CN101784844A

CN101784844A - 用于太阳热能应用的太阳能收集系统

Info

Publication number: CN101784844A
Application number: CN200880101766A
Authority: CN
Inventors: C·格雷戈尔格; B·科尔曼; A·格里安尼; G·卢科尼; J·布莱尔
Original assignee: Esolar Inc
Current assignee: Shandong Power Construction Third Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2028-06-09
Also published as: US8590527B2; CN101784844B; EP2171369A1; US20090007901A1; EP2171369A4; WO2008154521A1

Abstract

本发明公开一种太阳能收集系统，该系统包括多个框架。每个框架包括至少一对间隔开的侧向部件，连接于该侧向部件的多个横向部件，该横向部件能够从运输形式向展开形式枢转地运动，其中在展开形式，每个横向部件设置成相对于相邻的横向部件具有预定的角度，以及从该框架延伸的多个安装台。该太阳能收集系统还包括多个定日镜，每个定日镜安装在其中一个安装台上，以及连接于该框架的多个镇重物，每个镇重物具有接触地面而基本上不陷入地面的下表面，以将该框架的位置保持在地面上。

Description

用于太阳热能应用的太阳能收集系统

背景技术

电力塔太阳能收集系统通常采用大量支撑定日镜的反射镜，该反射镜将太阳光反射到塔上，通过这种方式直接或间接地发电。所述的定日镜通常围绕该塔沿着在不同位置的同心圆弧设置在地面上。为了避免圆弧之间的阻挡，圆弧之间的距离是半径的递增函数。为了整天跟踪太阳的位置，每个定日镜运动到向朝着塔反射太阳光的方位(configuration)。每个定日镜通过连接于陷入地面的结构而锚固于地面。这种锚固在有风的情况下保持想要的反射镜取向。

在当前的系统中，每个定日镜通过陷入地面的结构单个地锚定于地面。利用地面陷入锚定器，支撑定日镜的每个地面陷入结构的安装费时费力，并且费用相当高。而且，通常由于大量地面用于安装太阳能收集系统，在安装区域或安装区周围的地面上由于地面陷入锚定器而布满伤痕，并且可能对植物和野生动物造成不利影响。

由于定日镜的圆弧形状和可变距离的设置，为了精确的定日镜位置，安装需要费力的测量地形的作业。此外，在当前的系统中，每个定日镜用安装支柱单独地支撑。因此，用于支撑定日镜的结构强度必需由安装支柱提供。由于风载荷的结果，通常安装在定日镜上的巨大的反射表面(其可以超过100m²)在安装支柱上产生巨大的力矩。这种力矩通常与反射表面半径的平方成正比。为了减小巨大的力矩，要求具有小的内反射镜密度的大量单独支撑的较小反射镜以便达到较大反射表面的反射镜密度，而在定日镜之间不产生机械干涉，并且不产生不期望的光学性质(例如，遮挡和下部阻挡)。但是，具有较小反射面的单独支撑的定日镜的这种大密度设置，其安装和维护费用相当高并且很费力。

基于前面所述，需要一种能够解决与上面所讨论的当前太阳能收集系统相关的问题的太阳能收集系统。

发明内容

根据本发明的各方面，一种太阳能收集系统包括至少由一对侧向部件(sidemember)和连接于该对侧向部件的多个横向部件(cross member)的框架，安装在该框架上的多个定日镜，连接于该框架并且构造成将该框架的位置保持在地面上的多个镇重物(ballast)。

根据本发明的各方面。一种太阳能收集系统包括多个框架，其中每个框架包括至少一对间隔开的侧向部件，连接于所述侧向部件的多个横向部件，所述横向部件能够从运输形式(configuration)向展开形式枢轴地运动，其中在展开形式中，每个横向部件设置成相对于相邻的横向部件具有预定的角度，以及从所述框架延伸的多个安装台(stantion)。该太阳能收集系统还包括多个定日镜和连接于框架的多个镇重物，每个定日镜安装在其中一个安装台上，每个镇重物具有接触地面而基本上不陷入地面的下表面，以将框架的位置保持在地面上。

根据本发明的各方面，一种用于安装太阳能收集系统的方法，包括从运输形式向展开形式展开框架的横向部件，将该框架的侧向部件和横向部件连接在一起，将该框架连接于多个镇重物，以将该框架的位置保持在地面上，以及将多个定日镜安装在该框架上。

