CN101939904A - 通过缆索及压缩元件加以稳定的太阳能收集器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能收集系统，其包括：太阳能元件，相连接而形成用于拦截太阳辐射的阵列；压缩元件，实质垂直于所述阵列设置；以及多对缆索，自所述阵列的相对侧延伸至所述压缩元件，以互助地稳定成对缆索所连接到的所述阵列的每一部分。设置有支撑结构以用于将所述阵列紧固到固定结构上。追踪系统进一步为所述系统提供两个自由度，以用于使所述阵列追踪太阳的移动。

Description

通过缆索及压缩元件加以稳定的太阳能收集器

相关申请案交叉参考

本申请案主张优先于2008年5月1日提出申请且名称为“通过缆索及压缩元件加以稳定的太阳能收集器”的美国申请案第12/113,668号，美国申请案第12/113,668号主张优先于2007年10月31日提出申请的美国申请案第11/981,457号，这些美国申请案的全部内容以引用方式并入本文中。另外，本申请案主张优先于2008年5月1日提出申请且名称为“托架系统”的美国临时申请案第61/049,616号，美国临时申请案第61/049,616号也主张优先于2007年10月31日提出申请的美国申请案第11/981,457号，这些美国申请案的全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明大体而言涉及一种太阳能收集器。具体而言，本发明涉及一种重量轻、稳定性高的太阳能收集器，其包含缆索及压缩元件以支撑和稳定太阳能元件。

背景技术

太阳能收集系统的特征一般为具有大的表面积以收集太阳能辐射。大的收集表面积通常由一组子组件构成，这些子组件连接在一起并受到支撑以形成较大的表面积。收集系统被设计成或者直接收集太阳的电磁能(例如光电阵列系统)，或者将能量反射至接收元件(利用例如定日镜(heliostat)或抛物线聚光器(parabolic concentrator))。为提高这些系统的效率，许多太阳能收集器均追踪太阳。这些系统或者直接追踪太阳，例如必须面朝太阳的太阳能抛物线盘形集光器(parabolic dish concentrator)，或者这些系统遵循不同路径以将电磁辐射反射至特定位置，例如定日镜。追踪通常要求收集系统具有两个转动自由度，例如高度与方位角。

从设计的观点来看，太阳能收集系统的最关键特征之一是收集器具有大的表面积。然而，当暴露于环境因素时，这些大的表面积会造成许多设计问题。由于极端天气(主要是狂风)而施加于结构上的负载特别重要。为容纳这些狂风负载，在设计中包含大且重的结构以支撑太阳能元件。现有技术太阳能收集系统15的通常设计如图1所示。系统15是由基座或安装底座16组成，其余组件安装在基座或安装底座16上。这些组件包括驱动系统17、其上安装有个体太阳能组件19的支撑元件18、以及个体收集或反射太阳能组件。

虽然此现有技术已出现数十年，但是至今为止，制造和安装这些系统一直非常笨重且昂贵。这些系统的成本和庞大已限制了其广泛使用以及对太阳能收集系统的接受。第一个问题是，这些系统包含用以在狂风中支撑和稳定系统的笨重的结构元件，此导致系统整体的最初实作总成本较高。第二个问题是，驱动系统及其它辅助组件也必须大且具有大功率，以有效地应对庞大系统的重量及惯性。相关的大且具有大功率的电动机导致难以对整个结构提供精确的定位控制及运动。

包括多个面板的面板阵列，例如太阳能收集系统的面板阵列，已经存在数十年。然而，为对多个面板提供结构支撑并防御例如狂风等极端的天气条件，这些现有系统常常笨重且庞大。人们已作出一些努力来开发仍保持必要的结构完整性的重量更轻的设计。

面板阵列中的一个重要结构元件是用以将多个面板连接在一起的托架。托架必须对驱动系统提供结构支撑及连接，同时还保持面板被牢固地组装。目前的面板阵列常常使用笨重且庞大的大型构架系统进行组装。

因此，仍需提供重量轻、稳定、易于制造、组装简单、便宜且可抵抗狂风的太阳能收集系统。此外，需要一种重量轻的托架，其将面板牢固地固定就位、同时还保持结构完整性。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种太阳能收集器，其包括：太阳能元件，相连接而形成用于拦截太阳辐射的阵列；压缩元件，实质垂直于阵列设置；以及多对缆索，自阵列的相对侧延伸至压缩元件以稳定太阳能元件。

