CN101796652A - 光生伏打接收器 - Google Patents

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CN101796652A CN200880105966A CN200880105966A CN101796652A CN 101796652 A CN101796652 A CN 101796652A CN 200880105966 A CN200880105966 A CN 200880105966A CN 200880105966 A CN200880105966 A CN 200880105966A CN 101796652 A CN101796652 A CN 101796652A
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E·C·约翰逊
M·利兹
N·伍达德
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Skyline Solar Inc
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Abstract

本发明涉及光生伏打接收器。一种太阳能接收器可具有：具有第一表面和第二表面的基板；位于基板的第一表面之上并且由其支撑的多个太阳能电池，各太阳能电池具有适于接收面向远离基板的太阳辐射的电池面，多个太阳能电池被配置在具有组轴的至少一个组中；和直接固定到基板的第二表面上的多个散热片，其中，散热片沿一般与组轴和太阳能电池面垂直的方向从基板的第二表面向外延伸。

Description

光生伏打接收器
(对相关申请的交叉引用)
本申请要求在2008年5月20日提交的发明名称为“PhotovoltaicReceiver”的美国申请No.12/124,121的优先权，该美国申请要求在2008年4月9日提交的发明名称为“Dual Trough Concentrating SolarPhotovoltaic Module”的美国临时申请No.61/043,704和在2007年9月5日提交的发明名称为“Dual Trough Concentrating PhotovoltaicModule”的美国临时申请No.60/970,007的优先权，在此出于所有的目的加入它们的全部内容作为参考。
技术领域
本公开一般涉及太阳能收集系统，并且特别涉及聚光太阳能收集系统(Concentrating solar energy collecting system)。
背景技术
太阳能光生伏打(PV)系统的成本最高的部件是通过光电效应将太阳光转变成电力的太阳能电池。为了更加有效地使用这些电池，聚光光生伏打(CPV)系统将太阳光从较大的孔聚焦到较小的电池区域上。虽然从20世纪60年代的商业PV工业的一开始就已经开发了许多的CPV设计，但是直到2007年年末，还没有设计实现明显的商业成功。虽然CPV设计使用很少的活性电池材料，但是它们一般需要诸如反射镜、透镜和散热器的附加结构，并且基本受限于利用比总可用光少的光。这些因素增加成本和系统复杂性，并且降低非聚光PV系统的光电效率。
虽然现有的聚光太阳能PV系统针对一些应用，但是需要继续努力以进一步改善聚光PV系统的设计和成本有效性。
发明内容
一种太阳能接收器，可包括：具有第一表面和第二表面的基板；位于基板的第一表面之上并且由其支撑的多个太阳能电池，各太阳能电池具有面向远离基板的适于接收太阳辐射的电池面，所述多个太阳能电池被设置在具有组轴的至少一个组中；和直接固定到基板的第二表面上的多个散热片，其中，散热片沿一般与组轴和太阳能电池面垂直的方向从基板的第二表面向外延伸。
在另一实施例中，一种太阳能接收器，还可包括：具有第一表面和第二表面的金属基板；位于基板的第一表面之上并且由其支撑的多个太阳能电池，各太阳能电池具有适于接收太阳辐射的电池面，所述多个太阳能电池被设置在具有组轴的至少一个组中；覆盖太阳能电池的透明密封层；覆盖密封层的透明保护板，其中，保护板由多个方格构成；和至少一个膨胀结，各膨胀结位于相关的一对相邻的方格之间，膨胀结被设置为补偿基板和保护板之间的不同的热膨胀。
在另一实施例中，一种太阳能接收器，可具有：金属基板；位于基板的第一表面之上的多个太阳能电池；和由基板的第一表面承载的接线箱，所述接线箱与所述多个太阳能电池电气耦合。
在另一实施例中，一种太阳能接收器，可包括：具有第一表面和第二表面的金属基板；覆盖基板的第一表面的至少一部分的薄保形电绝缘层；由基板承载的覆盖薄保形电绝缘层的第一密封层；位于第一密封层之上并且由基板的第一表面支撑的多个太阳能电池，各太阳能电池具有面向远离基板的适于接收太阳辐射的电池面，所述多个太阳能电池被设置在具有组轴的至少一个组中；和覆盖太阳能电池的透明的第二密封层。
一种用于形成太阳能接收器的方法，可包括：在基板的第一表面上定位至少一个太阳能电池；在至少一个太阳能电池上施加密封层；和在将密封层已经施加到太阳能电池上之后，直接将传热散热片固定到基板的第二表面上，其中，散热片在不干涉传热器的情况下被直接固定到基板上。
在另一实施例中，一种用于形成太阳能接收器的方法，可包括：在基板的第一表面上按照行定位太阳能电池组；在太阳能电池组上施加密封层；在密封层之上定位透明保护板；将基板、太阳能电池、密封层和透明保护板层叠在一起以形成叠层接收器结构；和在层叠之后将多个传热散热片直接固定到基板的第二表面上，其中，散热片在不干涉传热器的情况下被直接固定到基板上。
在以下的本发明的详细描述和相关的附图中更加详细地给出这些和其它的特征。
附图说明
被加于本说明书中并构成其一部分的附图示出一个或多个示例性实施例，并与示例性实施例的说明一起用于解释原理和实现。
在附图中：
图1A～1F示出根据本发明的一个实施例的示例性双槽聚光光生伏打太阳能收集器(dual trough concentrating photovoltaic solarenergy collector)。
图2A和图2B示出示例性的太阳能收集器的展开透视图。
图3A～3D示出图2B所示的收集器的详细的部分。
图4A～4E示出太阳能接收器的示例性实施例。
图5示出示例性散热器。
图6A和图6B示出另一示例性散热器。
图7A～7C示出另一示例性散热器。
图8示出把太阳能接收器固定到支撑结构的示例。
图9A～9C示出用于太阳能收集器的示例性装运容器。
图10A～10D示出根据本发明的实施例的利用太阳能收集器阵列的示例性发电厂(power generation plant)。
具体实施方式
这里，在双槽聚光太阳能光生伏打模块的上下文中描述实施例。以下的详细描述仅是解释性的，并且绝不是要进行限制。受益于本公开的本领域技术人员很容易想到其它的实施例。现在将详细参照附图所示的实现。在附图和以下的详细描述中，始终用相同的附图标记表示相同或类似的部件。
为了清楚起见，不是这里描述的实现的所有例行特征都被示出和描述。当然，可以理解，在任何这种实际的实现的开发中，为了实现开发人员的特定目标，必须做出大量的实现特定的决定，诸如服从与应用和商业有关的约束，并且，从一个实现到另一个以及从一个开发人员到另一个，这些特定的目标将改变。并且，可以理解，这种开发工作会是复杂和耗时的，但对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说会是例行的工程任务。