附图说明

图1是根据本发明用于太阳能收集系统的自镇重定日镜系统的一个实施例的侧视透视图。

图2是图1的自镇重定日镜系统的角透视图。

图3是图1的自镇重定日镜系统的俯视图。

图4是用于支撑定日镜的结构的示意图。

图5是根据本发明的自镇重定日镜系统的示意图。

图6是根据本发明用于太阳能收集系统的自镇重定日镜系统的另一个实施例的透视图。

图7是图6的自镇重定日镜系统的局部透视图。

图8是图6的自镇重定日镜系统的侧向部件的一个实施例的透视图。

图9是根据本发明用于太阳能收集系统的安装框架的镇重物及高度调节和安装机构的一个实施例的分解图。

图10和11是根据本发明用于太阳能收集系统的安装框架的镇重物及高度调节和安装机构的另一个实施例的透视图。

图12示出图6的自镇重定日镜系统的横向部件的透视图。

图13是图6的自镇重定日镜系统的横向部件和侧向部件的部分地分解的俯视图。

图14是以运输形式示出的图6的自镇重定日镜系统的横向部件的局部俯视图。

图15是用于连接于图6的自镇重定日镜系统的横向部件的铰链的透视图。

图16是图15的铰链的分解图。

图17是以装配前的形式示出的图6的自镇重定日镜系统的横向部件、铰链和侧向部件透视图。

图18是以装配的形式示出的图6的自镇重定日镜系统的横向部件、铰链和侧向部件透视图。

图19是根据本发明用于太阳能收集系统的自镇重定日镜系统的另一个实施例的透视图。

图20是图19的自镇重定日镜系统的俯视图。

图21是图19的自镇重定日镜系统的铰链的俯视图。

图22是以运输的形式示出的图19的自镇重定日镜系统的横向部件的透视图。

图23是图21的铰链的侧视透视图。

图24是以部分展开的位置示出的图22的横向部件的透视图。

图25是以部分展开的位置示出的图19的铰链的侧视透视图。

图26是以完全展开的位置示出的图22的横向部件的透视图。

图27是以图22的横向部件的完全展开的位置示出的图21的铰链的侧视透视图。

图28是根据本发明用于太阳能收集系统的自镇重定日镜系统的另一个实施例的透视图。

图29是图28的自镇重定日镜系统的侧向部件和横向部件的透视图。

图30是图28的自镇重定日镜系统的侧向部件的透视图。

图31是根据本发明的镇重物的透视图。

图32是图28的自镇重定日镜系统的安装台、侧向部件和横向部件的透视图。

图33是图28的自镇重定日镜系统的安装台、侧向部件、横向部件和镇重物的透视图。

图34是根据本发明用于太阳能收集系统的自镇重定日镜系统的另一个实施例的框架的透视图。

图35是以完全展开的位置示出的图34的自镇重定日镜系统的框架的俯视图。

图36是以部分展开的形式示出的图34的自镇重定日镜系统的框架的透视图。

图37是以部分展开的形式示出的图34的自镇重定日镜系统的框架的俯视图。

图38是以运输的形式示出的图34的自镇重定日镜系统的框架的透视图。

图39和40是图34的自镇重定日镜系统的铰链的透视图。

图41是图34的自镇重定日镜系统的横向部件的透视图。

图42是根据本发明用于太阳能收集系统的冲洗设备的透视图。

图43是图42的冲洗设备的前视图。

图44和45是图42的冲洗设备的各种部件的示意图。

图46是用于安装根据本发明的太阳能收集系统的起重机架(gantry)的透视图。

图47是接纳运输形式的横向部件的图46的起重机架的传送机的透视图。

图48是接纳运输形式的横向部件的图46的起重机架的传送机的另一个透视图。

图49是从图46的起重机架展开的图19的自镇重定日镜系统的横向部件的前视透视图。

图50是当从图46的起重机架展开时图19的自镇重定日镜系统的横向部件的前视透视图。

具体实施方式

参考图1至图3以及图5至图41，这些图示出根据本发明各种实施例的太阳能收集系统的各种部件。该太阳能收集系统包括用于安装在地面上的一个或多个框架和支撑在每个框架上的多个定日镜。定日镜在这里是指具有构造成跟踪太阳位置的光学部件的装置。因此，定日镜可以包括一个或多个反射镜、太阳能电池、透镜或其他光学部件。在下面的实施例中，定日镜被描述为具有用致动器跟踪太阳位置的反射镜。每个反射镜能够沿着两个方向(二维空间)相对于相关的框架运动，以便整天跟踪太阳并且使入射光改变方向到一个或多个接收器(未示出)。接收器可以包括塔(tower)，所述塔构造成具有锅炉，该锅炉具有一个或多个输入孔径、熔盐容器或光学电池(例如，用于将接收的光直接或间接转换成电)。该框架用手工或展开装置在现场展开，展开装置将在下面描述。此外，太阳能收集系统还包括与每个框架合作的清洁机，以清洁反射镜。

每个框架形成自镇重定日镜(SBH)系统。正如在下面所述的，该框架包括多个互连接的部件，形成用于支撑多个定日镜的结构，其中框架的结构使定日镜能够被该框架支撑，而仅需少量陷入或不陷入地面的支撑，无需锚定器和/或重物。

参考图4，图4示意地示出用基座(base)54支撑在地面上的具有桅杆或安装台50的结构50。定日镜(未示出)能够安装在该安装台52上。所示的安装台具有高度h，而所示的基座54具有宽度w。包括安装台52、基座54和定日镜的该结构50的组合重量用G表示。所示的力F作用在安装台52上，其表示作用在定日镜的反射镜表面上的风力。为了防止定日镜的翻倒，该组合的重量G必需大于风力F和高度对宽度之比(h/w)的乘积的两倍。在图4中，A和B表示反作用力。如果风力为100磅(lb)，定日镜的重量为100磅(lb)，并且高度对宽度之比为2至4，为了防止结构50的翻倒所需要的附加重量大约是300至700磅。因此，为了防止结构50的翻倒其必需包括大约300至700磅的镇重物。

参考图5，图5示意地示出根据本发明的框架结构60。该框架60包括两个安装台62，其中每个安装台62用基座64支撑。横向部件66连接两个安装台62。每个安装台62构造成支撑具有致动的反光镜的定日镜组件(未示出)。框架60具有高度h和总宽度W′，该宽度包括每个基座64的宽度和每个基座64之间的距离。该结构的组合重量用G表示，该重量包括框架60和定日镜组件的重量。作用在每个定日镜的反射镜(未示出)表面上的风力示为F。为了防止框架60的翻倒，该组合重量G必需大于风力F与高宽比(h/W′)的乘积的四倍。在图5中，A′和B′表示反作用力。如果风力为100磅(lb)，定日镜的重量为100磅，并且高度对宽度之比大约为0.5或以上，为了防止结构60的翻倒不需要的附加重量。因此，图5的结构60是自镇重的，以提供在这里详细描述的SBH系统。

框架60分布总重量G，以提供用于支撑定日镜的自镇重的并且稳定的平台。而且，正如在下面所详细描述的，框架60可以包括附加的互连接部件，包括附加安装台62、基座64、横向部件66和侧向部件(在图5中伸出到纸面的外面)，这样，能够减少用于自镇重系统的总重量需求。但是，为了在更大的风载荷作用在该框架上的情况下为框架提供额外的支撑，和/或提供额外的安全性和稳定性，该框架60可以包括多个镇重物，以增加总重量G。正如在下面关于本发明的各种实施例所详细描述的，镇重物可以是能够为框架提供附加重量的混凝土物件或用任何材料形成的任何类型的加重结构。为了提供用于反射镜的指向精度，每个定日镜安装在其中的每个框架的位置(location)应当是尽可能刚性的。为了提供这种刚性，每个定日镜应当对框架设置在地面上的位置或者对镇重物应当具有最短的载荷路径，如果镇重物用来为框架打基础的话。因此，如果定日镜安装在安装台上，该框架上的安装台应当尽可能接近镇重物或直接安装在镇重物上。