另一方面涉及一种太阳能收集器，其包括：太阳能元件；连接装置，用于连接太阳能元件以形成阵列；压缩元件，实质垂直于阵列设置；以及稳定装置，用于利用在阵列与压缩元件之间延伸的缆索稳定每一太阳能元件。

再一方面涉及一种太阳能收集器，其包括：太阳能元件；连接装置，用于连接太阳能元件以形成实质抛物线阵列；压缩元件，沿抛物线阵列的单一对称轴线设置；以及稳定装置，用于利用在抛物线阵列与压缩元件之间延伸的缆索稳定每一太阳能元件。

又一方面涉及一种太阳能收集器，其包括：太阳能元件；压缩元件，实质垂直于太阳能元件设置；以及一对缆索，连接至太阳能元件的相对侧，其中所述缆索对进一步连接至压缩元件以加强太阳能元件。

另一方面涉及一种托架，其包括用以容置悬挂构件的中央本体部。多个狭槽可围绕中央本体部设置。每一狭槽均可用以容置面板的至少一部分。

托架可被实作成实现下列优点中的一个或多个。例如，托架提供必要的结构支撑并将面板固定就位，同时重量轻且具有低的轮廓。托架使面板阵列易于组装并使面板能够更换(如有必要进行更换)。另外，托架尽可能少地覆盖面板表面，以最大程度地利用面板表面、同时仍保持结构完整性。

以下，在附图及说明中对一个或多个实施例进行详细说明。根据本说明、附图及权利要求书，其它特征及优点将变得显而易见。

附图说明

根据以下如附图所示对本发明进行的详细说明，本发明的前述及其它方面和优点将变得显而易见，附图中：

图1为现有技术中定日镜的结构的立体图；

图2为根据本发明的太阳能收集器的前视立体图，其中太阳能元件利用连接器、缆索及压缩元件连接在一起而形成用于拦截太阳辐射的太阳能元件阵列；

图3为图2所示太阳能收集器的正面与侧面的立体图；

图4为图2所示太阳能收集器的侧视立体示意图；

图5为图2所示太阳能收集器的背面与侧面的立体图；

图6为压缩元件的一个端部的侧视立体图，其例示根据本发明的结构将缆索附连至压缩元件；

图7为用于使图2所示太阳能收集器对准并追踪太阳的支撑结构与驱动机构的侧视立体图；

图8a为在狂风的力作用下的根据本发明的太阳能收集器的侧视立体图；

图8b为响应于狂风而卷起的图8a所示太阳能收集器的侧视立体图；

图9a为根据本发明的第一类型连接器的平面图；

图9b为根据本发明的第二类型连接器的平面图；

图9c为根据本发明的第三类型连接器的平面图；

图10a为根据本发明的第四类型连接器的立体图；

图10b为图10a所示的连接器的前视图；

图10c为图10a所示的连接器的侧视图；

图11a为根据本发明一实施例的太阳能元件的侧视立体图，所述太阳能元件包含用于加强和稳定太阳能元件的缆索、框架及压缩元件；

图11b为根据本发明另一实施例的太阳能元件的侧视立体图，所述太阳能元件包含用于加强和稳定太阳能元件的缆索、隅角框架及压缩元件；

图12为压缩元件的替代实施例的立体图；以及

图13为图12所示的替代实施例的侧视图。

不同附图中的相同参考编号和标记指示相同的元件。

具体实施方式

图2至图5例示根据本发明的太阳能收集器20。太阳能收集器20包括太阳能元件22、连接器24、缆索26及/或杆26a以及压缩元件28。太阳能元件22可为用于对太阳的电磁辐射进行反射、改向及/或会聚的反射镜。反射镜可为扁平的、弯曲的或菲涅耳(Fresnel)反射镜。作为另外一种选择，太阳能元件22可为用于捕获太阳辐射并将太阳辐射转换为电力的光电元件。可调整太阳能元件22以使其响应于太阳所发射的宽广范围的电磁辐射(electromagnetic radiation；EMR)中的任何一种辐射。每一个体太阳能元件22本身均充当太阳能收集器。个体太阳能元件22利用连接器24连接在一起而形成太阳能元件的阵列30。阵列30被构造成界定可有效拦截太阳辐射的大的表面积。连接器24用以牢固地固定太阳能元件22的边缘，但连接器被设计成对减小阵列30的整体有效表面积具有最小影响。连接器24可沿太阳能元件22的边缘设置于任何位置，但是较佳位于太阳能元件的隅角处。连接器24是由例如铝、塑料、合成物等结实、重量轻的材料制成。压缩元件28实质垂直于阵列的表面设置，且较佳实质穿过阵列30的中心。压缩元件28可呈杆或其它经修改的细长坚硬元件的形式。多对缆索26自连接器24的相对侧连接至压缩元件28的相对端。每一对缆索26均共同互助地稳定缆索所连接到的阵列的那一部分。

