CN102027297A - 太阳辐射集中器 - Google Patents

Abstract

一种太阳辐射集中器，其包括具有孔的外壳和位于外壳内的线性延伸接收器，该孔被布置成允许入射太阳辐射进入。多个线性延伸的行聚焦、加载有张力的反射器元件与每个接收器相关联，并且被布置成向接收器反射进入外壳的入射太阳辐射，并且驱动机构位于外壳内并被布置成将太阳跟踪枢轴驱动传给反射器元件。公开了外壳配置，其中，利用孔限定的窗，提供太阳辐射的最大允许进入。

Description

太阳辐射集中器

技术领域

本发明涉及一种用于在集中太阳辐射中使用的集中器。本发明具有对各种可能类型的接收器的集中辐射的应用，所述各种可能类型的接收器包括被布置用于提供太阳能到热能的转换、太阳能到化学能的转换、以及太阳能到电能的转换的那些接收器。

背景技术

本发明所涉及类型的集中器(有时被称为平板集中器)通常用在屋顶和类似的这种应用中，并且为此目的，该集中器被构造成相对不引人注目的单元，该单元提供对入射太阳能的集成的集中和收集。

已开发了各种改良类型的平板集中器，以替选地并入透镜系统和线性槽型反射器系统，其中的一些已包含有静态收集器系统，而其中的其它已并入了动态(太阳跟踪)收集器系统。已开发了具体设计来提供太阳能到热能的转换，该转换一般包括对管型接收器内的水或其它流体的加热；以及太阳能到电能的转换，在后一情况下使用高性能光伏(photovoltaic，PV)电池。

具有与本发明相关背景的典型平板集中器是在依据作为Hines等人的受让人的、名称为Practical Instruments的公司所提出的国际专利申请第PCT/US2007/001159号的WIPO国际公布第2007/084517号中公开的一种集中器。所公开的太阳集中板包括多个平行隔开的、槽状的线性集中器模块，其中的每个带有PV电池的线性阵列。集中器模块具有槽壁，该槽壁被形成为向PV电池反射入射太阳辐射的轮廓(profile)，并且集中器模块被布置成被驱动以相对于支撑结构在枢轴上转动(pivot)，以跟踪太阳的明显移动。因此，在所公开的太阳集中板中、以及在本申请人所知道的所有其它线性平板集中器中，每个接收器(例如，以PV电池的线性阵列或流体导管的形式)由以槽状集中器模块的形式的单个折射器或单个反射器承载，从而与所述单个折射器或单个反射器相关联。

另外，已描述了大规模线性菲涅耳太阳能-热能收集器系统，并且针对用途相关的应用构造了该系统，并且其中，采用多个(地面安装的)枢轴反射器来实现提高的线性延伸接收器的辐射。然而，这样的系统在种类上与本发明所涉及类型的集中器不同。

发明内容

广义地讲，本发明提供了一种太阳辐射集中器，其包括：具有孔的外壳，该孔被布置成允许入射太阳辐射进入；位于外壳内的至少一个线性延伸接收器；以及多个线性延伸行聚焦反射器元件，其与接收器相关联并且被布置成向接收器反射进入外壳的入射太阳辐射。提供驱动机构以将枢轴太阳跟踪驱动传给反射器元件，并且对太阳辐射基本上透明的至少一个窗限定了外壳的孔。

集中器期望并入多个接收器，并且在本发明实施例之一中的发明由此可被定义为提供一种太阳辐射集中器，该集中器包括：具有孔的外壳，该孔被布置成允许入射太阳辐射进入；位于外壳内的多个横向间隔的线性延伸接收器；以及多个线性延伸行聚焦反射器元件，其与接收器中的相应接收器相关联并且被布置成向相应接收器反射进入外壳的入射太阳辐射。提供驱动机构以将枢轴太阳跟踪驱动传给反射器元件，并且对太阳辐射基本上透明的至少一个窗限定了外壳的孔。

在集中器部件(全部地)位于有盖的(即，有窗的)外壳内的情况下，保护各种部件(与上述大规模线性菲涅耳太阳能-热能收集器系统相反)免受风和其它不利的天气情形。这消除或者至少降低对清洁部件的要求，并且有利于采用轻重量(低惯性)的反射器元件。