框架和其相应的反射镜可以大致设置在改变方向的太阳光能够到其上的相关接收塔(未示出)的北侧和南侧(在一些实施例中，该框架和反射镜将对应的接收器布置成(boarder)北、南、东、西方向或其组合)。多个SBH系统可以在地面上设置成阵列。该SBH系统可以连接以形成巨大的SBH结构。正如在下面详细地描述的，每个SBH系统的反射镜以交错排列的方式设置，以便减少由于另一个反射镜的遮挡引起的能量损失。

一般而言，反射镜的尺寸、重量和高宽比可以用来确定框架的高度，框架的结构元件之间间隔，以及反射镜之间的交错的角度，以便使由于阻挡和遮挡引起的损失最小，抵抗由于风力引起的运动，并且使效率的增加到最优化的程度。例如，框架的水平宽度和长度与反射镜的高度相比可以很大，因此为每个框架和反射镜系统提供小的高宽比(即，小的高度对宽度之比)。该高宽比(反射镜中心的高度除以框架在其最小尺寸处的宽度，例如梁-梁的宽度)通常在0.5到0.82之间，尽管根据风载荷和重量分布也可以用较大的长宽比。反射镜可以是大约一平方米，而反射镜的高度是大约5至6英尺。反射镜可以由间隙横向间隔开4至5英尺(虽然这取决于反射镜的尺寸)。反射镜的位置接近地面利用靠近地面的减小所风速，有时候这叫做边界层效应。此外，在水平面中反射镜的紧密的组装有助于减小排与排之间的风，从而减小反射镜的致动器上的风载荷以及框架上的结构要求。SBH系统的重量与低的高宽比的组合足以抵抗风力，从而即便在有大风的情况下防止横向运动和翻倒，并且保持稳定性。反射镜的交错设置构造成以便根据包括反射镜的尺寸和高宽比的若干因素以40-80度之间的角度对齐一组组的反射镜。在所公开的实施例中，所示出反射镜具有大约60度的交错角度，这相对于纬度线、经度线或其组合提供大约30的角度(见图3)。大约60度的反射镜的交错布局减少由于遮挡引起的能量损失，当一个反射镜阻挡入射阳光使其不能到达另一个反射镜时发生遮挡，而当一个反射镜阻挡来自另一个反射镜的反射的阳光使其不能到达接收器时则发生阻挡。但是，优化的交错角度可以根据反射镜的尺寸和形状以及相邻反射镜之间距离变化。

因此，正如下面的示范性实施例在下面所描述的，所公开的SBH系统包括多个低高宽比框架，该多个低高宽比框架安装在地面上并且主要取决于该框架和反射镜的重量在地面上将该SBH系统保持在位，而不需要SBH系统的任何部件陷入地面。因此，该SBH系统能够用框架和反射镜的重量支撑。但是，正如下面所讨论的，每个框架可以连接于镇重物以提供额外的稳定性和安全性。

参考图1至图3，图1至图3示出具有根据第一实施例的多个SBH系统的太阳能收集系统。每个SBH系统包括可运动地安装在框架102上的多个反射镜100。每个框架102包括多个侧向部件104和在该侧向部件104之间延伸并连接于该侧向部件104的多个横向部件106。在这个实施例中，横向部件106大致垂直于侧向部件104。横向部件时106为侧向部件104提供结构支撑并且将保持侧向部件104在相对于彼此固定的位置。每个SBH系统由一个或多个镇重物108支撑在地面上，该镇重物108可以是沉重的物体，以便将SBH系统保持在在地面上的固定的位置，很少或者没有地面陷入。镇重物108可以用诸如混凝土的任何材料构造并且可以具有任何形状。例如，如图1至图3所示，该镇重物108可以具有类似于在停车场所用的混凝土汽车止动块的形状。凝土汽车止动块足够重，以将SBH系统固定在地面上，同时提供足够大的表面积，以分布SBH系统的重量而没有下陷。每个反射镜100可以安装在框架102的任何部分。框架102包括从该框架竖直延伸的多个安装台110。每个反射镜100用一个或多个致动器(图1-3未示出)安装在对应的安装台110，以便相对于安装台110为反射镜100提供沿着至少两个方向的运动。

每个框架102的特征在于纵轴线平行于侧向部件104的长度。框架102可以以直线方式彼此平行地设置，从而在相邻框架之间形成过道。在安装、使用、维修和反射镜清洁期间该过道为人员和设备提供通道。框架102和其相应的发射镜100可以大致设置在太阳光改变方向到其上的相关接收器塔(未示出)的北侧和南侧(在一些实施例中，框架和反射镜将对应的接收器定位于(boarder)南、北、东、西方向或其组合)。如图3的平面图所示，框架优选设置地成组，其纵轴线从东向西横向地延伸，而反射镜构造成相对于纬度线、经度线或其组合以大约30度组与组对齐。一组反射镜相对于相邻组反射镜偏移或交错，因而形成一套反射镜，其设置成以形成重复的等边三角形的图形。正如上面所讨论的，相对于纬度线、经度线或其组合以大约30度的这种反射镜结构使得由于遮蔽引起的能量损失最小，当一个反射镜阻挡入射阳光使不能达到另一个反射镜的时发生遮蔽，当一个反射镜阻挡入射阳光使不能达到另一个反射镜时发生遮挡，而当一个反射镜阻挡来自另一个反射镜的反射的阳光使不能达到接收器时则发生阻挡。

侧向部件104和横向部件106可以在运输之前装配以形成框架102。该框架102可以在安装现场安装在镇重物108上。反射镜100可以安装在安装台110上。可选地，侧向部件104和横向部件106可以在安装现场组装成框架102。