描述太阳能收集系统。图1A～1C示出适于供本发明的各实施例使用的示例性双槽太阳能聚光器(concentrator)或收集器。图1A是双槽太阳能收集器的透视图，图1B是双槽太阳能收集器的顶部透视图，图1C是双槽太阳能收集器的侧视图，以及图1D是双槽太阳能收集器的底视图。收集器100具有双槽设计，该双槽设计具有关于平分面105(图1C)对称的两个光学孔101a和101b。光学孔101允许入射的太阳光入射到反射器面板106上。支撑结构102被设置为支撑至少四块反射器面板106。反射器面板106被固定到支撑结构102上，从而形成反射器结构107(图2A)。反射器结构107可具有分别具有基部124a、124b的一对相邻的反射器槽120a、120b和由反射器面板106形成的一对反射性侧壁。反射器结构107可被设置为将通过光学孔101进入收集器100的入射的太阳光引向稍高于相对的反射器面板106的顶边的区域。支撑结构102由多个成形肋条(shaping rib)216(图2A)和将在后面进一步详细描述的其它部件构成。如后面进一步详细描述的那样，收集器100还具有在反射器结构107的顶边附近耦合的多个接收器或太阳能接收器104。
图1E和图1F示出槽的断面图。各收集器100具有纵轴162(图1A)，并且各槽120a、120b具有光学孔101(图1E)。出于这种解释的目的，我们利用术语孔以表示当收集器直接面向太阳时存在的有效槽开口。我们还使用术语法线轴160(或图1A所示的孔轴或横向轴)以表示当收集器直接面向太阳时与纵轴垂直并与入射的太阳辐射平行的几何轴。如果槽是对称的，那么槽还可具有将槽分成基本上对称的两半的槽平分面134，每个基本上对称的一半类似纵向延伸曲线部分。在另一些实施例中，槽的半部分可以是非对称的。限定槽的反射器被弯曲以将太阳光引向相关的太阳能接收器。槽的曲率可稍微改变。在一个实施例中，各基本上对称的一半具有类似于抛物线132的四分之一部分的曲率的曲率。换句话说，槽的曲率可接近在目标接收器上提供适当的太阳光聚光的圆弧或任何其它的几何形状。在四分之一部分的实施例中，各槽120a、120b可由具有相同的焦点的“完全”或常规抛物线的两个四分之一部分构成。虽然被描述为抛物线的四分之一部分，但是，由于槽120大致与抛物线形状的四分之一部分类似并且不是数学严格完美的抛物线形状，因此该描述不是要进行限制。
图1E示出焦点在135上的常规中心聚焦全抛物线配置130，所述配置与抛物线132的两个四分之一部分的使用重叠并与其相比较。与全抛物线配置130相比，使用抛物线132配置的基本上四分之一部分提供更深或V形的槽，并且槽的每侧具有更小的曲率。抛物线132的四分之一部分是抛物线的一部分，使得当两个相对的四分之一部分彼此相邻定位时，一个部分的焦点接近相对的部分的顶边。例如，部分132a的焦点在133a上，部分132b的焦点在133b上。四分之一抛物线槽132实现与全抛物线聚光器相同的几何集中(geometricconcentration)，但具有更小的曲率并且还可具有更大的刚度。降低的曲率还减少弯曲的反射器面板106中的应力，并且允许由一般呈平面的面板形成反射器面板106。增加的刚度源自具有更高的惯性面积矩(area moment of inertia)的形状。具有较深的槽和/或桁架(truss)(在后面讨论)还一般提供刚度比较浅的槽和/或桁架大的收集器。另外，对于固定的轴向负载，更直的桁条(beam)的刚度会比弯曲的桁条大。这种增加了固有刚度的设计允许使用诸如铝、板金属等的更轻和更便宜的材料制造收集器100。
重新参照图1A～1C，支撑结构102可支撑或保持多个反射器面板106。反射器面板106可通过对于支撑结构102的成形肋条216(图2A和图2B)的弹性变形成形。在一个实施例中，反射器面板106可以塑性形成为具有曲率。因此，如后面参照图2A和图2B进一步详细讨论的那样，反射器面板106可以由具有类似四分之一抛物线配置的曲率的结构102支撑和保持。
虽然单一的四分之一抛物线槽提供比等同的全抛物线槽高的弯曲刚度，但是它是开放的形状并因此会具有较低的扭转刚度。由于太阳能收集器在白天旋转以对准太阳，因此扭转刚度是所希望的。为了提供附加的扭转刚度，示出的收集器100具有与成形肋条216或支撑框102的底部124a和124b耦合的加强框108。这样，如图1C所示，在槽120a、120b之间反射器面板106下面的区域中，形成闭合的桁架136。闭合的收集器支撑桁架136的框架形成梯形的转矩管(torquetube)。虽然被描述为梯形，但是桁架136大致类似梯形，不是数学上严格完美的梯形。给定大的孔101和重量轻的收集器100，那么梯形的转矩管提供刚性结构。
如图1F所示，四分之一抛物线槽配置或形状被设置为将槽120的焦点引向相对的槽段的远边正上的位置。这允许太阳能接收器104位于它们将不会遮蔽反射器面板106的位置。另外，太阳能接收器104可以在不使用在反射器面板的面上延伸的支柱(strut)的情况下被固定到槽120的边缘103上。常规上，通过在槽开口上安装支柱产生闭合形状的桁架。支柱可在反射器面板上投射阴影，这导致光生伏打电池设计效率低下。如上所述，使用图1F的四分之一抛物线槽配置允许在反射器结构107下面以及在反射器面板106下面使用闭合成形的桁架。并且，如后面参照图2A进一步详细描述的那样，四分之一抛物线槽配置允许太阳能接收器104位于反射器结构107的边缘上。太阳能接收器104和诸如台架(stand)、支撑结构和框的所有结构元件由此不在反射器面板106上投射阴影，这导致更加有效的太阳能收集器100。
重新参照图1B～1D，收集器单元100的尺寸可被大大改变以满足特定应用的需要。作为例子，对于许多的应用，适用具有安装在支撑结构102a、102b的各顶边附近的至少三个太阳能接收器104的约5～6米(m)的量级的收集器长度L收集器。在这种系统中，适用约800～1200毫米(mm)范围的光学孔宽度(W1)、约15～250mm的光学孔101a、101b间隔(W2)。因此，收集器的总宽度可以在2～3m之间。支撑结构102的从底部124到顶边103的各槽的高度(H1)可以在约300～400mm之间。顶边103也可位于收集器的纵向面140中。在一个特定的例子中，L收集器可以为5.7m，W1可以为1010mm，W2可以为200mm，反射器结构107的总宽度可以为2.25m，H1可以为360mm，并且外部接收器支撑轨道204(图2A)可具有15mm的宽度。为了实现大致四分之一抛物线曲率，一般呈平面的面板可以被弹性变形以偏离平面状态约10～40mm。虽然这里提到一些特定的尺寸，但应理解，收集器的尺寸绝不限于这些范围。相反，它们可大大改变以满足特定应用的需要。
如图1D所示，多个支架(brace)142可被用于将成形肋条216固定到支撑结构102上的接收器支撑轨道202上。如后面进一步讨论的那样，支架142可向收集器100提供附加的支撑和强度。
图2A和图2B示出示例性的太阳能收集器的展开透视图。从这里可以看出，反射器结构107具有多个成形肋条216。成形肋条216可同时对于反射器面板106提供正确的光学形状和结构刚度。邻近反射器面板106的成形肋条216的表面形成为类似于四分之一抛物线配置或形状。成形肋条216可大致类似于四分之一抛物线形状以实现太阳光在太阳能接收器104上的充分的聚焦。例如，在一个实施例中，邻近反射器面板106的成形肋条216的表面可形成为接近在接收器上提供适当聚光的圆弧或其它的形状。虽然成形肋条216被示为处于反射器面板106的边缘的下面，但是，由于成形肋条216可位于任何纵向位置上以支撑反射器面板106，因此，成形肋条216的位置或定位不意味着限制。
成形肋条216可通过喷水切割(water jet cutting)、激光切割、冲压或任何其它适当的手段从板料(sheet stock)形成为单一的双槽结构。板料可以为任意的形式。例如，板料可以为平面状、矩形板料。在另一例子中，板料可形成为“T”形、“D”形、“L”形、“C”形或提供更高刚度和更强成形肋条的任何其它类似的形状。在另一实施例中，成形肋条216可由多个片段组装并且通过诸如使用结构粘接剂、焊接和螺栓等的任意手段被耦合在一起。并且，由于矩形板料件的材料中的大部分被用于形成成形肋条216，因此成形肋条216的形状可使制造过程中的废料(scrap)最少化。