每一收集器20的尺寸及形状均取决于用于建造阵列30的太阳能元件22的尺寸、形状及数量。通常，将例如反射镜及光电电池等太阳能元件22制造为平面板。这些面板的形状可以是任何形状，即矩形、正方形、六边形等。用于建造阵列30的面板的确切尺寸及数量取决于太阳能收集器20的用途。对于图2至图5所例示的实施例，利用十六个太阳能元件22制成阵列30，每一太阳能元件22均为正方形面板。被构造用以支撑这十六个元件的张力及压缩系统是利用位于每一太阳能元件22的各个隅角之间的二十一个连接器24、一个压缩元件28及分别自连接器延伸至压缩元件的二十对缆索26。连接至阵列30的周边的缆索26主要最靠近压缩元件28的端部连接。如图3至图6所示，连接至阵列30的内部的缆索30主要沿压缩元件28向内连接。缆索30通常由高强度的飞机用钢丝绳制成。

每一阵列30的总体表面形状均取决于每一太阳能元件在阵列30内的定向。如果太阳能收集器20包括光电元件，则平面阵列是较佳形状。然而，如果太阳能收集器20包括用于将太阳能量聚焦于特定位置的反射元件，则需要实质抛物线阵列。应注意，对于小的弧，球形阵列可近似于抛物线阵列。对于抛物线阵列30，压缩元件28是沿抛物线阵列的单一反射对称轴线设置。每一太阳能元件22的焦距的调节均是通过沿压缩元件28的长度移动张力元件(亦称缆索)来完成。当自阵列30的外部的缆索26朝向压缩元件28的端部移动靠近时，缆索26使反射镜的反射面朝向压缩元件倾斜并缩短这些反射镜的焦距。

利用缆索及连接器来支撑太阳能元件22会使阵列30的有效面积仅略有减小。缆索26较细，并且连接器24覆盖每一元件22的边缘的仅一小部分。由此造成的施加至太阳能元件22的太阳能辐射的减小仅为其总表面积的约1％至2％。

利用支撑结构34来相对于例如地面或建筑物等固定结构紧固阵列30。如图7所示，支撑结构34包括柱36，柱36的底端被打入地面或附连到地基38上。在柱36的上方及周围设置有管40。管40可具有封闭端42，其倚靠在柱36的顶端的顶部上。作为另外一种选择，管40可被支撑在柱36的基座附近或沿柱的长度的任何其它位置。管40被配置成可围绕柱36自由转动，柱36给定第一转动轴线以用于对阵列30进行方位角控制。通过靠近管40的底部的方位角电动机44、方位角缆索46及方位角滑轮48控制方位角。临近管40的顶部紧固有枢轴总成系统50，枢轴总成系统50介接成支撑压缩元件28及相关阵列30。压缩元件28附装在枢轴52上，枢轴52位于与管40的顶部呈近似45度夹角处。枢轴52位于阵列30的面向太阳侧的后面。压缩元件28相对于枢轴52转动。由高度电动机56驱动的高度调节缆索54可自压缩元件28的一端延伸至压缩元件的相对端，以围绕连接至阵列30的基座的滑轮。作为另外一种选择，高度调节缆索54可自压缩元件28的一端延伸至阵列30的连接器24。高度电动机56可调节阵列30相对于枢轴52的高度，枢轴52给定第二转动轴线以提供对阵列30的高度控制。此高度系统允许零度至九十度以上的高度调节。高度调节缆索54与高度电动机56相结合将阵列30牢固地固定就位。沿阵列的下部垂直中心线，阵列30的非面向太阳侧上的缆索26应在连接器24处偏置或分裂成两条缆索26s，因此其不会干扰对阵列的高度控制。电子控制单元进一步与方位角电动机44及高度电动机56相整合，以调节对太阳的追踪。电子控制可包含用于检测辐射源的位置的传感器，或被针对给定地点或一年中的时间进行预编程。太阳能收集系统也可利用其它传统驱动系统来追踪太阳。