参考图6至图18，图6至图18示出根据本发明第二实施例的SBH系统和其各种部件。该SBH系统包括可运动地安装在框架202上多个反射镜200。每个框架202包括多个侧向部件204和在该侧向部件204之间延伸并连接该侧向部件204的多个横向部件206，以便为框架202提供刚性。在这个实施例中，横向部件206以“手风琴形式”枢轴地连接在一起，允许横向部件206折叠成运输形式并且为了组装在现场展开。每个SBH系统由一个或多个镇重物208支撑在地面上，每个镇重物208可以是沉重的物体，以便将SBH系统保持在在地面上的固定的位置，而很少或者没有地面陷入。所示的镇重物208在形状上类似于混凝土汽车止动块。镇重物208将SBH系统固定在地面上，同时提供足够大的表面面积，以分布SBH系统的重量而没有下陷。每个反射镜200可以安装在框架202的任何部分。在所公开的实施例中，每个反射镜200用从框架202竖直延伸的安装台210安装在对应的框架202。每个反射镜200是具有致动器的定日镜的部件，通过该致动器，反射镜200能够相对于该安装台210沿着至少两个方向运动。

图8示出侧向部件204的特写视图。每个侧向部件204包括上梁212、下梁214以及用于将上梁212连接于下梁214的一个或多个横梁216。上梁212、下梁214以及横梁216的连接形成用于刚性和载荷分布的桁架结构。上梁212、下梁214以及横梁216的任何一个可以是空心的以容纳电气元件。在所公开的例子中，上梁212构造成空心管，用于通过电力控制电缆和/或电力电缆。安装台210可以固定于上梁212和/或下梁214。在所公开的实施例中，安装台210延伸超过侧向部件204的宽度，并且在制造时既连接于上梁212又连接于下梁214，以便竖直向上延伸，用于安装并支撑反射镜200。

在图7和图9中示出用于将每个侧向部件204连接于镇重物208的机构(mechanism)220的第一实施例。每个侧向部件204可以用凹座(saddle)218连接于镇重物208，凹座218的形状可以做成接纳每个侧部件204的下梁214。例如，所公开的实施例的凹座218示出为带槽的支架，其尺寸做成接纳下梁214的下部。每个凹座218可以是高度调节和安装机构200的部件，通过该部件，能够调节侧向部件204的高度。每个高度调节和安装机构220包括接合凹座218的螺纹杆222。该螺纹杆222容纳能够转动以便竖直移动该凹座218的螺母224，以便竖直移动相应的侧向部件204。因此，通过调节在每个镇重物208的框架202的高度，成直线行的多个框架202能够被调节到在安装期间想要的高度，以补偿地表面的不平度。在图7中，示出相邻的侧向部件204安装在凹座218上，以便共用单个镇重物208。但是根据每个侧向部件的长度，一个或多个镇重物208可以设置在侧向部件204的两端之间，并且用相应的高度调节和安装机构220连接于该侧部件204。该凹座218可以用另一个螺母225固定。

参考图10和图11，图10和图11示出用于将每个侧向部件204连接于镇重物208的机构220的另一个实施例的特写图。该机构包括从镇重物208竖直延伸的螺纹杆222。水平对齐杆223安装在螺纹杆222上，其高度用螺母224调节。水平对齐杆223沿着镇重物208横向延伸以便支撑相对的侧向部件204。安装在对齐杆223上的卡钩(clasp)227接合侧向部件204的下梁214。固紧时螺母229能够向下压紧在该卡钩227上，以将下梁214固定于对齐杆223。

参考图12至图14，图12至图14示出横向部件206。每个横向部件206可以只包括单个梁。在空开所实施例中，每个横向部件206包括上梁226、下梁228以及将上梁226连接于下梁228的横梁230，以形成用于刚度和载荷分布的桁架结构。每个横向部件206可以用铰链232枢轴地连接相邻的横向部件206，该铰链232在下面详细描述。用铰链232连接相邻横向部件206形成能够折叠成运输形式并且为了组装以手风琴形式展开的结构。在图14所示的运输形式中，由于其端部用铰链232枢轴地连接，横向部件206可以彼此平行或接近平行。

图15和图16分别示出枢轴地将两个横向部件206枢轴地连接在一起的铰链232的一个实施例的特写视图和分解图。该铰链232具有绕共用的螺栓237或杆旋转的第一部分234和第二部分236。每个部分包括尺寸和形状做成使得横向部件206被插入并且被诸如焊接或锚定器的任何已知的方法固定地连接的接收器。当铰链处于打开位置时该铰链232的外面两侧242和244相对于彼此以角度A取向(示于图13和图18)。在这里所讨论的示范性实施例中，角度A可以是60度，使得横向部件和侧向部件形成等边三角形，其中安装台210形成该三角形的顶点。边242由第一部分234形成，而边244由第二部分236形成。而且，在打开位置，顶部238由第一部分234和第二部分236各自的重叠部分246和248形成。横向部件206固定地连接于边242而相邻的横向部件206连接于边244。

参考图14，在铰链232的闭合位置，边244相对于边242取向，使得该横向部件206基本上相互平行地延伸并且可以彼此接触。铰链232的闭合位置表示横向部件206的运输形式。参考图15，当铰链232打开时，横向部件206绕螺栓237相对于彼此枢转，直到铰链232的部分246和248在铰链232的顶部238上重叠。该部分246和248的重叠接合以防止横向部件206被打开到任何超过铰链232的角度A。因此，角度A表示横向部件206在展开位置的预定角度。铰链232可以包括一个或多个坚硬的止动块252(示于图15)，其能够由使铰链232能够被打开到精确的预定角度的邻接表面形成。

参考图15至图18，每个部分246和248分别包括小孔254和256，在铰链的232的打开位置该小孔254和256对齐。铰链232可以靠近安装台210用接纳在小孔254和256中的侧向部件204的螺栓258(示于图17)连接于侧向部件204，并且用接合该螺栓258的螺母260(见图16)固定于侧向部件206。连接于侧向部件204的压缩连接件262(示于图17和图18)可以设置在侧向部件204之间并且能够提供将铰链232紧紧地楔进在侧向部件204上的压力，从而防止横向部件206在安装之后运动。

横向部件206在运输到安装现场之前能够相互枢轴地相互连接。通过在安装台210或在安装台210附近将铰链232固定于侧向部件204，该横向部件206能够固定于侧向部件204，从而提供横向刚度，防止不想要的反射镜200的运动。铰链232靠近安装台210连接于侧向部件204，因为安装台210连接于其上的侧向部件204的部分与远离该安装台210的部分相比更加刚性。