成形肋条的实际几何尺寸可大大改变。在适于供具有上述尺寸的收集器使用的一些特定实施例中，各成形肋条216可具有约20～120mm之间的高度(H2)和1～4mm的厚度。在一个例子中，成形肋条216可具有40mm的高度H2并具有1.5mm的厚度。在一些实施例中，成形肋条216可在底部124上较厚并且在接近顶边103的位置上较薄。作为替代方案，成形肋条216可以为由通过诸如使用结构粘接剂、结构带、焊接和螺栓等的任何已知的手段接合在一起的多件金属板料形成的复合结构。这可使重量最轻化并使各肋条216和收集器100的强度最大化。
成形肋条216的四分之一抛物线配置允许成形肋条216由更轻、更便宜的结构材料制成。另外，在一个装配过程中，平坦的反射器板材被弯曲以符合成形肋条216的四分之一抛物线配置。如上所述，四分之一抛物线配置的一个优点在于，当反射器板材在组装中被弯曲以形成反射器面板106时，它不在反射器内产生大的应力。并且，支撑结构102允许对于沿收集器100的整个长度L收集器延伸的各半槽由单一连续的反射器板材制造单一的反射器面板106。当然，应当理解，在替代性实施例中，各半槽可由并排、端对端或以完全覆盖半槽的任意配置布置的多个反射器面板形成。
在一个实施例中，各反射器面板106可由由Alanod of Ennepatal，Germany制造的Miro-
Figure GPA00001045409000091
KKSP制成。Miro-
Figure GPA00001045409000092
KKSP为0.5mm厚的铝条，所述铝条可具有在硅光生伏打电池工作的频带上提供超过90％的镜面反射的特制表面。可以向反射器面板106的顶部施加保护漆涂层以增加磨损和耐候性(weather resistance)。在另一实施例中，反射器面板106可由由Alanod或多个其它的卖主制造的任意的高反射材料制成。在另一实施例中，反射器面板106可在铝条上具有银涂敷聚合物基叠层(silver coated polymer-based laminate)。一旦银涂敷叠层的反射性能由于天气和/或太阳光而劣化，则银涂敷叠层可被去除以由此露出新的反射层。这使得收集器100能够在不必更换的情况下长期使用，从而便于维护并且成本低廉。反射器面板可具有约1～5层之间的银涂敷叠层。
可以在连续的卷体(roll)到卷体过程中制成具有1250mm的宽度的反射器面板106。可使用整个卷体宽度或卷体的宽度的二分之一或三分之一形成各反射器面板106，这样，由于可以使用整个卷体形成反射器面板，由此可以减少任何浪费。在一个例子中，反射器面板106可以是具有625mm宽度的半宽度切开卷体，该卷体形成具有基本上等于L收集器的长度和基于上等于H1的高度的反射器面板。在另一例子中，长度可以为5.7m，并且高度可以为360mm。在一个实施例中，各反射器面板可由多个反射器板材形成，各板材以最少的浪费以基本上利用卷体上的所有反射器材料的方式由反射器材料的卷体制造。
在另一实施例中，反射器面板106可由与适当的背衬(backing)结合的回火薄玻璃反射镜制成。反射镜可具有约0.10mm～1mm之间的厚度。当弹性变形以符合支撑结构102时，反射器面板106的四分之一抛物线配置的曲率小于常规的全抛物线配置的曲率，从而允许使用回火薄玻璃反射镜。在一个实施例中，反射器面板106可在反射镜上具有上述的银涂敷叠层。
在另一实施例中，反射器面板106可具有被固定到反射表面(未示出)上以加强面板组装的背衬面板。在一个例子中，背衬面板可以是铝或类似材料的板材。在另一例子中，背衬面板可具有诸如蜂窝形状、X形或V形等的复杂结构。背衬面板可具有约0.5mm～5mm之间的厚度。
在另一实施例中，反射器面板106、支撑结构102和框108可均由诸如铝的相同的材料制成。使用相同的材料可保证相近的热膨胀系数(CTE)，这允许在没有有害的机械变形的情况下使用大面积的反射器面板。如上面参照图1B示出和描述的那样，各收集器100可具有分别趋向于(run)收集器100的全长L收集器的四个反射器面板106。与当前的太阳能收集器相比，这更加便于装配收集器100并且提供刚度更大的整体结构。由于如上面讨论的那样CTE不匹配会导致变形以及潜在的永久性机械损伤，因此当前的收集器必须安装较短的反射器面板或条带以适应框和反射器之间的CTE不匹配。
如上面和下面详细描述的那样，在一些现有的设计中，反射器面板的条带可在太阳能电池上投射阴影。由于太阳能电池会被串联电连接，因此，太阳能电池上的任何阴影会由于太阳能电池间的电连接的本质不成比例地降低总体聚光器效率。效率会以阴影宽度与电池宽度的比率降低，不是以阴影宽度与孔长度的比率降低。例如，反射器条带之间的5mm宽间隙或非反射部分会在78mm宽的电池上投射至少5mm宽的阴影，从而使总体效率降低5/78或6.4％。
在示出的实施例中，框108具有多个横梁(cross beam)212和至少一对平行支撑杆件214。平行支撑杆件214可以是通过挤压形成的细长纵向结构。在另一实施例中，平行支撑杆件214可具有诸如附加的平行支撑杆件的多个元件，这些元件诸如通过使用结构粘接剂、焊接、钎焊和铜焊等被耦合在一起，以形成用于框108的单一平行支撑杆件。作为替代方案，可通过诸如有角支架和位于平行支撑杆件214的中心内的细长棒等其他结构装置使得平行支撑杆件214变得更强。横梁212可以是结合支撑杆件214以在支撑杆件214之间提供结构支撑和支持的任意构件。框108可与支撑结构102以及成形肋条216的底部124a和124b耦合，以对于收集器100提供结构支撑。在一个实施例中，横梁212如图2A和图2B所示的那样为T部分，并且可基本上等于成形肋条216的数量。横梁212可通过挤压形成。在另一实施例中，横梁212可被定位为形成各种几何形状，诸如以某角度结合支撑杆件214以由此如图1A和图1B所示的那样形成三角形。由于横梁212可沿诸如X形状等的支撑杆件214位于任何位置，因此横梁212的放置不意味着限制。
框108可通过底部124a、124b与反射器结构107连接，以形成上述的闭合梯形转矩管结构136。在一个实施例中，框108可通过螺栓、螺钉、配合片和狭槽或任何其它类似的已知手段通过开口306(图3C)与支撑结构102耦合。如后面进一步讨论的那样，可以使用诸如接线片(lug)的附加的硬件以使框108与反射器结构107耦合。在另一实施例中，框108可通过被焊接在一起或通过任何其它的手段与反射器结构107耦合。框108可具有基本上等于或稍小于L收集器的长度和约800～1400mm之间的宽度(W4)。在一个实施例中，W4可以为1300mm。
虽然图2B所示的框108是平面的，但是，由于框可具有非平面配置，因此这不是要进行限制。例如，框108可具有V形，这增加当框108与反射器结构107耦合时产生的转矩管的有效直径。这增加收集器100的扭转刚度。
如图2A所示，支撑结构102可具有内部接收器支撑轨道202a、202b和外部接收器支撑轨道204a、204b。内部接收器支撑轨道202a、202b和外部接收器支撑轨道204a、204b可取向为与成形肋条216垂直并且被固定到各支撑肋条216的顶端。如参照图3A和图3B详细描述的那样，各接收器支撑轨道202、204可被设置为容纳太阳能反射器104。在一个例子中，各顶部轨道202、204可被设置为沿箭头A所示的纵向方向可滑动地容纳太阳能接收器104。在另一例子中，太阳能接收器104可通过允许太阳能接收器104和各顶部轨道202、204之间存在不同的热膨胀的任何手段与各顶部轨道202、204耦合。太阳能接收器102可以以允许在不去除相邻的接收器的情况下去除或安装中间接收器的方式与反射器结构107耦合。