依据要从集中器输出的能量的形式，接收器可选地采取各种形式。当例如需要太阳能到热能的转换时，接收器将采取导管的形式，通过该导管，油、水或其它热交换流体可在工作中通过。在该情况下，导管可选地涂覆有太阳选择性表面涂层，以增强对太阳辐射的吸收和/或降低IR辐射的发射。

当需要太阳能到电能的转换时，接收器可各自包括PV电池的线性阵列，例如以被紧固到线性延伸载体的PV晶片方块(dice)的形式。

如以上所指出的，依据输出功率要求，太阳集中器可选地并入任意期望数目的接收器。然而，在本发明的一个实施例中，集中器包括两个接收器，其中的每个可具有大约15mm到40mm的被照射(目标)宽度以及1000mm到4500mm范围内的长度。承载PV晶片方块的接收器通常可具有大约25mm的目标宽度，并且在太阳能-热能实施例的情况下，接收器通常可具有大约35mm的目标宽度。

每个反射器元件可包括热稳定模制的或制造的部件，该部件具有反射集中表面。然而，根据本发明的一个实施例的每个反射器元件期望包括具有横向集中轮廓的、加载有张力的反射金属元件。在该实施例中，可经由耦合构件将每个反射器元件的相对端连接到外壳的支撑结构或外壳内的支撑结构，通过该耦合构件，可将枢轴驱动从驱动机构传给反射器元件。可经由相关联的耦合构件向每个反射器元件施加张力加载。加载水平将部分地取决于给定反射器元件的横截面面积，但是其通常会在20Kg到60Kg的范围内，并且更通常地，包括足以在反射器元件中建立大约500N的张力的加载。

通过在端耦合构件之间以张力加载反射器元件，每个反射器元件将有效地以如下方式被支撑：其使得将沿着反射器元件的纵向范围保留反射器元件的横向集中轮廓。

每个反射器元件可选地包括层压金属结构，该层压金属结构具有狭长的反射器部件、狭长的支持部件以及间隔元件，该间隔元件被布置成使反射器部件具有横向集中轮廓。然而，每个反射器元件期望包括单层金属元件，其被辊轧形成(roll-formed)或挤压形成为具有所需的横向集中轮廓，例如，局部圆形或抛物线轮廓。

每个反射器元件可选地部分或全部由任何反射金属形成，并且例如可由具有镀银的或受过阳极化处理的反射表面的片铝或条铝形成。这样的反射器元件可具有0.05mm到2.0mm范围内的厚度。集中轮廓的尺寸(例如，曲率半径)将取决于集中器单元内的给定反射器元件与其相关联的接收器之间的距离。

纵向间隔的耦合构件可被安装到支撑结构的端壁或包括支撑结构的端壁以用于旋转，该耦合构件将每个反射器元件的相对端连接到支撑结构。另外，在本发明的一个实施例中，与至少一个端壁相关联的耦合构件关于端壁可轴向移动，以用于向反射器元件施加张力加载的目的。

每个耦合构件可包括两个夹钳部件，该夹钳部件被布置成收纳并夹钳到相关联的反射器元件的端区域。另外，夹钳部件可被形成为提供夹钳接口，该夹钳接口与相关联的反射器元件的集中轮廓匹配，由此在夹钳部件之间以及夹钳部件轮廓附近来维持轮廓，而与其预先形成无关。利用该布置，如果每个反射器元件由厚度基本上小于0.3mm的柔性金属条形成和/或如果反射器元件相对较短(大约1000mm或者更小)，那么可通过耦合构件、贯穿反射器元件的纵向范围在反射器元件上施加横向集中轮廓，而无需反射器元件预先形成。

作为自身以张力加载的反射器元件的替选，每个反射器元件可由一对加载有张力的线承载。在此情况下，反射器元件可被简单支撑在这对线上，或者线本身可包括层压的反射器元件结构的上述间隔元件。