压缩元件28与缆索26一起形成张力压缩系统。每一缆索26均可配备有张力调节器32，以允许对每一缆索内的张力进行独立调节，如图6所示。作为另外一种选择，可将全部沿压缩元件28连接在相同位置的多组缆索一起移动，以调节连接在那一点处的一组太阳能元件22的张力。全部沿压缩元件28连接在给定点处的缆索26在阵列30与压缩元件之间具有相同的长度。通过平衡每一对缆索之间的张力来稳定阵列的每一部分。当组装阵列30时，对缆索26进行预加张力以稳定阵列。当外力施加至系统时，预加张力缆索26会防止缆索中的任何一者变得松弛或松动。一旦张力及压缩系统被适当地稳定，施加至太阳能元件22上的任何外力会在每一对缆索内均得到平衡并被传递至压缩元件28。例如，当风施加力至阵列30上时，阵列30的每一侧上的互补缆索26均使阵列的形状保持固定并使风力传递至压缩元件28及柱36。

在一些情形中，风力可大到足以造成压缩元件28弯曲。例如，较大的风力可施加大的弯曲力矩至阵列30的某些部分上，此可对阵列30的迎风侧上的缆索26施加更大的张力。如果张力足够大，则压缩元件28可朝具有更大张力的那些缆索26弯曲。如果压缩元件28弯曲，则与被施加更大张力的缆索26相对的缆索26(即非迎风侧)可能会变得松弛。由于所有缆索26附连成一个系统，因而这些弯曲力矩可在整个阵列30中传递。为平衡缆索26内的力，整个阵列30可变弯或变形。如上所述，压缩元件28可被修改成其它细长、坚硬的元件。例如，参考图12及13，在替代实施例中，可对压缩元件28增设箱形梁100来提供更大硬度以抵抗此种弯曲力矩。箱形梁100可以是任何横截面形状(包括正方形、矩形、圆形或椭圆形)及任何尺寸。具体而言，箱形梁100可以是为压缩元件28从而为系统提供刚度的任何结构元件。在另一实例中，箱形梁100可为I形梁或构架系统，压缩元件28附装到其上面。

箱形梁100可包含前端板102及后端板104，压缩元件28穿过前端板102及后端板104。前端板102及后端板104可为任何适当配置，包括实际板或以九十度夹角插入箱形梁100中的较小箱形梁。箱形梁100可包含固定连接器106，缆索26附连到固定连接器106上。固定连接器106可以是配置成实质平行于箱形梁100平躺的螺纹杆。此种配置可使得能够如上所述调节缆索26。作为另外一种选择，缆索26可附连至压缩元件108的自后端板104延伸的较短部分上。压缩元件108的较短部分可以是压缩元件28的贯穿前端板102与后端板104并自箱形梁100向外延伸的部分。在另一替代实施例中，压缩元件28可不延伸贯穿箱形梁100，而是在前端板102处连接至箱形梁100，同时单独的第二压缩元件108自后端板104延伸。如果压缩元件28不延伸贯穿箱形梁100，则压缩元件28在前端板102处可能会需要多点式连接以帮助抵抗弯曲力矩。例如，前端板102可以是厚板、延伸至箱形梁100中的一系列板或多壁板，例如以九十度夹角插入箱形梁100中的较小的箱形梁或槽形梁。在本实施例中，压缩元件28可延伸贯穿并在多点处附装至前端板102。安装托架110可将箱形梁100附装至管40。安装托架110可包含枢轴52，以使阵列30能够如上所述进行高度调节。

如图8a与图8b所示，可将太阳能收集器20修改成在狂风下具有卷起的能力。卷起是有利的，因为由风施加至水平阵列上的力近似为施加至垂直阵列上的力的百分之十。此种卷起能力允许针对较小风载来设计太阳能收集器20，其又会实质节省制造成本。一种使太阳能收集器20具有卷起能力的方法是在阵列的顶部为阵列30提供额外的一排太阳能元件22。4×5面板阵列会形成不平衡区域。当风吹在阵列30上时，风将在压缩元件28上方比在压缩元件下方以更大的力进行推动。风速随距地面的高度而增大的自然趋势会进一步增强此种不平衡区域效应。高度电动机56的驱动机构可包含各种不同类型的离合器机构，一旦超过某一风速，离合器机构将使调节缆索54脱离并自由移动。太阳能收集器20可进一步包含用于当风来自阵列的面向太阳侧的后面时使阵列30转动的机构。一个实施例包含在阵列30的非面向太阳能侧上的所选缆索上增加薄的轻质材料或外皮，此与压缩元件28的一端上的鳍片相结合。这使太阳能收集器20就像将沿方位角转动并转动至风中的风标，从而不平衡区域效应将导致阵列30卷起。通过提供具有离合器机构的方位角电动机44，可出现由狂风引起的自动方位角转动。方位角缆索46可配置成一旦超过由风施加的某一力，便会自由移动。作为另外一种选择，可在固定方位角驱动系统(44、46及48)的臂57与管40之间设计离合器机构，从而当超过某一风力时，管40自由转动。