图3A～3D示出图2B所示的收集器的详细部分。图3A和图3B示出图2B的部分220的详细示图。图3A示出图2B的220的详细示图，其利用参照图4D描述的示例性的太阳能接收器312a、312b。图3B示出图2B的220的详细示图，其利用参照图4D描述的示例性双侧接收器300。双侧接收器300可在两个相对的侧边上具有多个太阳能电池316并且具有位于太阳能电池316之间的散热器318。图3A和图3B示出支撑结构102的内部接收器支撑轨道202a、202b。各反射器面板106的上边缘可由固定构件302容纳。可以作为支撑结构102的一部分在顶部轨道202、204中形成固定构件302。固定构件302可具有狭缝、沟槽或任何其它类型的接收器以容纳和支撑反射器面板106的上边缘。
接收器支撑轨道202可在槽120a、120b之间形成的缺口314上与成形肋条216和支撑结构102耦合。接收器支撑轨道202可诸如使用结构粘接剂、焊接、钎焊和铜焊等通过任何已知的手段与成形肋条216耦合。可以使用诸如接线片、支柱、支架(图1D所示的142)等的附加硬件以将成形肋条216固定到接收器支撑轨道202上。支架142可被用于为成形肋条216和内部接收器支撑轨道202之间的连接提供附加的刚度。成形肋条216以规则的间隔沿收集器100的长度定位以提供机械支撑并限定反射面板106的光学形状。典型的肋条到肋条间隔可以在约200mm～800mm之间。在一个实施例中，肋条到肋条间隔为约550mm。也可从反射器面板106侧边向后设置收集器100的端部处的成形肋条，以为在后面更加详细地限定的耦合结构和安装支柱提供空间。固定构件302可用作结构元件，通过约束反射器面板106的上边缘提供反射器面板106的形状。接收器支撑轨道202、204可用于帮助安装反射器面板106，并且通过允许很容易地由接收器支撑轨道202、204可滑动地容纳太阳能接收器300、312为太阳能接收器300、312提供无应力的滑动界面。
图3C示出图2B的部分222的详细示图。在示出的实施例中，各成形肋条216具有用于容纳底部边缘保护器308的沟槽304。底部边缘保护器308在支撑结构102的整个长度的底部124的附近基本上纵向延伸。底部边缘保护器308可具有狭缝、沟槽(grove)、缺口或任何其它类型的接收器，以容纳和支撑反射器面板106的底边缘。反射器面板106可通过包含使用结构粘接剂、焊接或铜焊或类似的手段的任何适当的手段压配到边缘保护器308中或被固定到边缘保护器308上。如图3C进一步示出的那样，可以在各反射面板的下边缘之间形成排水间隙110，以允许通过收集器100排泄任何水分或水。排水间隙110的宽度(W5)可以在约5～20mm之间。在一个实施例中，W5可以为约10mm。
在一个实施例中，反射器面板106可通过诸如使用结构粘接剂、焊接、钎焊、铜焊、螺栓或螺钉等的任何已知手段被固定到支撑结构102上。这允许反射器面板106抵抗剪切并且使收集器100的刚度增加。与常规的全抛物线收集器不同，四分之一抛物线配置由于其较小的曲率而能够在屈曲之前耐受更高的剪切负载。另外，对于相同的系统设计负载，各成形肋条216之间的更宽的间隔是可能的。
当反射器面板106被支撑结构102保持和支撑在固定构件302、底部边缘保护器308之间，并且再次被成形肋条216保持和支撑时，反射器面板106以具有基本上四分之一抛物线配置的曲率弯曲。所述四分之一抛物线配置使得能够使用图1F所示的单一反射向太阳能接收器104引导太阳光135。与多次反射系统相比，仅使用单一反射提高收集器光学效率。当前的双槽太阳能收集器一般要求太阳光在被太阳能接收器接收之前被反射多于一次。
图1D示出可被用于将成形肋条216固定到框108上的示例性接线片310。虽然被示为将成形肋条216固定到框108上，但接线片310也可被用于将成形肋条216固定到结构支撑102的接收器支撑轨道204的下侧。如图所示，接线片310可以为“T”形，使得接线片310可以可滑动地由框108容纳。由于接线片310可很容易地滑入框108和/或接收器支撑轨道204的下侧，因此使用接线片310易于组装。接线片310可具有用于容纳成形肋条216的狭缝312。在使用中，接线片310可具有与成形肋条216中的开口(未示出)匹配的多个开口306，使得诸如螺栓、螺钉或杆件等的固定构件可被开口306容纳以将成形肋条216固定到框108上。
在一个实施例中，接线片310通过结构粘接剂与框108和/或接收器支撑轨道204的下侧耦合。结构粘接剂可通过开口306被注入接合处，并且可流过覆盖所有配合表面的接合处。通过使用在框108和接线片310的下侧之间提供均匀的粘接剂覆盖和一致的可重复的粘接剂接合厚度的技术，不存在捕获的气隙。这使得接线片310和框108具有较强的结合固定。
图4A～4E示出太阳能接收器的示例性实施例。图1A和图2A所示的各收集器100可具有位于收集器100的外部接收器支撑轨道204上的外部太阳能接收器104a和位于收集器100的内部接收器支撑轨道202上的内部太阳能接收器104b。各太阳能接收器104可具有小于收集器100的长度L收集器的长度。选择太阳能接收器长度，使得以最小的间隙沿纵向彼此相邻的整数个接收器具有基本上等于L收集器的长度。仅出于示例性的目的并且不是要限制，如果L收集器为约5.7m并且使用三个接收器，那么太阳能接收器104的长度可以为约1.897m。另外，各太阳能接收器104可重约在15～45磅(lbs)之间以允许很容易地组装、维护和去除。在一个实施例中，各太阳能接收器的重量可以为约30lbs。
参照作为太阳能接收器的展开图的图4A和图4B，各太阳能接收器104可具有基板408、基板之上的第一密封层404a、第一密封层404a之上的多个PV或太阳能电池406、多个太阳能电池406之上的第二密封层404b和第二密封层404b之上的顶部保护板402。太阳能接收器400可由诸如层叠等的任何已知的工艺形成。层叠是包含加热太阳能接收器叠层并且施加压力以将所有部件熔合在一起以形成叠层接收器结构的工艺。也可以在真空环境中实施层叠工艺以减少气泡。
基板408可在层叠过程中为多个太阳能电池406提供背衬。基板408可由例如铝的挤压金属、挤压的金属填充聚合物或任何类似的材料形成。在一个实施例中，所形成的基板408可具有从基板408向外延伸的机械零件(feature)420以在机械上捕获和定位太阳能电池406中的每一个。基板408可以足够宽以容纳多个太阳能电池406中的每一个。在一个实施例中，基板的宽度(W6)可以在约80～85mm之间。如以下参照图8详细地讨论的那样，基板408可具有配合零件412以接合轨道202、204。配合零件412可具有约15～50mm之间的宽度(W7)。作为替代方案，如图4E所示，基板408可具有位于太阳能电池406下面的多个夹具508(图5)或其它的机械装置以有利于将基板408固定到轨道202和204上。基板408的长度L基板可限定太阳能接收器400的长度，并且可以在约1.0～6.0m之间。在一个实施例中，L基板可以为约1.897m。
基板408可具有较低的质量，使得与常规的太阳能接收器层叠工艺相比它允许更短的层叠循环时间。在一些实施例中，基板408具有被施加以提供冗余的电绝缘的薄保形电介质涂层。电介质涂层可以是任何已知的聚合物并可作为液体或粉末被施加。可通过诸如烘焙、涂刷等的任何已知的手段将电介质涂层施加到基板408上。电介质涂层可以较薄以维持较高的热导率并且可以在约20～100微米之间。
第一和第二密封层404a、404b在多个太阳能电池406和基板408之间提供电绝缘以防止从基板408导电并防止多个太阳能电池406的电气短路。密封层404也可保护多个太阳能电池406以免受天气和水分的影响。另外，密封层404可补偿多个太阳能电池406和基板408之间的任何不同的热膨胀。