在反射器元件的背景下，申请人根据对适用于具有圆形集中轮廓的反射器元件的半径灵敏图(radius sensitivity plot)进行的研究，确定随着大于或小于最佳曲率半径的曲率半径的变化，在反射器元件的光学性能中出现劣化。还确定反射器越宽(即，弦弯度越大)，曲率半径必须越精确，以使得类似于像散的像差的影响最小化。另一方面，给定反射器元件越接近其相关联的接收器，该像差的影响将越不显著，并且由此曲率半径将越不需要精确。作为另一显著的因素，由于给定反射器元件距其相关联的接收器的距离增加，所以曲率应该减小(即，曲率半径应该增加)，从而导致可能增加类似像散的影响。本发明在其一个方面设法调节这些各种因素，其中的一些因素是相互抵触的，因此在本发明的一个实施例中，与给定接收器相关联的相应反射器元件可被形成为具有随着反射器元件距接收器的距离增加而增加的曲率半径、以及随着反射器元件距接收器的距离增加而减小的弦宽度。

在集中器的太阳能-热能实施例的情况下，其中，接收器目标宽度可相对较大；例如可为每个接收器提供五到十个反射器元件，依据集中器外壳的尺寸，所有的反射器元件具有60mm到75mm范围内的共同弦宽度以及600mm到900mm范围内的共同曲率半径。在集中器的太阳能-PV实施例的情况下，可为每个接收器提供更大数目的反射器元件(例如，十到十二个)，其中，反射器元件具有随着距相关联的接收器的距离而减小的弦宽度(例如从大约60mm到大约35mm)、以及随着距相关联的接收器的距离而增加的曲率半径。

如上定义的集中器的工作中的各种因素可导致意图从反射器元件反射到接收器中的相关联的接收器的辐射偏离目标(off-target)移动。例如，反射器驱动与入射辐射的改变角之间的同步的损耗可促成被反射辐射的偏离目标移动，同样可促成反射器元件的端到端扭曲，并且根据集中器的一个实施例的系统可被用于校正这样的跟踪问题。

因此，集中器可并入反射器跟踪系统，其被布置用于检测被反射辐射的偏离目标移动以及实现对反射器驱动机构的正中目标(on-target)恢复驱动控制。该系统可采取各种形式，并且可包括例如光电检测器装置和控制器，其中，该光电检测器装置在多接收器的集中器的情况下被定位为分别邻近至少一个接收器的第一和第二个沿，该控制器连接在光电检测器装置和反射器驱动机构之间。在集中器的该实施例中，控制器将被布置用于检测来自第一或第二光电检测器装置的信号，表示偏离接收器目标的被反射辐射的移动，因而向反射器驱动机构提供正中目标恢复信号。替选地，在太阳能-热能集中器的情况下，可采用温度传感器来监测接收器的温度或者流经接收器的热交换流体的温度，其中相关联的控制器被布置用于提供所确定的对反射器驱动机构的反馈控制，以维持接收器处的预定(通常为最大)温度水平。可在每个接收器的每端附近进行温度监测，并且在这样做时，可对相关联的反射器元件的端到端扭曲进行检测。

在太阳能-电能集中器的情况下，可从对来自PV阵列的输出功率的测量而得到对反射器驱动机构的正中目标控制。被反射辐射的偏离目标移动将以输出功率从预定水平的下降来表示，其中控制系统提供反射器驱动机构的反馈控制，以建立接收器的正中目标辐射以及预定输出功率水平的维持。

在具有两个接收器的集中器的情况下，在集中器中可选地并入四个反射器驱动机构，与每个接收器相关联的反射器元件的每端有一个。于是，在检测到反射器元件的端到端扭曲的情况下，可对驱动机构之一进行补偿调整。为此目的，针对与每组反射器元件相关联的两个驱动机构可采用单个控制器，或者针对各个驱动机构可采用单独的控制器。

次级反射器可被定位为邻近每个接收器，并且可被配置成提供以下功能的一个或另一个(或者全部)：

1.使得接收器照射的面积最大化。

2.消除或最小化对接收器的暗侧的绝缘的要求。

3.增加照射辐射的捕获面积。

因此，次级反射器元件可被定位为邻近接收器，或者如果多于一个，则可被定位为邻近每个接收器，并且该次级反射器元件可被形成为用于向相关联的接收器反射入射在次级反射器上的偏离目标辐射的轮廓，或者否则被布置成向相关联的接收器反射入射在次级反射器上的偏离目标辐射。