在某些实例中，可能不希望使太阳能收集器20水平卷起。例如，在出现大雪或大雹的区域，使太阳能收集器20水平卷起可能会导致损坏太阳能元件22。作为另外一种选择，太阳能元件22可配置成垂直卷起，使得太阳能阵列30的狭窄断面朝向风。在一个实施例中，可在太阳能阵列30的一个边缘上增加鳍片，以形成不平衡区域并使太阳能收集器能够起到风标的作用。鳍片可用以使太阳能阵列30的薄的断面能够指向风，使压缩元件28的长度垂直于风。如上所述，通过为方位角电动机44提供离合器机构，可出现由狂风引起的自动方位角转动。方位角缆索46可配置成一旦超过由风施加的某一力，便会自由移动。作为另外一种选择，可在固定方位角驱动系统(44、46及48)的臂57与管40之间设计离合器机构，使得当超过某一风力时，管40自由转动。

尽管在上文中定义了太阳能收集器20的基本结构和操作原理，但是在不背离本发明范围的情况下，可对各种组件作出改动。例如，如图9a至图9c所示，可使用几种不同类型的连接器。图9a显示正方形形式的连接器24，其在每一边缘中均具有狭槽以用于容纳每一太阳能元件22的角。连接器24可制作成两部件的形式：底层，具有用于容置太阳能元件22的角的凹槽；以及另一顶层，当利用扣件将所述顶层向下拉紧到适当位置时，所述顶层会将太阳能元件按压及锁入适当的位置。作为另外一种选择，在图9b中，连接器24可分别为十字架形状，具有用于容纳每一太阳能元件22的角及一部分边缘的狭槽。图9c进一步在连接器之间增加压缩元件58。压缩元件58可包含用于在阵列30的平面内调节压缩/张力的压缩调节器59。

如图10a、图10b及图10c所示，实例性连接器210可包含中央本体部212，用以如下文所述接收悬挂构件(例如，缆索及/或杆)。可围绕中央本体部212设置多个狭槽222。连接器210可由任何合适的材料形成。例如，连接器210可由例如聚氯乙烯等坚硬的塑料材料或例如不锈钢等金属材料形成。连接器210可通过例如模制、机加工或冲压等任何合适的制造技术形成。连接器210可被制造为一个整体单元或可由两部分形成，例如由前部214与后部216形成并然后例如通过夹子或套管218将前部214与后部216接合在一起。另外或作为另外一种选择，可将前部214与后部216焊接、胶合或以机械方式紧固在一起。

再次参照图5，围绕本体部212设置的多个狭槽222是用以啮合不同的个体太阳能元件22。狭槽的数量可取决于个体太阳能元件22的形状以及阵列20的配置。例如，如果个体太阳能元件22为正方形，则连接器210可包含围绕连接器210的中央本体部212设置的四个狭槽222。每一狭槽222可用以容置个体太阳能元件22的至少一部分。例如，每一个体太阳能元件22的角部可配合入狭槽222内，使得个体太阳能元件22牢固地容纳在狭槽222内，从而利用具有四个狭槽222的连接器210来组装例如四个个体太阳能元件22，其中每一个体太阳能元件22的角均设置在狭槽222中。可重复进行此种组装，以利用额外的连接器210来接合额外的个体太阳能元件22，直到构造出特定尺寸或特定数量的个体太阳能元件22的阵列20为止。

中央本体部212可用以容置悬挂构件，例如缆索26及/或杆26a。缆索26及/或杆26a可可操作地连接至中央本体部212。例如，中央本体部212可包含开口或孔220，缆索26及/或杆26a可插入开口或孔220中。可利用螺栓或其它合适的紧固机构，以在其插穿过孔220时紧固缆索26及/或杆26a。例如，杆26a或例如螺栓可插穿过孔220并通过螺帽或焊接而紧固于中央本体部212的任一侧上。在另一实例中，孔220可以是带螺纹的，且可将螺栓插入孔220中。之后，如本文所论述，可将缆索26附连至杆26a，以实现阵列30的悬挂。

作为另外一种选择，中央本体部212可包含锚定总成(图未示出)，用以容置和紧固缆索26及/或杆26a。例如，连接器210的中央本体部212的后侧或后部216可包含一个或多个具有开口或孔的突出部，缆索26及/或杆26a可环套在所述开口或孔中。可利用多个缆索26及/或杆26a来加强和稳定由多个个体太阳能元件22通过此种连接器210接合而构成的阵列30。