密封层404可由热聚氨酯共聚物(TPU，thermo-polymerurethane)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA，ethylene vinyl-polymeracetate)或任何其它类似的材料制成。由于与常规的EVA材料相比对于紫外光(UV)辐射具有更大的抵抗力，因此TPU特别适用于太阳能应用，由于紫外光辐射也被聚光，因此这一点在结合太阳能聚光器利用的接收器中是十分重要的。密封剂可以为在更强的UV光下具有较高的光透射率和稳定性的灌注或热塑性的硅酮。
虽然是任选的，但是顶部保护板402可保护多个太阳能电池406免于水分、空气和污染物等的影响。顶部保护板402可由诸如玻璃、
Figure GPA00001045409000161
(诸如DuPont Teflon
Figure GPA00001045409000162
改性的乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE，ethylene-tetrafluoroethylene fluoropolymer))的任何保护性材料或任何其它类似的材料形成。可以向顶部保护板402的外表面和/或内表面施加任选的抗反射或光谱选择涂层以提高收集器效率。在一个实施例中，顶部保护板402可以为具有约0.1mm～1mm之间厚度的薄化学回火玻璃。在另一实施例中，玻璃可以是具有约1mm～3mm厚度的厚热回火玻璃。
顶部保护板402可由大量的方格(pane)制成以减少由顶部保护板402和基板408之间的不同热膨胀引起的应力。顶部保护板402中的各单个方格可在它们之间具有小的间隙或膨胀结(expansion joint)以允许不同的热膨胀。所述间隙可以在约0.2mm～2.0mm之间。在一个实施例中，间隙可以为约1.0mm。
在另一实施例中，可用诸如硅、环氧树脂、丁基的阻挡材料或柔顺、光学透明并且将水分和水挡在外面的任何其它类似的材料密封方格之间的间隙。
基板408、密封层404、太阳能电池406和顶部保护板402可分别具有在约0.01～3.0mm之间的厚度以提供成本低且重量轻的太阳能接收器400。例如，顶部保护板402可比在一个太阳收集器中使用的常规的4mm厚玻璃顶部保护板轻和薄。
多个PV或太阳能电池406中的每一个可以被电气串联连接以形成具有电池组轴436的太阳能电池组410。可通过诸如通过互连导线414将各太阳能电池焊接在一起的任何已知的手段形成太阳能电池组410。各太阳能电池406可具有约78×78mm的电池尺寸，并且可以为由单晶硅晶块制造的正方形晶片。作为替代方案，太阳能电池可以为诸如多晶、单晶、后部接触、发射体缠绕通过(emitter wrap-through)、LGBC(激光开槽埋置接触)、PERL(具有后部横向扩散电池的钝化发射体)、多接头、硅带和薄膜PV电池等的任何类型的已知太阳能电池。虽然各太阳能电池406被示为正方形，但是，由于可以使用诸如矩形、具有一个或多个修圆或截去的角的正方形和六边形等的任何形状，因此，太阳能电池406的形状不是要进行限制。
多个太阳能电池可被修改，使得它们当被电连接时具有较低的串联电阻。在一个实施例中，太阳能电池的后表面场强可增加，并且，顶表面导电网格可被加厚或增加数量以降低常规的非后接触太阳能电池中的串联电阻。在另一实施例中，对于后接触PV电池，可以加厚太阳能电池的背部金属化(back metallization)。
各太阳能电池406可被定位为在相互之间具有小的间隙，以为电连接、不同的热膨胀和机械容限留有空间。单一的太阳能接收器400可具有任意数量的太阳能电池406以形成电池组。在一个实施例中，一个太阳能接收器400可具有约二十四个太阳能电池406，并且可采用电气串联连接、电气并联连接或任意的组合。各太阳能电池406当被照射时会产生约1/2伏的电压。因此，如果所有的电池被串联连接，那么单个的太阳能接收器400会产生共12伏的电压。
接线箱428可通过互连导线414与太阳能电池组410耦合。接线箱428可位于前表面、与太阳能电池组410相邻、处于太阳能接收器400的各端部。将接线箱428放在基板408上与太阳能电池组410的相同侧有利于这些元件之间的电连接并且改善接收器400的可制造性。
图4B表示接收器400布线的一部分的示例性电气示意图。在本例子中，各单个太阳能电池被电气串联连接。在电池组的任一端上电连接接线箱。接线箱428可以与太阳能接收器400的一侧上的相邻太阳能接收器的接线箱电连接，并且可与位于太阳能接收器400的相对端的第二接线箱电连接。在一个实施例中，如后面进一步详细讨论的那样，接线箱428可具有旁路二极管。一些接线箱可有利于向诸如后面描述的发电厂的电气系统传送从收集器100中每一个产生的电力，这些电气系统会对于任何最终用途提供电能。接线箱428由此有利于接收器之间的电连接，对于电池组布线提供应变消除，并且允许添加和使用诸如旁路二极管等的可能必须的其它器件。
图4C示出太阳能接收器400的后表面。太阳能接收器400可在接线箱428后面具有固定到太阳能接收器400的基板408或配合零件(feature)412上的接地夹具430。接地夹具430可通过电线432提供从基板408到结构支撑102的电气路径。导线可使用10计量铜导线。结构支撑102又可与接地连接，由此使接收器400接地并且保护用户以免于可能出现的电气短路。虽然接地夹具430被示为在接线箱428后面，但是由于接地夹具430可位于基板408上的任意位置，诸如基板的后表面、前表面、顶部或底部上的任何其它位置，因此该位置不是要进行限制。
图4D示出具有向外延伸并且与太阳能接收器400的基板408耦合的散热器416的示例性的太阳能接收器。散热器416可具有垂直定位并且与基板408垂直的多个散热片418。当太阳能接收器400与接收器结构107耦合时，多个散热片418可基本上与框108、纵向面140、槽或光学孔101、纵轴162和平分面105垂直。散热器416允许在太阳能电池406中产生的热在不妨碍或干涉太阳能电池组410的情况下通过多个散热片418通过自然自由对流向上散失。这使太阳能电池406经受的温度上升最小化，从而提高效率并且防止由于高温导致的翘曲、电气短路或任何其它故障。本实施例可被用于图1A和图1B所示的外部太阳能接收器104a和内部太阳能接收器104b。在图3A中还详细示出本例子被用作内部太阳能接收器312a、312b的情况。由于只需要对于收集器100制造一个太阳能接收器配置，因此这使得更加易于制造。
图4E示出具有耦合在两个太阳能电池组400a、400b之间的共用散热器416的另一示例性太阳能接收器。本实施例可被用作图3B所示的内部太阳能接收器300。散热器416可被用于允许由太阳能电池组400a、400b产生的热通过多个散热片418通过自然自由对流向上散失，以使操作效率最大化并防止由于高温导致的翘曲、电气短路和任何其它故障。并且，热可以在任何不妨碍或干涉太阳能电池组400的情况下向上散失。由于用户仅需要将单个的内部太阳能接收器300固定到反射器结构107上，因此，本实施例使得更加易于组装。
虽然示出的太阳能电池作为单一的线性电池行位于基板上，但这不是要进行限制。例如，两行的太阳能电池中的一行可位于另一行之上。两行的接收器会允许控制系统跟踪由各行产生的功率以确定收集器是否被正确地对准。假如从太阳能电池行中的每一行产生相同的功率，那么收集器被适当地对准。如果由太阳能电池行中的每一行产生的功率不同，那么如后面进一步讨论的那样，收集器可关于枢轴旋转，以保证它适当地与太阳对准并被有效使用。
图5示出示例性的散热器。散热器500位于基板408与电池组相对的背部。散热器500具有多个互连的散热片502以形成散热器500。多个散热片502中的每一个可具有基本上等于基板408的宽度(W6+W7)或者可以在约25～150mm之间的宽度(W8)。高度(H散热片)可以为约25～150mm。