侧向部件204、横向部件206和镇重物208可以运送到现场用于安装。用上面所述的高度调节和安装机构220将该侧向部件204安装在镇重物208上。运送时该横向部件206处于运输形式。横向部件206能够放置在两个侧向部件204之间，并且由一个或多个工人从运输形式拉开到展开形式。然后如上所述将铰链232固定于侧向部件204。可选地，可以将成对的横向部件206顺序地拉开到展开形式，并且将其对应的铰链232固定于侧向部件204，而不是拉开所有的横向部件206，并且然后将其铰链232固定于侧向部件204。于是反射镜200(即，定日镜)可以安装在安装台210上。

参考图19至图27，19至图27示出SBH系统的第三实施例。和上面所述的实施例一样，第三实施例包括多个低的高宽比框架，该多个低高宽比框架安装在地面上并且主要取决于框架和反射镜的重量以将该SBH系统在地面上保持在位，而不需要该SBH系统的任何部件陷入地面。

第三实施例的SBH系统包括可运动地安装在框架302上的多个反射镜(未示出)。每个框架302包括多个侧向部件304和连接于该侧向部件304的多个横向部件306。该横向部件306以“手风琴形式”枢轴地连接在一起。此外，横向部件306的枢转的手风琴设置使该横向部件306能够折叠成运输形式并且在现场展开用于组装。每个SBH系统由一个或多个镇重物308支撑在地面上(在图19中示出单个镇重物308)，该镇重物308构造成将SBH系统保持在地面上的固定位置，很少或者没有地面陷入。正如下面所述，镇重物308可以通过将混凝土浇注在连接于框架302的镇重物袋子350中在现场形成。每个反射镜用从框架302竖直延伸的安装台310安装在对应的框架302上。该安装台安装在镇重物308上。

如下面所述，侧向部件304包括固定在横向部件306上的一个或多个顶梁304。参考图22，每个横向部件306包括上梁326、下梁328和将上梁326连接于下梁328的多个横梁330，以便形成用于刚度和载荷分布的桁架结构。该横向部件306用铰链332枢轴地连接于安装台310，该铰链332在下面详细地描述。因此，横向部件306和安装台310形成手风琴形式的结构，这种结构能够从图20所示的紧凑的运输形式展开到图19所示的扩展的展开形式。在横向部件306展开之后，安装台310安装在镇重物308上。如图21所示，然后横向部件306还与位于每个横向部件306的顶部的顶梁304固定并且螺栓连接于每个横向部件306的上部。

每个安装台310包括与其固定地连接并且在安装台310上竖直地间隔开的一对铰链332，以接纳一对相邻的横向部件306的上梁326和下梁328。每个铰链332由一对间隔开的板336形成，用于在该两个板336之间接纳横向部件306的上梁326或下梁328的端部。

如图23、图25和图27所示，铰链332提供一对相邻的横向部件306相对于彼此的枢转。在所公开的实施例中，一个横向部件306的端部固定在两个板336之间，而相邻的横向部件306的端部在两个板336之间绕连接于板336的第一螺栓337是可以枢转的。每个板包括狭槽338，用于接纳设置在可枢转的横向部件306的端部第二螺栓340。如图22和图23所示，在横向部件306的运输形式中，第二螺栓340在狭槽338的外面。为了相对于相邻的横向部件306扩展处于手风琴形式中的横向部件306，通过将可枢转的横向部件306枢转离开固定的横向部件306，第二螺栓340被放置在狭槽338中，如图24和图25所示。可枢转的横向部件306的进一步的枢转使第二螺栓340进入板336的狭槽338内并在其内运动，直到到达狭槽338的端部，如图26和图27所示。狭槽38的长度可以确定成使得当第二螺栓340到达狭槽338的端部时，相邻的横向部件306处于预定的角度A。在这里所讨论的示范性实施例中，角度A可以是60度，使得横向部件和侧向部件形成等边三角形，其中安装台310形成三角形的顶点。于是通过将第二螺栓340固定在狭槽338中能够锁定可枢转的横向部件306。在一些实施例中，螺栓340包含在螺栓头部下面的大直径的锥形部分(未示出)，以防止第二螺栓340在其被固紧之后在狭槽338内滑动。弹簧夹342可以用来升高该第二螺栓340的头部和锥形部分，以离开(clear)狭槽338的狭窄部分，直到该横向部件306移动进入其最终位置并且第二螺栓340被固紧。铰链332的每个板336可以包括围绕该板336的中心线对称地设置的第二狭槽338。铰链332上的这对狭槽338使得单个的铰链部件能够用于整个SBH系统。

参考图22至图27，图22至图27示出具有连接于横向部件306的远端风铰链332的安装台310的各种视图。该横向部件306的上梁326、下梁328和横梁330其中的一个或多个可以是管状的，用于将电力部件支撑在其中。该电力部件可以是，例如，安放的在安装台310之间延伸的控制电缆和/或电力电缆。例如，如图19所示，接线盒344可以安装在一个或多个横向部件306中，从而提供聚束在一起的反射镜控制系统的入口。如图27所示，在横向部件306与安装台相交的点，延伸通过该横向部件336的电缆(未示出)可以通过在该横向部件306的远端中的孔348，并且通过安装台310的凹腔，并且通过相邻的横向部件306。因此，框架302的每个反射镜能够利用框架302本身作为电力输送管连线在一起。通过在结合于安装台310的注模成形的盖板后面后进入接线，电气技术员随后可以将反射镜连线成电力系统。在另一个实施例中，顶梁304可以是空心管，通过该管电线/电缆(未示出)从一个反射镜向另一个反射镜延伸。

通过初始展开横向部件306能够展开并安装SBH系统。如上所述，横向部件306能够从运输形式扩展，并且在展开的形式用铰链332锁定在预定的角度A。然后通过将第二螺栓340固定在狭槽338中该横向部件306被固定在预定角度。在横向部件306被固定之后，顶梁304连接于该横向部件306并且螺栓连接在其上。为了使框架302接地，混凝土可以浇注在连接于每个安装台310的底部的镇重物袋350中(图22示意地示出)。因此，该混凝土在每个安装台310的基座处固化，以将框架302盒反射镜固定在地面上。在一些实施例中，该安装台设置在混凝土浇注在其中的可生物降解的袋子中。该袋子的覆盖面(footprint)和混凝土的高度确施加的定镇重物的量。