如图5所示的阵列30中所使用的，缆索26及/或杆26a朝阵列30的中心向连接器210施加压力。由于缆索26及/或杆26a向连接器210施加压力，因而阵列30中的多个连接器210将各个个体太阳能元件22紧固在一起而不需于连接器210与个体太阳能元件22之间使用机械扣件。这使得能够容易地更换受损的任何个体太阳能元件22并能够更快地组装或拆卸。

利用此种连接器210组装而成的阵列30可以是由个体太阳能元件构成的太阳能阵列，这些个体太阳能元件可以是反射性个体太阳能元件(例如反射镜)、光电元件或任何其它可用于太阳能收集器中的个体太阳能元件。作为另外一种选择，个体太阳能元件阵列可由多个液晶显示器(LCD)个体太阳能元件或等离子体(plasma)个体太阳能元件或任何其它可用以形成例如广告牌或电影银幕等图形显示器的个体太阳能元件构成。

可使用缆索26’及压缩元件28’来加强和稳定每一个体太阳能元件22本身，以形成可用于代替上述太阳能元件22的太阳能元件总成22’。还可利用加强及稳定过程来影响每一元件22的曲率。图11a及11b例示两个太阳能元件总成22’。每一太阳能元件总成22’本身充当个体太阳能收集器。太阳能元件总成22’包括太阳能元件22、缆索26’及压缩元件28’。压缩元件28’实质垂直于太阳能元件22设置。根据设计而定，压缩元件28’可设置于太阳能元件22的中心处、太阳能元件的边缘处或太阳能元件的中心与边缘之间的中间位置处。多对缆索26’自太阳能元件22的邻近太阳能元件边缘的相对侧连接，然后连接至压缩元件28’的相对侧。太阳能元件总成22’可进一步沿缆索26’所连接到的太阳能元件22的边缘包含框架60或框架段60’。根据设计而定，太阳能元件总成22’也可包含多对缆索26’及多个压缩元件28’。压缩元件可进一步包括两个分别位于太阳能元件22的相对侧上的单独压缩元件。

如果太阳能元件22为光电元件，则阵列30可用作完整的收集系统。然而，如果太阳能元件22为反射器，则需要使用太阳能接收元件来与收集阵列30一起形成完整的太阳能收集系统。接收元件可为光电元件，太阳辐射集中到所述光电元件上。作为另外一种选择，接收元件可为热敏元件(thermal element)，在热敏元件中，通过太阳的集中能量来加热材料或子系统。例如，可利用单一阵列系统来为家庭进行将水加热。另一方面，包含几十个或几百个阵列的多阵列系统可引导所有太阳能辐射来加热熔融的盐，从而驱动太阳能发电站。

本申请案中所定义的太阳能收集器20的关键方面是系统的多功能性与性能。首先，基本设计可以从具有几平方米的表面积的阵列放大到具有几百平方米的表面积的阵列，唯一的修改是个体组件的尺寸及所用组件的数量。第二，本发明提供一种减少支撑太阳能元件22所需的结构材料量的方法。这会显著地减小结构的重量与成本。减小用于支撑太阳能元件的结构的重量与成本还使得因系统的重量及惯性降低而使驱动机构及所需辅助组件的尺寸与成本减小。第三，本发明提供一种能以解体形式廉价地运输且易于在安装地点组装的结构。第四，所述结构可易于批量生产，从而进一步降低系统的成本。第五，本发明提供一种在制造期间或在安装地点改变系统的焦距的易行方法。最后，本发明提供一种允许容易地维护及更换关键组件的系统。

本发明所定义的太阳能收集系统可扩展应用于完整的电磁辐射(EMR)频谱。这可包括紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波及其它天文学应用。也可用以收集来自人工源的电磁辐射。根据电磁辐射的波长而定，太阳能元件20可包括用于收集或反射任何给定波长的辐射的电磁辐射元件。例如，在无线电波波长下，金属丝网是优良的反射器。太阳能系统20适用于需要大的面积来拦截和收集电磁辐射的任何应用。