散热器500可具有通过形成连续的卷材产生的多个互连的散热片502来形成蛇纹状配置。这使得不再需要使用各单个散热片组装散热器，并且成本低廉且易于制造。并且，散热器500可在太阳能电池406被安装到基板408上并且基板/太阳能电池组件作为单一单元层叠在一起之后与基板408耦合。这可避免对于容纳散热器的层叠工艺的需要，由此允许使用标准层叠设备。散热器500可通过诸如使用结构热粘接剂、螺栓、螺钉、型锻、铆接(staking)、焊接、钎焊和铜焊等的任何已知手段与基板408的背部耦合。
如图5所示，在一个实施例中，太阳能接收器512可具有有利于固定到反射器结构107上的夹具508。夹具508可允许太阳能接收器512沿顶部轨道202、204滑动或通过搭扣配合(snap fit)、压力配合(pressure fit)或任何其它的手段可去除地固定到顶部轨道202、204上。这允许用户在不必可滑动地移除任何相邻的接收器的情况下很容易地、快速高效地移除太阳能接收器512。另外，由于仅在太阳能接收器512和反射器结构107之间存在很小的接触面积，因此使用夹具508可为太阳能接收器512和反射器结构107之间提供良好的热绝缘。
图6A和图6B示出另一示例性热散器。散热器600具有多个非互连的单独散热片602。基板408的背部可具有切入其中以容纳多个单独散热片602中的每一个的多个锥形沟槽604。为了组装，在一个实施例中，散热器600和基板408被压力配合在一起。散热片板608可被用于接合散热片602以防止压力配合过程中的弯折。多个太阳能电池可由此经受压力配合所需要的全部压力，由此，基板408提供均匀支撑各太阳能电池所需要的支撑，以防止太阳能电池的破裂。在另一实施例中，散热器600和基板408可通过使用结构粘接剂、螺栓、螺钉、焊接、钎焊和铜焊等被耦合在一起。
如上所述，散热片板608可防止基板408的翘曲。在压力配合中，可从多个散热片602压缩基板408的后表面，这会引起基板408弯曲并在太阳能电池侧变凹。因此，散热片板608可约束多个散热片602的远端，并且各散热片602沿各散热片602的远边缘施加小的反作用力矩，这可防止这种弯曲。所述散热器600设计或配置使散热片602的基部接近太阳能电池，以使太阳能电池和散热片之间的热流阻最小化。在一个实施例中，散热器片602可以离开电池组约1～15mm。
图7A～7C示出另一示例性散热器。图7A示出示例性散热器700的散热片702的透视图。散热器700可具有基部704，所述基部704具有从散热片702的侧边708向外延伸的阶梯状边缘706。图7B示出耦合在一起的多个散热片702。阶梯状边缘706被设置为向着其它散热片702的阶梯状边缘706层叠，但仍然保持它们之间的空间以形成散热器700。散热片706可通过诸如使用结构粘接剂、螺栓、螺钉的任何已知的手段被耦合在一起或被焊接在一起，等等。图7C示出与基板408耦合的散热器700。本实施例可允许使用由可以处于电池组和多个散热片706之间的中间的柔性箔制成的基板408。这可降低太阳能接收器710的成本和重量。并且，由于基板的厚度已被减小，因此太阳能接收器710可具有较低的热阻。
在一个实施例中，散热片602、502可具有狭缝、沟槽、切口或开口等(未示出)，以从散热片向空气提供更高效的热传送并提供更轻的太阳能接收器。
图8示出太阳能接收器800对于反射器结构107的顶部轨道202的示例性固定。示出使用图5A的散热器的太阳能接收器800。太阳能接收器800可滑动地与支撑结构102耦合。太阳能接收器800的配合零件412可沿顶部轨道202滑动。作为替代方案，可通过使用夹具508、螺钉、对开夹(split-clamp)、滑动锁销(sliding detent)、机械接口或这些项目的一些组合使太阳能接收器800与顶部轨道202耦合，以允许在不去除相邻的接收器的情况下安装和去除接收器800。图4E所示的接收器的设计可有利于这种类型的耦合。当太阳能接收器800与太阳对准以开始操作时，太阳能接收器400会升温到环境温度之上介于10℃～30℃之间，确切的温度上升依赖于风和日照。该温度上升会导致太阳能接收器400的长度由于热膨胀而增加。但是，由于配合零件412和顶部轨道202不直接暴露于集中的太阳光并且它们和接收器具有不良的热接触，因此它们的温度上升将较少。在一个实施例中，太阳能接收器可以以约0.01～10mm之间的标称间隙被相互邻近定位，以在不对各太阳能接收器800造成任何应力的情况下适应热膨胀、电气互连和机械容限。
太阳能接收器800可被定位，使得电池组位于反射器面板106的光学焦点的前面(图1F)。这避免太阳光在电池上的极端聚光区域，这种极端聚光区域会损伤电池并且对其性能造成有害的影响。这还避免将太阳光带到太阳能接收器的前面的焦点，这会引起安全问题。各太阳能电池的面还与槽孔垂直并与纵轴平行。
如上面讨论的那样，由于太阳能接收器可位于收集器的顶边或边缘上，因此在本发明中使用的双槽配置使得在收集器上具有较小的阴影。并且，使闭合的桁架低于反射器面板避免在反射器面板上形成阴影。但是，如果在太阳能电池中的一个或多个上存在阴影或者如果太阳能电池中的一个出现故障，那么电池组中的电池变得失配并且电池组的输出急剧下降。如果太阳能电池406被串联连接，那么通过组中所有太阳能电池的电流必须相同，意味着来自电池组的电流等于最低的电池电流。
为了应对可能的电池失配，可以使用旁路二极管。可以使用任何已知的旁路二极管以保护太阳能电池的热破坏并且在全部或部分遮蔽、太阳能电池破断或电池组失效的情况下维持有用的电力输出。在一个实施例中，单一的旁路二极管可与各单个太阳能接收器104耦合。在另一实施例中，旁路二极管可与各太阳能接收器104中的各太阳能电池406或太阳能电池群组耦合。在另一实施例中，旁路二极管可与一系列连接的太阳能接收器耦合。在使用中，旁路二极管可确定太阳能电池或太阳能电池群组是否限制输出并且在限制太阳能电池周围使电流转向。在一个例子中，如果由于阴影、太阳能电池失效或任何其它原因不满足阈值电流，那么旁路二极管可允许电流在电池组周围流动，由此防止输出电力的损失。
太阳能光生伏打系统的经济竞争力不仅依赖于收集器设计，而且依赖于与制造各种系统部件、将系统装运到操作地点、安装系统和在安装后维护和操作系统有关的成本。图9A～9C示出包含适于组装一组太阳能收集器的套件的示例性装运容器。也可以使用诸如二十或四十英尺容器的几种标准装运容器。作为例子，图9A示出封装有二十五个收集器的一个二十英尺标准箱(TEU)容器的透视图。TEU的内部尺寸可以为约5.8×2.3×2.3m，使得体积为约33m3。最大有效负荷可以为约21,710千克(kg)。太阳能接收器902、反射器结构904和框906被封装、并单独地在TEU容器中被装运并且被现场组装。由于可在标准装运容器内将部件嵌套在一起，因此这些部件的现场固定允许高效地装运到安装地点。图9B示出图9A的908的详细示图。图9B示出当将反射器结构904层叠在一起时轨道912在装运过程中承受叠层的重量并且帮助防止在反射器914上刮擦。图9C示出图9A的910的详细示图。图9C示出层叠框906的示例性配置。框906的断面或T断面916使得能够通过将每个其它框906翻转和错开而在装运中嵌套框906。
在单一容器内装运各种收集器部件的替代方案是在不同的容器内装运不同的收集器部件。如前面的例子那样，可以使用诸如TEU容器的标准装运容器。这种装运方法有利于可在不同的位置上制造不同的收集器部件并然后将其装运到安装地点的制造生产系统。例如，接收器902需要相对复杂的制造过程，并且，它们的生产可位于劳动力技术熟练的区域。反射器结构904和框906不需要复杂的制造技术，并且，它们的生产可有利地位于接近面板制造位置和/或接近安装地点的劳动力成本低的区域。通过使用这种替代性制造和装运系统，可以使得整个太阳能光生伏打系统成本最低化。