安装之后为了调节每个安装台310的高度，在一个实施例中，该安装台310和安装板336包括带螺纹的螺栓(未示出)和相应的螺母352(示于图21中)，通过螺栓和螺母，能够调节横向部件306相对于安装台310的高度。螺母352连接于安装台310的底部，而螺栓可以上下调节，以用作与地面接触的支脚，以便调节框架302的水平。但是，这里所述的与SBH系统的各种实施例相关的任何高度调节和安装机构可以用来调节在每个安装台310的框架302的高度。

参考图28至图33，图28至图33示出SBH系统的第四实施例。类似于上面所述的实施例，该SBH系统包括沿着保持低轮廓和低高宽比的框架以水平阵列设置的多个反射镜。多个框架以平行的设置安装在地面上。

该SBH系统包括可运动地安装在框架402上的多个反射镜400(示于图30中)。每个框架402包括多个侧向部件404和在该侧向部件404之间延伸并且连接于该侧向部件404的多个横向部件406。正如在下面详细描述的，每个横向部件406以运输形式连接于对应的侧向部件404，其中每个横向部件406然后从其对应的侧向部件404向外枢转，并且在组装时连接于相对的侧向部件404。每个SBH系统由一个或多个镇重物408支撑在地面上，该镇重物408能够将SBH系统保持在地面上的固定位置，很少或没有地面陷入。在图28、图31和图53中，镇重物408被示为圆柱形的形状。但是，可以使用任何形状的镇重物408，包括在这里公开的各种实施例。该镇重物408能够将SBH系统固定在地面上，同时提供足够大的表面面积，以分布SBH系统的重量而没有下陷。每个反射镜400和其对应的致动器安装在对应的安装台410上，该安装台410安装在对应的镇重物408上。

参考图30，侧向部件404为反射镜400提供结构支撑同时还用作电力电缆的管道。虽然单个的侧向部件通常将不超过40英尺长，但是多个侧向部件404可以利用梁连接器436连接在一起。盖板425也可以包含在侧部件404内，以使电力布线进入(access)其中，优选地盖板425靠近安装台410。

如图29所示，每个横向部件406包括上梁426、下梁428和用于将上梁426连接于下梁428的横梁430，以便形成用于刚度载荷分布的桁架结构。每个侧向部件404包括在运输到安装现场之前能够连接于一个或多个安装台410的空心梁。参考图32和图33，每个安装台410包括用焊接、紧固件或类似的装置和方法与其连接的凸缘438。该凸缘438包括两个孔，用于接纳两个横向部件406的端部支架440。一个横向部件406在运输到现场之前用螺栓442装配于每个凸缘438。该横向部件406能够相对于凸缘438枢转，使得它能够枢转到基本上与在运输形式中的侧向部件404平行的位置。当在安装现场被接纳时，连接于每个凸缘438的横向部件406能够绕螺栓442枢转，直到在该横向部件406的另一端的支架440与相对的安装台410的凸缘438对齐。然后该支架440能够用螺栓442固定于相对的凸缘438。因此，横向部件406可以用作摇摆臂，当延伸时(类似于自行车上的撑脚架)以保持框架直立，以便于SBH系统的装配。

图31和图33示出，镇重物408能够用混凝土构造，并且在安装该安装台410之前安装在地面上。每个镇重物408可以包括夹子444，该夹子444用螺栓446安装在该镇重物408上并且能够用螺母448固定。当螺母448没有充分固紧时该夹子444能够相对于螺栓446运动。每个安装台410的基座可以包括板450，夹子444能够设置在该板450上并且用螺母448固紧(tightened down)。这个实施例的SBH系统可以利用这里描述的任何高度调节和安装机构，以相对于镇重物408调节安装台410的高度。

安装期间，镇重物408以交错的形式设置在地面上，并且已经连接的安装台410和侧向部件404一起安装并固定于该镇重物408。如果需要，相邻的侧向部件404与梁连接器436连接。每个横向部件406于是向外摆动并且与相对的侧向部件404的凸缘438对齐。该横向部件406然后固定于该凸缘438。对于所有的横向部件406重复这个过程直到框架402装配完毕。

参考图34至图41，图34至图41示出根据本发明第五实施例的SBH系统。该SBH系统包括可运动地安装在框架502上的多个反射镜(未示出)。每个框架502包括多个侧向部件504和在该侧向部件504之间延伸并且连接于该侧向部件504的多个横向部件506。在这个实施例中，该横向部件506枢转地连接于侧向部件504，因此一个或多个横向部件506由能够绕接头(joint)509枢转的两个梁507构造。框架502由一个或多个镇重物(未示出)支撑在地面上，该镇重物408能够将SBH系统保持在地面上的固定位置，没有或很少地面陷入。这个实施例的镇重物类似与这里所述的各种镇重物的实施例。框架502包括用于接纳反射镜的从侧向部件504竖直地延伸的多个安装台410上。

参考图34，正如这里所述的各种实施例的情况一样，每个侧向部件504包括上梁512、下梁514以将上梁512连接于下梁514的横梁516，以构成用于刚度和载荷分配的桁架结构。在一个实施例中，该横向部件506包括在侧向部件504之间交替地设置的第一横向部件520和第二横行部件522。第一横向部件520包括具有固定的交叉支架526(示于图41中)的刚性框架524。第一横向部件520枢轴地连接于相对的安装台510。第二横向部件522包括绕在横向部件520的中心位置的接头509可枢转的交叉(cross)支架528。框架502还包括枢转地连接于第一横向部件520和第二横向部件22的锁紧梁532。如图39所示，锁紧梁532由该锁紧梁532上的小孔533将横向部件520锁紧在打开位置，该小孔533接纳接合在接头509的小孔中的螺栓或销(未示出)。

如图37和图38所示，移动彼此平行的侧向部件504使得第一横向部件520相对于该侧向部件504枢转，同时第二横向部件522在接头509处折叠。支撑梁532也平行于侧向部件504运动。因此，为了构造成如图38所示的紧凑的运输形式并且展开到图34所示的扩展的形式，侧向部件503能够一起摆动。