本发明并不限于以上所描绘及说明的实施例，而是包括所有变体，尤其是那些关于用于形成太阳能收集器的太阳能元件的类型、个体太阳能元件的加强方式、个体太阳能元件的连接方式以及用于构成设备的材料类型的变体。以上说明书中的任何内容均不旨在将本发明限制为窄于随附权利要求书。所给出的实例仅旨在作为例示性而非排它性实例。其它实施例也处于权利要求书的范围内。例如，虽然将连接器例示及描述成一般为正方形并具有四个用以容置个体太阳能元件的角的狭槽，但是连接器可为任何形状并可具有任何数量的狭槽。连接器可为圆形或六边形并可具有呈六边形配置形式的六个狭槽，这些狭槽用以容纳三角形的个体太阳能元件。作为另外一种选择，连接器可具有两个狭槽，这些狭槽用以容置个体太阳能元件的侧部而非角部。类似地，虽然是描述太阳能个体太阳能元件及显示器个体太阳能元件，但是不同类型的个体太阳能元件也处于权利要求书的范围内。

Claims (57)

1.一种太阳能收集器，包括：

多个太阳能元件，相连接而形成阵列；

压缩元件，实质垂直于所述阵列设置，所述压缩元件包括箱形梁及杆；以及

多对缆索，自所述阵列的相对侧延伸至所述压缩元件，以用于稳定所述多个太阳能元件。

2.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，所述压缩元件穿过所述阵列。

3.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，所述压缩元件实质穿过所述阵列的中心。

4.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，每一对缆索均互助地稳定每一对缆索所连接到的所述阵列的那一部分。

5.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，每一对缆索中的张力均是可调的。

6.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，所述阵列是选自由平面阵列、球形阵列及抛物线阵列组成的群组。

7.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用以将所述阵列紧固到固定结构上的支撑结构。

8.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用于使所述阵列追踪太阳的移动的追踪机构。

9.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，每一太阳能元件均选自由EMR元件、反射镜及光电元件组成的群组。

10.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用以接受被所述阵列改向的太阳能辐射的太阳能接收元件。

11.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，所述箱形梁的横截面选自由正方形、矩形、圆形及椭圆形组成的群组。

12.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，所述箱形梁还包括至少一个固定连接器，其中所述多对缆索中的至少一对连接至所述固定连接器。

13.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，所述杆完全穿过所述箱形梁。

14.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于，所述箱形梁还包括前端板及后端板，其中所述杆附装至所述前端板。

15.如权利要求14所述的太阳能收集器，其特征在于，所述杆穿过所述前端板并延伸贯穿所述后端板。

16.如权利要求14所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括附装至所述后端板的短杆。

17.一种太阳能收集器，包括：

多个太阳能元件，相连接而形成阵列；

压缩元件，实质垂直于所述阵列设置；

箱形梁，实质垂直于所述阵列设置；以及

多对缆索，自所述阵列的相对侧延伸以用于稳定所述多个太阳能元件，其特征在于，每一对中的第一缆索延伸至所述压缩元件且每一对中的第二缆索延伸至所述箱形梁。

18.如权利要求17所述的太阳能收集器，其特征在于，所述箱形梁还包括前端板及后端板，其中所述压缩元件附装至所述前端板。

19.如权利要求18所述的太阳能收集器，其特征在于，所述压缩元件穿过所述前端板并连接至所述后端板。

20.如权利要求19所述的太阳能收集器，其特征在于，所述压缩元件延伸贯穿所述后端板且所述多对缆索中的至少一条缆索附连至自所述后端板延伸的所述压缩元件。

21.如权利要求18所述的太阳能收集器，其特征在于，所述箱形梁还包括自所述后端板延伸的第二压缩元件且所述多对缆索中的至少一条缆索附连至自所述后端板延伸的所述第二压缩元件。

22.一种太阳能收集器，包括：

多个太阳能元件，相连接而形成阵列；

压缩元件，实质垂直于所述阵列设置；以及

多对缆索，自所述阵列的相对侧延伸至所述压缩元件，以用于稳定所述多个太阳能元件；

其中所述阵列被配置成在狂风中卷起。

23.如权利要求22所述的太阳能收集器，其特征在于，所述阵列被配置成在狂风中卷起至水平位置。

24.如权利要求22所述的太阳能收集器，其特征在于，所述阵列被配置成在狂风中卷起至垂直位置。

25.一种太阳能收集器，包括：

太阳能元件，相连接而形成用于拦截太阳辐射的阵列；

压缩元件，实质垂直于所述阵列设置；以及

多对缆索，自所述阵列的相对侧延伸至所述压缩元件，以用于稳定所述太阳能元件。

26.如权利要求25所述的太阳能收集器，其特征在于，所述压缩元件穿过所述阵列。

27.如权利要求25所述的太阳能收集器，其特征在于，所述压缩元件实质穿过所述阵列的中心。

28.如权利要求25所述的太阳能收集器，其特征在于，每一所述缆索对均互助地稳定每一所述缆索对所连接到的所述阵列的那一部分。

29.如权利要求25所述的太阳能收集器，其特征在于，每一所述缆索对中的张力均是可调的。

30.如权利要求25所述的太阳能收集器，其特征在于，所述阵列是包含平面阵列、球形阵列及抛物线阵列的群组中的至少之一。

31.如权利要求25所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用以将所述阵列紧固到固定结构上的支撑结构。