图10A～10D示出根据本发明的实施例的利用太阳能收集器阵列的示例性发电厂。双槽设计允许在位于两个槽1014a、1014b之间的枢轴1002上支撑收集器的结构。枢轴1002可以位于收集器100重心上或附近的平分面105(图1C)中。重心也可位于平分面105(图1C)中稍低于纵向面140。重心的确切位置依赖于接收器902、反射器结构904和框906的重量。这与枢轴必须位于反射器前面或后面的单槽设计不同。单槽从反射器后面的枢轴伸出悬臂，或者被位于反射器前面的重心上的枢轴支撑。在悬臂单槽设计中，必须沿槽的结构从跟踪致动器传送较大的扭矩，或者必须使用昂贵和麻烦的配重。当被重心上的枢轴支撑时，支柱必须在反射器之上延伸，从而在反射器中需要规则的间隙以容纳支柱。从反射器面突出的支柱部分和反射器自身中的间隙在电池上投射阴影。双槽配置通过同时在反射器后面以及收集器的重心紧邻位置放置枢轴消除这种问题。名义上，通过处于重心10厘米(cm)内的枢轴，收集器1000可旋转120度。但是，通过到重心的距离超过10cm的枢轴，收集器1000也可旋转更大的角度。
特定的双槽系统的设计人员可在运动范围和扭矩之间进行小的权衡。为了增加旋转范围，枢轴可以以增加保持转矩为代价向后运动以远离重心和纵向面140。相反，通过将枢轴放在重心上，具有零保持转矩和稍微减小的运动范围的设计是可能的。移动枢轴使得能够优化特定安装的收集器。例如，在土地便宜的地面安装中，更大的结构间隔和更大的运动范围可以以或多或少地更刚硬的结构和跟踪器为代价允许操作更长的白天时间。但是，对于各行被更加紧密地间隔开的屋顶安装，可以使用平衡的配置以使结构和跟踪器重量最小化。
双槽配置使得重心和枢轴1002均接近太阳能接收器的孔101。重心可穿过枢轴1002和平分面105(图1C)或位于它们附近。当安置在具有水平的孔的低阻力(low-drag)配置中时，这允许整体结构比相同孔的常规的全抛物线槽低。较低的高度会在收集器支撑支柱1018中导致来自风载的较小的弯曲力矩。
只要可允许使最终损失最小化，就可按照行安装收集器或模块1000。并且，太阳能接收器不需要与收集器的整个长度耦合。例如，在远离入射的太阳光的一侧，太阳光被反射到槽的端部的外面并且不在太阳能接收器上被捕获。类似地，在面向入射的太阳光的一侧，不穿过孔的一些光会被接收器接收。在面向入射的太阳光的一侧，最接近入射的太阳光的第一接收器可不接收或仅接收部分的太阳光。因而，可在所述收集器中省略第一接收器。
模块行的间隔距离可以为收集器宽度的约2.4倍以减少来自相邻的行的阴影。图10A示出利用以多个行放置的太阳能收集器阵列的示例性发电厂1001的顶部透视图。在本例子中，收集器场包含4行的收集器1000，每行包含6个收集器1000。由于收集器全天跟踪太阳，因此这些行间隔开以避免相邻收集器的遮挡。单个的跟踪器机构可驱动一行和/或多个行中的各收集器。在任何行内，收集器之间具有几mm或更小的量级的最小的间隙，从而使接收器的遮蔽最小化。没有机械零件阻挡射向场中的任何收集器的太阳光。可通过接线箱428(图4A)传送从所有收集器1000收集的能量，并将其传送到任何已知的电气系统1020以为任何最终用途提供电能。
图10B～10D示出关于枢轴1002旋转以在白天保持面向太阳的两行的模块。跟踪器机构可具有固定轨道1006、滑动链路或轨道1008和传送链路1010。固定轨道1006可与收集器行垂直，并且在收集器1000的旋转范围上位于收集器100的平面的下面。固定轨道1006可为滑动轨道1008提供引导，所述滑动轨道1008可在一端被致动器1012致动。滑动轨道1008可在第一端1014上通过枢轴与各传送链路1010耦合。如图所示，各传送链路1010的远端或第二端1016可在一个槽1000的谷底或底部1016附近与模块1000连接。所述链路配置允许单一的致动器1012控制多行的收集器并在不损失太多的杠杆作用的情况下在整个白天实现希望的运动范围。图10C示出跟踪器链路1010在模块1000上具有最大杠杆作用的示例性配置，而图10D示出跟踪器链路1010具有最少杠杆作用的示例性配置。对于120°的运动范围，图10B和图10C所示的位置之间的关于枢轴1002的传送链路1010的转矩差比2比1的比小。在替代性的实施例中，跟踪器机构可允许90°～160°之间的运动范围。在一个实施例中，运动范围可以为140°。除了在晴天时跟踪太阳以外，跟踪器机构还被用于在例如强风暴雨的不利天气下使收集器水平取向。这种取向允许很容易地通过排泄间隙110排水并使收集器1000上的风载最小化。
收集器设计有利于在各种类型的安装地点上安装。例如，收集器场可被安装在地面上。作为替代方案，场可被安装在房顶上、特别是商业建筑的平整房顶上。安装从以大致等于收集器长度的间隔安装的多行支柱1018开始。支柱位于两个收集器之间的接合处。多个支柱统一形成台架，所述台架支撑收集器并允许它们关于枢轴旋转。沿纵向相邻的收集器1000之间的间隙可以是标称的，例如，在0.5～10mm之间。沿纵向相邻的收集器1000之间的间隙的最小化保证在接收器上具有最小的阴影。作为替代方案，收集器反射器表面可相互滑动重叠以消除任何阴影。与当前的聚光太阳能PV模块不同，收集器1000没有在反射器面板之上延伸的安装硬件或支撑结构。
在组装太阳能收集器系统的一个实施例中，反射器结构107可具有低于240lbs的重量，并且可在跟踪器枢轴1002上被螺栓固定到支柱1018上。框然后被固定到反射器结构上。作为替代方案，可以在将反射器结构安装到支柱上之前将框固定到反射器结构上。然后，十二个太阳能接收器沿接收器支撑轨道中的每一个滑入位置-每个轨道上三个太阳能接收器。太阳能接收器通过单一的插头被电气串联连接，所述插头包含用于组电路(string circuit)的两个端子和用于结构接地的一个。在用接收器组装收集器之后，下一个相邻的收集器被安装并且通过使用任何已知的耦合结构与其它相邻的收集器耦合。耦合结构可使用曲折以在沿所有其它方向保持高的刚度的同时适应由于热膨胀导致的纵向运动。所有收集器的这种耦合过程继续，直到组装希望数量的接收器并在收集器之间制成适当的电连接。行长度由最大的可容许的绞线确定并且依赖于现场布局、最大设计风速和所使用的跟踪器致动器。
一旦被安装，各行就将在整个白天旋转以跟踪太阳。跟踪将使各太阳能电池的面取向，因此其表面法线名义上与进入收集器的孔的入射光垂直。换句话说，太阳能电池被取向，使得基本上没有入射的太阳光直接照射到太阳能电池上，但是，太阳能电池接收从反射器面板106反射出来的太阳光。虽然大多数的地方会利用南-北取向，但是收集器1000可沿任意的方向取向。如果纵轴是南-北取向，那么槽会在夏天的清晨和傍晚时分部分遮蔽相邻的槽，从而有效地将场尺寸减小一半。在这些时间，被遮蔽的接收器上的旁路二极管允许不被遮蔽的那些接收器继续产生电力。散热器性能将根据模块的旋转角度改变。例如，大致在太阳最亮的中午，由散热片形成的多个空气通道将大致垂直取向，并且，由于流过散热器空气通道的自然对流空气不被任何的光生伏打电池或收集器的任何其它的器件、元件或零件阻挡，因此，散热器将以最小的热阻工作。虽然性能在整个白天改变，但是电池温度将保持相对恒定。这与散热片在中午沿最低效的方向取向并在早晨和下午沿最高效的方向取向的当前的太阳能PV收集器系统形成对照。
太阳能接收器可能需要服务、修理，或者用户可能希望将太阳能接收器升级为使用更高效率的太阳能电池的接收器。太阳能接收器的模块设计使得便于太阳能接收器的更换、修理、维护和服务。在电池组在电气上被断开之后，可将单个的接收器与相邻的接收器去耦合并使其滑出。当安装新的接收器时，太阳能接收器可很容易地被重新固定到相邻的太阳能接收器上。因此，收集器1000的模块设计使得成本低廉并且便于收集器的维护、修理、更换或服务。并且，与当前的太阳能收集器系统相比，在更长的时间周期上可能需要更少的维护。