另外，(初级)反射器元件的集中轮廓可以以如下方式选择：其致使被反射辐射在次级反射器附近散焦，以改进入射在接收器上的辐射的通量分布的不均匀性。

在集中器的一个实施例中，外壳包括覆盖部，其中可设置三个窗以限定集中器的孔。因此，上窗和相对定位的侧窗可被设置在覆盖部内，其中使每个侧窗倾斜，以与上窗形成105°到165°范围内的夹角。覆盖部在使用中被安装到集中器单元，使得上窗将允许太阳辐射从顶上进入，其中当接收器大致在北南方向上延伸时(通常会是此情况)，相对的侧窗大致在东向和西向上面对。

在侧窗如上所定义地倾斜的情况下，可实现太阳辐射的最大允许进入，并且与否则是更长方形的外壳覆盖构造相比可实现四重好处。位于集中器外壳的侧面附近的接收器的阴影被最小化，邻近的集中器单元可被更接近地定位而不会在低太阳角度时产生阴影，增加了覆盖部以及因而作为整体的外壳的结构强度，并且在审美水平上实现了更强的视觉流线化(visual streamlining)。

两个侧窗可选地倾斜以与上窗形成不同的夹角，但是期望两个侧窗均倾斜相同的程度，并且最期望每个均与上窗形成大约150°的夹角。因此，两个侧窗所对的夹角最期望是大约120°。

上窗和侧窗期望由玻璃形成，但是也可采用其它透光材料。玻璃最期望涂覆有防反射涂层并且具有3mm到5mm范围内的厚度。

接收器可例如通过覆盖部的骨架的元件而可选地容纳在覆盖部内。

为了最佳性能，太阳集中器通常将被安装到支撑结构(例如，建筑物屋顶)，其中接收器和反射器在北南方向上定向，并且该太阳集中器将被倾斜(由其地理位置的纬度所确定的角度)，以在其位于北半球的情况下面向大致南向，或者在其位于南半球的情况下面向大致北向。然而，在如所述的情形下，集中器可被水平安装并且可通过将接收器和反射器在东西方向上定向而被安置。无论其可被安装到何处或者如何安装；在低太阳角度的情况下，阴影带将出现在太阳集中器的一端，在太阳集中器安置于北半球的情况下出现在南端，在太阳集中器安置于南半球的情况下出现在北端，并且在太阳集中器利用反射器元件在东西方向上定向而被安置的情况下出现在两端。

通过最大化覆盖部的窗面积和/或通过最小化外壳的基部的端壁的高度，可最小化阴影带。然而，在集中器的一个实施例中，通过将外壳内的固定反射器在外壳的低角度照射端或两端置于适当位置以向接收器反射进入外壳的入射低角度太阳辐射，其还可以是相反的(countered)。固定反射器有效地起到增加在外壳的低角度照射端被反射到接收器的辐射量的作用，并且因此补偿在集中器的另一端的阴影。

当太阳集中器在北南定向并且位于北半球时，关于外壳的“低角度照射端”在这里表示外壳的北端，当太阳集中器在北南定向并且位于南半球时，其表示外壳的南端，并且在东西定向的集中器的情况下，其表示外壳的东西两端。另外，关于“低角度太阳辐射”在这里表示在低太阳角度的情况下(即，在低太阳高度的情况下)出现并且结果导致阴影带的太阳辐射。

为了进一步对上述类似像散的像差产生作用，每个反射器元件的焦距f可被选择为满足关系f＞d，其中，d等于反射器元件与相关联的接收器之间的主轴的长度。选择每个反射器元件的焦距以满足上述条件将部分取决于反射器元件的轮廓，例如取决于反射器元件具有圆形集中轮廓还是抛物线集中轮廓。在具有圆形集中轮廓的反射器元件的情况下，反射器元件的焦距被确定为f＝r/2，其中r是反射器元件的曲率半径，并且因此曲率半径可被增加到满足前述关系f＞d。例如针对给定集中水平，可得到焦距为f＝1.05d到f＝1.15d。