图35、图38和图37分别示出框架502完全展开、完全收缩、部分地收缩的视图。图39示出在部分折叠形式的一个横向部件522。接头509包括在中心部分530的铰链534，用于方便上面所述的折叠功能。参考图40，铰链534可以包括构造成在装配期间接纳第一销(未示出)的第一对孔536，和构造成在安装期间接纳第二销(未示出)的第二对孔540，以刚性的固定该第二横向部件522。因此，接合孔的销子防止第二横向部件522在安装之后折叠。

图42至图45示出根据本发明的一些实施例的反射镜冲洗装置600的各种实施例的视图。该反射镜冲洗装置600示自动机器人冲洗装置，构造成通过一排反射镜并且同时地冲洗该框架两侧上的反射镜。在所公开的实施例中，该冲洗装置600包括机架602和在框架的侧向部件上的沟道606中被引导的驱动轮604。对于纵向地安装在一起的框架，该冲洗装置600可以通过大量的连接的框架并且冲洗每个框架的反射镜。

该冲洗装置600包括多个冲洗台610。每个冲洗台610包括冲洗装置，该冲洗装置构造成当反射镜反射表面向里转动时清洗每个反射镜的。每个台的冲洗装置包括，例如，用于日常除尘的滚子刷子612，用于周期性地除去尘土和其他碎片的高压喷射冲洗器614，用于从镜面上有效地除去多余的水分的空气干燥器616，以及静电消除刷子(未示出)，用于当完成冲洗/除尘循环时使尘土容易除去并且减少尘土颗粒的静电吸引力。在一些实施例中，冲洗设备600还包括在将水喷射在反射镜上之后收集并再循环水的水盆618。该水盆618还可以包括泵620和过滤器622，以在它返回到供给喷射冲洗器614的清洁水容器624之前净化该水/洗涤剂溶液。

图46至图50示出SBH系统安装起重机架(gantry)700，用于定位并安装框架的各部分。在这里关于太阳能收集系统的第三实施例描述该安装起重机架700。因此，用于图46至图50中所示的各种部件的附图标记是指第三实施例的SBH系统的部件。但是，起重机架700可以用来安装这里公开的很少或没有修改的太阳能收集系统的各种实施例。

该起重机架包括运送器702，多个横向部件306悬挂在该运输器702上。(a)横向部件306在进入端被装载，(b)移动到装配区域706，(c)由工人打开并展开，(d)设置在其最终安装位置，以及(e)围绕安装台310的基座将混凝土浇注在镇重物袋子350中，以形成镇重物308并且固定定日镜。当安装横向部件306时，起重机架700例如由铲车707向前牵引，其中下一套横向部件306将被设置。为了保持安装过程的连续性，在与运送器702的相对的一端装配和安装横向部件306的同时，起重机架700在运输器702的进入端704能够储存多个横向部件306。参考图47和图50，在优选实施例中的横向部件306包括接合运输器702中的狭槽708的T形钩子709或其他紧固器。然后横向部件306悬挂在运输器702上并且当工人需要时沿着运输器702的长度移动。起重机架700包括在运输器702的相对侧上的座椅710，用于展开横向部件306并装配框架302的工人。因此安装起重机架700允许可以动的装配系统，利用该系统框架302能够有效地展开并且安装在镇重物上。

所公开的太阳能系统提供能够利用很少的镇重物支撑大量定日镜的SBH系统或框架，利用该镇重物框架能够接地而很少或没有地面陷入。由于框架的桁架结构，该框架共同分担并分布定日镜的静态和动态载荷。由于框架的结构载荷共同分担，该框架能够构造成具有高密度反射镜，这样在太阳能收集系统被安装在其上的小面积上提供大量反射镜。该框架也使反射镜能够设置成靠近地面因而增加风力衰减和稳定性。多个框架能够直线的连接在一起以形成巨大的太阳能收集系统。多个框架比单个框架能够提供更多的载荷分布和刚度。正如这里所描述的，该框架能够部分地在现场外装配，以便提供快速现场装配。此外，由于框架在现场外制造并且部分地在现场外装配，因此反射镜之间的距离和交错布局能够包含在框架中，以便防止在现场的反射镜距离和交错取向的调节。

如上所述，本发明的SBH系统用框架提供定日镜的精确的间隔。框架的机构部件可以是管状的，以支撑电路和电线。在运输到安装地点之前该框架可以部分地或全部地装配，部分地或全部现场安装，和/或现场设置。因此，多个框架能够在现场设置并连接，以根据定日器场地布局和反射镜尺寸，提供太阳能收集系统的现场布局。而且，由于框架是自镇重的，并且不需要用于构造基础的地面陷入，太阳能收集系统的拆卸和/或重设置不需要拆除工作。

虽然已经示出并描述了本发明的特定形式，但是应当理解，在不脱离本发明的精神实质和范围的情况下能够进行各种修改。因此，除了权利要求之外本发明将不被限制。

Claims

1.一种太阳能收集系统，其包括：

框架，该框架包括至少一对侧向部件和连接于该对侧向部件的多个横向部件；

安装在该框架上的多个定日镜；以及

多个镇重物，所述多个镇重物连接于该框架并且构造成将该框架的位置保持在地面上。

2.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，其中每个横向部件相对于相邻的横向部件在运输形式和展开形式之间能够枢转，其中在所述展开形式中相邻的横向部件相对于彼此以预定的角度取向。

3.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，还包括用于枢轴地连接成对的横向部件的铰链，所述铰链包括：

第一部分，该第一部分构造成接纳第一横向部件；

第二部分，该第二部分枢轴地连接于该第一部分并且构造成接纳第二横向部件；

其中所述第一部分和所述第二部分在闭合位置和打开位置之间对于彼此可以运动，其中该第一和第二横向部件在所述打开位置相对于彼此以预定角度取向；并且

其中该第一部分和第二部分在所述打开位置接合，以相对于该第二部分将该第一部分保持在所述预定的角度。

4.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，还包括用于枢轴地连接成对的所述横向部件的铰链，所述铰链包括：