32.如权利要求25所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用于使所述阵列追踪太阳的移动的追踪机构。

33.如权利要求25所述的太阳能收集器，其特征在于，每一所述太阳能元件均是包含EMR元件、反射镜及光电元件的群组中的至少之一。

34.如权利要求25所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用以接受被所述阵列改向的太阳能辐射的太阳能接收元件。

35.一种太阳能收集器，包括：

太阳能元件；

连接装置，用于连接所述太阳能元件以形成阵列；

压缩元件，实质垂直于所述阵列设置；以及

稳定装置，用于稳定每一所述太阳能元件，其中缆索在所述阵列与所述压缩元件之间延伸。

36.如权利要求35所述的太阳能收集器，其特征在于，所述压缩元件穿过所述阵列。

37.如权利要求35所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用于将所述阵列支撑至固定结构的装置。

38.如权利要求35所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用于使所述阵列追踪太阳的装置。

39.如权利要求35所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用于使所述阵列在狂风中卷起以将所述狂风的损坏影响降到最小的装置。

40.一种太阳能收集器，包括：

太阳能元件；

连接装置，用于连接所述太阳能元件以形成实质抛物线阵列；

压缩元件，沿所述抛物线阵列的单一反射对称轴设置；以及

稳定装置，用于稳定每一所述太阳能元件，其中缆索在所述抛物线阵列与所述压缩元件之间延伸。

41.如权利要求40所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括用于调节所述抛物线阵列的焦点的装置。

42.一种太阳能收集器，包括：

太阳能元件；

压缩元件，实质垂直于所述太阳能元件设置；以及

一对缆索，连接至所述太阳能元件的相对侧，其特征在于，所述一对缆索进一步连接至所述压缩元件，以加强所述太阳能元件。

43.如权利要求42所述的太阳能收集器，其特征在于，所述一对缆索用于稳定所述太阳能元件。

44.如权利要求42所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括自所述太阳能元件的所述相对侧连接至所述压缩元件的多个所述缆索对。

45.如权利要求42所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括多个所述压缩元件。

46.如权利要求42所述的太阳能收集器，其特征在于，还包括所述太阳能元件的边缘上的框架。

47.如权利要求42所述的太阳能收集器，其特征在于，每一所述缆索对均连接至所述太阳能元件的边缘。

48.如权利要求42所述的太阳能收集器，其特征在于，所述压缩元件的位置是包括以下位置的群组中的至少之一：所述太阳能元件的中心、所述太阳能元件的边缘、及所述太阳能元件的所述中心与所述边缘之间的中间位置。

49.如权利要求42所述的太阳能收集器，其特征在于，所述压缩元件包括分别位于所述太阳能元件的相对侧上的分离的两个压缩元件。

50.一种连接器，包括：

中央本体部，用以容置悬挂构件；以及

多个狭槽，围绕所述中央本体部设置，其特征在于，每一狭槽均用以容置太阳能元件的至少一部分。

51.如权利要求50所述的连接器，其特征在于，所述中央本体部包含前部及后部。

52.如权利要求51所述的连接器，其特征在于，所述前部与所述后部通过以下中的至少之一紧固在一起：一个或多个夹子、一个或多个套管、焊接、以及胶合。

53.如权利要求50所述的连接器，其特征在于，所述悬挂构件是缆索与杆其中之一或多个。

54.如权利要求50所述的连接器，其特征在于，所述狭槽用以容置太阳能元件。

55.一种连接器，包括：

中央本体部，具有前部及后部，其特征在于，所述前部与所述后部被配置成当所述前部与所述后部紧固在一起时，形成一个或多个围绕所述中央本体部设置的狭槽；以及

其中所述中央本体部包含孔，用以容置悬挂构件。

56.如权利要求55所述的连接器，其特征在于，所述前部与所述后部通过以下中的至少之一紧固在一起：一个或多个夹子、一个或多个套管、焊接、以及胶合。

57.如权利要求55所述的连接器，其特征在于，所述狭槽用以容置太阳能元件。

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