例子
以下的例子仅出于解释性的目的，并且，由于可以使用任意数量的太阳能电池、太阳能收集器的长度可改变并且其它的实施例会是可能的，因此不是要进行限制。
重新参照图1A，太阳收集器可具有约5.7m的长度L收集器，以允许至少三个太阳能接收器104位于支撑结构102的顶侧202、204(图2A)。可以使用上面参照图4D讨论的总共允许十二个太阳能接收器的太阳能接收器。各太阳能接收器104可具有电气串联连接的约二十四个太阳能电池。由于各太阳能电池可产生约1/2伏的电压，因此各太阳能接收器104可产生约12伏的电压。各接收器包含二十四个太阳能电池，因此收集器100中的电池的总数为288。
收集器的总光学孔为各槽的宽度(W1)乘以槽长度，从而产生约11.4m2的面积。假定1kW/m2的日照和17.5％的收集器效率，那么收集器将产生约2kW的电功率。为了获得该输出功率，产生约1/2伏的标准硅太阳能电池将分别产生稍低于14安的电流。
在该设计中，光学聚光为约20∶1的因子，而几何聚光为约6.5∶1的因子。两个值之间的大致三倍的差值源于以约3的因子增加太阳能电池尺寸以适应跟踪器不对准和收集器100中的机械误差或变形。这种设计仅需要+/-1.7°的适中的跟踪精度以在其最大值的+/-10％内实现光学效率。可通过标准方法很容易地实现这种跟踪精度。
虽然已示出和描述了本发明的实施例和应用，但受益于本公开的本领域技术人员很容易理解，在不背离这里的发明概念的情况下，以上提到的修改以外的许多更多的修改是可能的。例如，作为上述的被动冷却空气散热器的替代，可以使用流动的水、流体或空气的主动冷却散热器。可以使用在流体中包含的能量作为热能的来源。作为替代方案，可以加入热管作为散热器的一部分。虽然已描述了双槽收集器，但是，可以用单槽收集器或诸如三个、四个或者甚至更多个槽的多槽收集器实现边缘收集四分之一抛物线反射器的许多优点。并且，虽然通过使用PV电池描述和示出接收器，但是，可以设想和使用其它的接收器，诸如使用流体、混合PV和热系统、生物收集(藻类浆料等)系统和其它的化学和生物能量系统等。

Claims (31)

1.一种太阳能接收器，包括：
具有第一表面和第二表面的基板；
位于基板的第一表面之上并且由其支撑的多个太阳能电池，各太阳能电池具有面向远离基板的适于接收太阳辐射的电池面，所述多个太阳能电池被设置在具有组轴的至少一个组中；和
直接固定到基板的第二表面上的多个散热片，其中，散热片沿一般与组轴和太阳能电池面垂直的方向从基板的第二表面向外延伸。
2.一种太阳能接收器，包括：
具有第一表面和第二表面的金属基板；
位于基板的第一表面之上并且由其支撑的多个太阳能电池，各太阳能电池具有适于接收太阳辐射的电池面，所述多个太阳能电池被设置在具有组轴的至少一个组中；
覆盖太阳能电池的透明密封层；
覆盖密封层的透明保护板，其中，保护板由多个方格构成；和
至少一个膨胀结，各膨胀结位于相关的一对相邻的方格之间，膨胀结被设置为补偿基板和保护板之间的不同的热膨胀。
3.一种太阳能接收器，包括：
金属基板；
位于基板的第一表面之上的多个太阳能电池；和
由基板的第一表面承载的接线箱，所述接线箱与所述多个太阳能电池电气耦合。
4.一种太阳能接收器，包括：
具有第一表面和第二表面的金属基板；
覆盖基板的第一表面的至少一部分的薄保形电绝缘层；
由基板承载的覆盖薄保形电绝缘层的第一密封层；
位于第一密封层之上并且由基板的第一表面支撑的多个太阳能电池，各太阳能电池具有面向远离基板的适于接收太阳辐射的电池面，所述多个太阳能电池被设置在具有组轴的至少一个组中；和
覆盖太阳能电池的透明的第二密封层。
5.如权利要求4所述的太阳能接收器，其中，第一密封层、太阳能电池和第二密封层被层叠在一起。
6.如权利要求1～3中的任一项所述的太阳能接收器，其中，基板由金属材料形成，所述太阳能接收器还包含覆盖基板的第一表面的至少一部分的电绝缘层。
7.如权利要求2～6中的任一项所述的太阳能接收器，还包括直接固定到基板的第二表面上的多个散热片，其中，所述散热片沿一般与组轴和太阳能电池面垂直的方向从基板的第二表面向外延伸。
8.如权利要求1或7所述的太阳能接收器，其中，散热片被设置为蛇纹状配置，并且至少多个散热片由单一、连续的金属板形成。
9.如权利要求1或7～8中的任一项所述的太阳能接收器，其中，散热片限定允许对流气流沿从基板的底部到基板的顶部的方向流动的多个气流通道，并且，所述气流通道不被太阳能电池阻挡。
10.一种包括权利要求1和7～9中的任一项所述的第一太阳能接收器的配置，其中，散热片的第一侧与第一太阳能接收器的基板耦合，该配置还包括具有与散热片的第二侧耦合的第二基板的第二太阳能接收器，所述第二侧与散热片的第一侧相对。
11.如权利要求1或3所述的太阳能接收器，还包括覆盖太阳能电池的透明密封层。
12.如权利要求4～5或10所述的太阳能接收器，还包括覆盖密封层的透明保护板。
13.如权利要求12所述的太阳能接收器，其中，保护板由多个方格形成，并且，太阳能接收器还包括各相邻的一对方格之间的膨胀结，所述膨胀结被设置为补偿基板和保护板之间的不同的热膨胀。
14.如权利要求1～2和4～13中的任一项所述的太阳能接收器，还包括在基板的第一表面上承载的接线箱，其中，该箱与太阳能电池组电气耦合并且包含结。
15.如前面的权利要求中的任一项所述的太阳能接收器，其中，接线箱还包含旁路二极管。
16.如前面的权利要求中的任一项所述的太阳能接收器，还包括被设置为可滑动地在太阳能收集器系统中接合接收器支撑轨道的连接器。
17.如前面的权利要求中的任一项所述的太阳能接收器，还包括与基板电气耦合的接地夹具。
18.如前面的权利要求中的任一项所述的太阳能接收器，其中，所述多个太阳能电池被设置在单一的线性电池组中。
19.如前面的权利要求中的任一项所述的太阳能接收器，其中，基板被预涂敷有薄保形电绝缘层。
20.一种用于形成太阳能接收器的方法，包括：
在基板的第一表面上定位至少一个太阳能电池；
在至少一个太阳能电池上施加密封层；和
在将密封层已经施加到太阳能电池上之后，将传热散热片直接固定到基板的第二表面上，其中，散热片在不干涉传热器的情况下被直接固定到基板上。
21.一种用于形成太阳能接收器的方法，包括：
在基板的第一表面上按照行定位太阳能电池组；
在太阳能电池组上施加密封层；
在密封层之上定位透明保护板；
将基板、太阳能电池、密封层和透明保护板层叠在一起以形成叠层接收器结构；和
在层叠之后将多个传热散热片直接固定到基板的第二表面上，其中，散热片在不干涉传热器的情况下被直接固定到基板上。
22.如权利要求20或21所述的方法，还包括在固定散热片之前在密封层上固定透明保护板。
23.如权利要求20～22中的任一项所述的方法，其中，基板由被涂敷有电绝缘层的金属材料形成。
24.如权利要求23所述的方法，其中，绝缘层作为粉末或液体被施加到基板上。
25.如权利要求20或21所述的方法，其中，保护板包含多个方格。
26.如权利要求23所述的方法，还包括用膨胀结接合多个方格中的每一个。
27.如权利要求20或21所述的方法，其中，散热片被固定，使得它们相对于太阳能电池组的组轴垂直并且相对于太阳能电池的面垂直延伸。
28.如权利要求20或21所述的方法，其中，所述多个散热片以蛇纹状配置由固定到基板上的单一、连续的材料板形成。
29.如权利要求20或21所述的方法，还包括：
将至少一个接线箱固定到基板的第一表面上；和
将所述至少一个接线箱与太阳能电池组电连接。
30.如权利要求29所述的方法，还包括将至少一个接地夹具固定到基板上。
31.如权利要求20或21所述的方法，还包括将太阳能接收器固定到太阳能收集器上，其中，在机械上沿纵向从太阳能收集器将太阳能接收器去耦合。
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