经由线性电机和滑动(motor-and-slide)驱动布置，可将枢轴太阳跟踪移动传给反射器元件，并且可使用太阳角度的阴影带检测以传统方式来控制单个轴跟踪。

根据对太阳集中器的说明性实施例的各个方面的以下描述，将更全面地理解本发明。经由示例并且参照附图来提供描述。

附图说明

图1示出了完整太阳集中器单元的透视图，但是省略了到可包括常规的外部热交换和/或电路的集中器单元的外部连接，

图2A以放大比例示出了如在剖面2-2的方向看到的集中器的覆盖部的部分的剖面视图，其中“PV”接收器组件被安装到覆盖部的骨架元件，

图2B示出了与图2A类似的视图，但是其中“热”接收器组件被安装到覆盖部的骨架元件，

图3示出了集中器外壳的透视图并且示出了外壳的覆盖部的上窗和侧窗的角度关系，

图4示出了如在图1中示出的剖面4-4的方向上看到的、位于集中器内的接收器组件和反射器元件的局部示意端部视图，

图5示出了还是在图1中示出的剖面4-4的方向上看到的、一组十个反射器元件和相关联的接收器的示意端部视图，

图6示出了十个反射器元件的组件(同样将与一个接收器组件相关联)和在反射器元件的一端的相关联的驱动机构的部分的透视图，

图7示出了反射器元件的一端和从图6中示出的组件的端壁移除的耦合构件的透视图，

图8提供了适合在集中器中使用的反射器跟踪/控制系统的示意表示，以及

图9示出了集中器外壳的基部和位于基部内的固定反射器的侧视图，该视图在图1中示出的剖面11-11的方向上得到。

具体实施方式

如图1所示，太阳集中器包括外壳10，其具有基部11和覆盖部12。覆盖部具有由三个窗(上窗13以及侧窗14和15)限定的大致矩形孔(当从上观看时)。上窗和侧窗由对太阳辐射透明的材料形成，通常为具有大约3mm到5mm厚度的玻璃。覆盖部的端板16也可由玻璃形成，或者替选地由半透明或不透明材料形成。包括覆盖部12的完整外壳10通常可具有大约如下的尺寸：2.50m到4.5m的长度(北南)、1.0m到3.0m的宽度(东西)以及0.3m到0.4m的高度。

外壳覆盖12包括骨架结构17，图2A和2B中仅示出了其部分，窗13到15被紧固到该骨架结构17。可选地由单独的金属挤出件制成的骨架结构17被成形，使得侧窗14和15以与上窗13的(水平)平面成角度α地倾斜，并且使每个侧窗倾斜以与上窗13形成夹角δ(如图3所示)。角度δ处于105°到165°的范围内，并且最期望为大约150°。因此，角度α处于15°到75°的范围内，并且最期望为大约30°。

可选地使两个侧窗14和15倾斜，以与上窗13形成不同的夹角δ和δ¹。然而，侧窗期望以相同的角度倾斜，并且因此两个侧窗所对的夹角期望为大约120°。

使用中，通常将外壳10安装到支撑结构(例如建筑物屋顶)以在北南方向上纵长延伸。

两个平行线性延伸的接收器组件18安装在外壳内，并且位于覆盖部12的上窗和相应侧窗的顶点附近。当集中器在原处并且接收器组件18在东西方向上被横向隔开时，接收器组件18在北南方向上线性延伸。

如先前所指出的，依据输出的性质，对于不同类型的集中器，接收器组件18可采取不同的形式。图2A示出了适合于意图提供太阳能到电能转换的集中器的接收器组件的端部视图，并且图2B示出了适合于意图提供太阳能到热能转换的集中器的接收器组件的端部视图。

如图2A所示，接收器18包括纵向延伸的狭长基板19，在其上在基板的纵向方向上排列有多个PV晶片方块20。晶片方块20被布置成在使用中暴露于被反射的太阳辐射之下，并且在方块的后侧与位于基板19上的母线之间进行电气连接(未示出)。导热且不导电的涂层材料介于母线与基板19之间。虽然未示出，但是基板和晶片方块可以以环氧树脂封装并且可位于玻璃覆盖之后。

