中該支架由至少一個(gè)樞軸支撐,該樞軸在至少兩個(gè)方向上是可轉(zhuǎn)動(dòng)的，并且該設(shè)備進(jìn)一步包括使該支架圍繞該樞軸運(yùn)動(dòng)的太陽(yáng)跟蹤裝置，以便隨著一天中太陽(yáng)的入射輻射方向的變化來(lái)調(diào)整該設(shè)備的仰角以及該設(shè)備的水平角，從而跟蹤太陽(yáng)在天空的運(yùn)動(dòng)以及入射到該至少一個(gè)一級(jí)反射器到達(dá)光伏電池的太陽(yáng)入射輻射。
16.如權(quán)利要求6至15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)電轉(zhuǎn)換裝置，該電轉(zhuǎn)換裝置與該光伏電池運(yùn)作性地連接，從而將在該光伏電池中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于反射太陽(yáng)輻射的反射器，該反射器具有一個(gè)反射器表面，該表面為凹形，并且其中該表面圍繞第一軸線和第二軸線進(jìn)行彎曲，該第二軸線處于總體上垂直于該第一軸線的平面中并圍繞該第一軸線進(jìn)行彎曲；以及一種用于收集和利用太陽(yáng)能的設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個(gè)反射器以及至少一個(gè)光伏電池，該光伏電池與每個(gè)表面相關(guān)聯(lián)并且相對(duì)于該相關(guān)聯(lián)的表面進(jìn)行定位，由此被定位成接收由該相關(guān)聯(lián)的表面反射的輻射并將所接收的輻射轉(zhuǎn)換成電能，該設(shè)備進(jìn)一步包括用于將入射到其上的過(guò)量太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能的熱轉(zhuǎn)換裝置。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102782420SQ201080056105
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者克里斯多佛·萊斯利·韋林 申請(qǐng)人:康桑特拉特私人有限公司