连接于第一横向部件并且具有至少一个导向狭槽的板，该狭槽构造成接纳枢轴地连接于该板的第二横向部件的伸出部分；

其中相对于该板枢转该第二横向部件在该导向狭槽中引导该伸出部分；并且

其中当该伸出部分在所述狭槽中被引导时该第一横向部件和该第二横向部件形成预定的角度。

5.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，还包括从该框架延伸的多个安装台，其中每个定日镜连接于相关的安装台。

6.根据权利要求5所述的太阳能收集系统，其中所述多个安装台以交错的形式设置在该框架的相对的侧向部件上。

7.根据权利要求5所述的太阳能收集系统，其中每个安装台连接于所述侧向部件。

8.根据权利要求5所述的太阳能收集系统，其中每个安装台被安装在对应的镇重物上。

9.根据权利要求5所述的太阳能收集系统，其中每个安装台枢轴地连接于一对相邻的横向部件。

10.根据权利要求5所述的太阳能收集系统，其中所述侧向部件以相对的安装台之间的间隔连接于所述横向部件。

11.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，还包括与每个镇重物相关的高度调节和安装机构，其中用该高度调节和安装机构将所述框架连接于每个镇重物。

12.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，其中所述侧向部件和所述横向部件至少其中之一包括空心管子，该空心管子构造成接纳电气部件。

13.根据权利要求1所述的太阳能收集系统，还包括清洁机构，该清洁机构包括：

具有导向元件的机架，该导向元件构造成接合每个侧向部件的导向部分，以沿着所述框架在所述侧向部件之间通过；以及

安装在该机架上的多个清洁装置，该清洁装置构造成当该机架在所述侧向部件之间通过时清洁每个定日镜的光学表面。

14.一种太阳能收集系统，其包括：

多个框架，每个框架包括：

至少一对间隔开的侧向部件；

连接于所述侧向部件的多个横向部件，所述横向部件能够从运输形式向展开形式枢轴地运动，其中在所述展开形式中，每个横向部件设置成相对于相邻的横向部件具有预定的角度；以及

从该框架延伸的多个安装台；

多个定日镜，每个定日镜安装在其中一个所述安装台上；和

连接于所述框架的多个镇重物，每个镇重物具有接触地面而基本上不陷入地面的下表面，以将该框架的位置保持在地面上。

15.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，其中每个框架的所述侧向部件和横向部件至少其中之一能够连接于另一个框架的所述侧向部件和横向部件至少其中之一，以连接这两个框架。

16.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，还包括用于枢轴地连接成对的所述横向部件的铰链，所述铰链包括：

第一部分，该第一部分构造成接纳第一横向部件；

其中该第一部分和该第二部分在闭合位置和打开位置之间相对于彼此可以运动，其中在所述打开位置该第一和第二横向部件相对于彼此以预定的角度取向；并且

其中该第一部分和第二部分在所述打开位置接合，以相对于该第二部分将该第一部分基本保持在预定的角度。

17.根据权利要求16所述的太阳能收集系统，还包括用于枢轴地连接成对的所述横向部件的铰链，该铰链包括：

其中当该伸出部分在狭槽中被引导时，所述第一横向部件和所述第二横向部件形成预定的角度。

18.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，其中所述多个安装台以交错的形式设置在所述框架的相对的侧向部件上。

19.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，其中每个安装台连接于所述侧向部件。

20.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，其中每个安装台被安装在对应的镇重物上。

21.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，其中每个安装台枢轴地连接于一对相邻的横向部件。

22.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，其中所述侧向部件以相对的安装台之间的间隔连接于所述横向部件。

23.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，还包括与每个镇重物相关的高度调节和安装机构，其中用该高度调节和安装机构将所述框架连接于每个镇重物。

24.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，其中所述侧向部件和所述横向部件至少其中之一包括空心管子，该空心管子构造成接纳电气部件。

25.根据权利要求14所述的太阳能收集系统，还包括清洁机构，该清洁机构包括：

具有导向元件的机架，该机架构造成接合每个侧向部件的导向部分，以沿着所述框架在所述侧向部件之间通过；以及

26.一种安装太阳能收集系统的方法，包括：

从运输形式到展开形式展开框架的横向部件；

将该框架的侧向部件和所述横向部件连接在一起；

将所述框架连接于多个镇重物，以将该框架的位置保持在地面上，以及

将多个定日镜安装在所述框架上。

27.根据权利要求26所述的方法，其中展开该横向部件到展开形式包括相对于相邻的横向部件绕铰链枢转每个横向部件，并且以相邻横向部件之间的预定的角度将该横向部件锁定在所述展开形式。

28.根据权利要求26所述的方法，还包括当将框架连接于所述多个镇重物时用混凝土在现场形成该镇重物。

29.根据权利要求26所述的方法，还包括在将该横向部件展开成所述展开形式之前，将该侧向部件安装于该镇重物，并且将该侧向部件和横向部件连接在一起。

30.根据权利要求29所述的方法，其中将该侧向部件安装于该镇重物包括将安装台安装在于该镇重物，其中该安装台连接于侧向部件并且从该侧向部件延伸。

31.根据权利要求26所述的方法，还包括将该横向部件展开到所述展开形式，并且在将所述侧向部件连接于所述横向部件之前将该侧向部件安装于该镇重物。

32.根据权利要求31所述的方法，其中将该侧向部件安装于该镇重物包括将多个安装台的每个安装在于对应的镇重物，其中每个安装台枢轴地连接相邻的横向部件。

33.根据权利要求26所述的方法，还包括：

展开具有与其枢轴地连接的多个所述横向部件的第一侧向部件；

展开与所述第一侧向部件间隔开的第二侧向部件，该第二侧向部件具有与其枢轴地连接的多个所述横向部件；

朝着所述第二侧向部件枢转该第一侧向部件的横向部件；

将所述第一侧向部件的所述横向部件连接于所述第二侧向部件；

朝着所述第一侧向部件枢转所述第二侧向部件的横向部件；

将所述第二侧向部件的所述横向部件连接于所述第一侧向部件。

34.根据权利要求26所述的方法，还包括用将所述框架连接于每个镇重物的高度调节机构调节所述框架的高度。