在Krauskopf等人于2008年10月31提交的并随后转让给本申请人的美国临时专利申请第61110109号中公开了适合于在本发明的集中器中使用的类型(并且具有晶片方块的线性阵列)的PV接收器。

金属导管21以热接触的方式安装到基板19的背面，金属导管21容纳在覆盖的骨架部分17的北南延伸部分的纵向延伸通道22内。在两个横向间隔的接收器组件18中的导管21串联连接，并且在使用中携带热交换流体(从外部回路)，该热交换流体被用来将PV方块维持在适当的工作温度。依据在任何给定应用中采用的热交换流体的类型(例如，油或水)和工作温度，导管21可由铜或镀有黑铬的钢构成。

未被导管21占据的通道22的区域用绝缘材料23填充。另外，通道22之上的空间17a由环氧树脂占据，该环氧树脂被用来保持窗玻璃，并且在通过间隔物17b设置的同时保持环氧树脂。

向下突出、纵向延伸的金属侧壁24形成接收器组件的下通道的侧面，并且还起到针对被反射辐射的次级反射器的作用，该被反射辐射否则将溢出、偏离目标而到PV晶片方块阵列的侧面。

虽然以上在太阳能到电能转换的背景下描述了接收器组件18，但是对于太阳能到热能的转换，可采用相同的接收器结构但是其中省略了PV晶片方块，作为对图2B所示的接收器组件的替选。

如图2B所示的接收器组件18包括金属导管25，其容纳在覆盖的骨架部分17的北南延伸部分的纵向延伸通道22内。还是在本实施例中，在两个横向间隔的接收器组件18中的导管25串联连接，但是在使用中它们携带要在下游热传递处理中外部采用的热交换流体。每个接收器组件中的导管25直接暴露于被反射的太阳辐射之下，并且还在本实施例中，依据热交换流体的类型和工作温度，导管21可由铜或镀有黑铬的钢形成。

纵向延伸的通道状次级反射器26位于导管25之后的通道22内，并且在使用中被用来向导管反射太阳辐射，该太阳辐射否则将溢出、偏离目标而到导管的侧面。本实施例中的次级反射器在几何结构上被形成为两个局部抛物线部分27，其沿着中央纵向延伸的尖点(cusp)28互连。

如图4到6所示，一组十个线性延伸的行聚焦反射器元件30与集中器外壳10内的两个接收器18中的每个相关联并且位于两个接收器18中的每个之下，并且两组的反射器元件30被布置成向相应的接收器18向上反射通过外壳覆盖12的透明顶窗和侧窗13到15的入射太阳辐射。每组反射器元件30可包括四个到十二个之间的(如图所示，更通常为十个)单独反射器元件30，单独反射器元件30被支撑用于东西方向上的枢轴(太阳跟踪)移动。四个驱动机构31(如下所述)位于外壳10内，每组反射器元件30的每端有一个驱动机构31以用于将枢轴驱动传给反射器元件。

每个反射器元件30具有与其相关联的接收器18大致相同的长度，并且每个反射器元件具有局部圆形的集中轮廓，但是也可采用其它集中轮廓，例如局部抛物线集中轮廓。可通过辊轧成形或挤压成形操作来施加集中轮廓。

在局部圆形的集中轮廓的情况下，可使反射器元件的曲率半径在组的范围内最优化(如果目标宽度足够大)，或者在另一实施例中，可通过给定反射器元件与其相关联的接收器之间的距离来确定；但是通常可以是大约200mm到700mm。

每个反射器元件30由片铝或条铝形成，通常具有大约0.30mm的厚度，并且其设置有镀银的或受过阳极化处理的上反射表面。反射器元件可由以商标Alanod出售的材料形成。

每个反射器元件30通常将具有45mm到70mm范围内的宽度，并且如以下关于图5所述，在集中器的一个实施例中，与相应的接收器18相关联的反射器元件的曲率半径和弦宽度均可根据反射器元件距相应的接收器的距离而变化。

图5示出了十个反射器元件30与每个接收器18相关联的布置。与每个接收器组件相关联的反射器元件具有随着反射器元件距接收器组件的距离而增加的曲率半径、以及随着反射器元件距接收器组件的距离而减小的弦宽度。各个反射器元件30的曲率半径在这样的情况下将取决于反射器元件距相关联的接收器组件18的距离，并且各个反射器元件可具有随着远离接收器而从大约60mm减小到大约35mm的弦宽度。因此，例如，两个中心反射器元件30a可具有58mm的弦宽度，每侧的两个最外的反射器元件30b可具有38mm的弦宽度，并且两个中间反射器元件30c的两组可具有48mm的弦宽度。

图6示出了十个反射器元件30的单个组(同样可与单个接收器18相关联)，并且如图6和7所示，外壳10内的每个反射器元件30在纵向间隔的耦合构件32之间延伸，耦合构件32将每个反射器元件的相对端连接到外壳10的基部11内的固定端壁33。驱动机构经由耦合构件32将枢轴运动传给反射器元件30，并且再经由耦合构件在每个反射器元件上施加张力负载。

反射器元件30以张力被加载到20Kg到60Kg范围内的水平，并且如先前所阐述，在纵向间隔的耦合构件32之间以张力加载反射器元件的结果是，每个反射器元件有效地以如下方式被支撑：其使得沿反射器元件的纵向范围保留反射器元件的横向集中轮廓。

纵向间隔的耦合构件32被安装到相应的端壁33以用于旋转，并且每个耦合构件32关于端壁33可轴向移动以用于以张力加载相关联的反射器元件并且根据需要调整张力负载的目的。

每个耦合构件32包括两个夹钳部件34和35，它们被布置成收纳并夹钳到相关联的反射器元件30的端区域。另外，夹钳部件被加工为具有提供夹钳接口36的轮廓，夹钳接口36与相关联的反射器元件的集中轮廓匹配。因此，在夹钳部件之间以及在其附近维持轮廓，而与其预先形成无关。

耦合构件32的旋转致使枢轴运动传给反射器元件30，并且从夹钳部件34的盘状部分38向后延伸的转向轴(stub axle)37突出穿过端壁33。以推力轴承(未示出)带动每个耦合构件32的轴37，以调节通过对反射器元件30的张力加载而施加在耦合构件32上的张力。

通过驱动机构31的线性步进电机39，以每分钟0.125°的太阳(明显)行进速率，太阳跟踪枢轴驱动被传给在每组反射器元件30的相对端的所有耦合构件32。来自电机的线性输出运动被传给线性滑动型致动器40，并且线性致动器40的平移运动通过枢轴链接41而作为旋转运动传递到所有耦合构件32(耦合构件32一致地运动)。枢轴链接经由从耦合构件向后突出的链接销(pin)42将线性致动器40和耦合构件32互连。

如图6所示的驱动机构31在每组反射器元件30的两端被复制，以使反射器元件的扭矩扭转的风险最小化。即，如在图8中示意性地示出的，两个纵向间隔的驱动机构31a和31b耦合到与每个接收器18相关联的反射器元件30的组并作用于该反射器元件30的组，并且电同步系统45被用来链接两个驱动机构31a和31b中的每个。

温度传感器44(例如以热电偶器件的形式)位于每个接收器18的每端附近(但是向内与其分隔)，并且被用来协助驱动机构31a和31b同步。传感器44及其相关联的电路(未示出)也可被用来通过控制反射器元件30的定位来协助反射器元件对接收器的正中目标跟踪，以维持每个接收器处的最大温度水平。

虽然未示出，但是也可提供感测电路，以检测任何过温操作以及用于在不利操作条件的情况下启动反射器元件的偏离接收器旋转。此外，可提供电子开关(未示出)，以实现在故障情形下的反射器元件偏离太阳的旋转或者允许维护操作。

如上所述，依据太阳集中器单元的位置和取向，在低太阳角度的情况下，阴影带可出现在太阳集中器10的一端或另一端或两端；例如，在安置于北半球的太阳集中器的情况下，出现在南端。未出现阴影带的集中器的端在这里被称为“低角度照射端”。

图9示出了反射器布置，其提供对阴影带的补偿，并且其中固定的镀银铝反射器45位于外壳10的基部11的低角度照射端46。固定反射器45被布置并被定位成向接收器18反射朝着端46进入外壳结构的入射低角度太阳辐射，并且依据固定反射器45和接收器18的相对位置，低角度太阳辐射可直接从固定反射器45或者通过从枢轴反射器30再反射而被反射(在纵向方向上)到接收器18。因此，固定反射器45有效地起到增加在外壳10的低角度照射端46被反射到接收器18的辐射量的作用，并且补偿在太阳集中器的另一端的阴影。

在不背离所附权利要求的范围的情况下，可对如上所述的本发明的实施例进行变化和修改。

Claims (38)

1.一种太阳辐射集中器，其包括：

具有孔的外壳，所述孔被布置成允许入射太阳辐射进入，

位于所述外壳内的至少一个线性延伸接收器，

多个线性延伸行聚焦反射器元件，其与所述接收器相关联并且被布置成向所述接收器反射进入所述外壳的入射太阳辐射，

驱动机构，其被布置成将枢轴驱动传给所述反射器元件，以及

限定所述外壳的所述孔的至少一个窗，其对太阳辐射基本透明。

2.一种太阳辐射集中器，其包括：

具有孔的外壳，所述孔被布置成允许入射太阳辐射进入，

位于所述外壳内的多个横向间隔的线性延伸接收器，

多个线性延伸行聚焦反射器元件，其与所述接收器中的相应接收器相关联并且被布置成向所述相应接收器反射进入所述外壳的入射太阳辐射，

驱动机构，其被布置成将枢轴驱动传给所述反射器元件，以及

限定所述外壳的所述孔的至少一个窗，其对太阳辐射基本透明。

3.如权利要求2所述的集中器，其中，所述外壳包括覆盖部，所述覆盖部具有限定所述外壳的所述孔的三个所述窗，即上窗和相对的侧窗，当所述集中器被定向为使得所述接收器在北南方向上延伸时，所述上窗和相对的侧窗在所述集中器的使用中分别被布置成允许太阳辐射从顶上以及从东向和西向进入。

4.如权利要求3所述的集中器，其中，各个侧窗倾斜，以与所述上窗形成105°到165°范围内的夹角。

5.如权利要求3所述的集中器，其中，各个侧窗倾斜，以与所述上窗形成大约150°的夹角。

6.如权利要求3至5中任一项所述的集中器，其中，所述覆盖部包括其上安装有所述窗的骨架金属框架部分。

7.如权利要求2所述的集中器，其包括两个所述接收器，其中，每个所述接收器被布置成携带热交换流体，所述热交换流体在所述集中器的使用中通过来自太阳辐射的能量交换而被加热。

8.如权利要求7所述的集中器，其中，所述接收器位于所述外壳的覆盖部内，并且安装有所述窗的骨架金属框架的两个平行的、间隔开的线性延伸构件的每个安装有一个所述接收器。

9.如权利要求8所述的集中器，其中，每个接收器包括导管，所述导管位于所述骨架金属框架的所述线性延伸构件之一的纵向延伸通道部分内。

10.如权利要求9所述的集中器，其中，次级反射器元件位于每个所述接收器附近，并且被布置成向所述相关联的接收器反射入射在所述次级反射器上的辐射。

11.如权利要求10所述的集中器，其中，所述次级反射器位于所述骨架金属框架的所述线性延伸构件的所述通道部分内。

12.如权利要求11所述的集中器，其中，所述次级反射器被形成为通道形的元件，所述通道形的元件包括沿着中央纵向延伸的尖点互连的两个局部抛物线部分。

13.如权利要求2所述的集中器，其包括两个所述接收器，其中，每个所述接收器包括由线性延伸载体承载的光伏PV电池的线性阵列，

14.如权利要求13所述的集中器，其中，所述接收器位于所述外壳的覆盖部内，并且安装有所述窗的骨架金属框架的两个平行的、间隔开的线性延伸构件的每个安装有一个所述接收器。

15.如权利要求14所述的集中器，其中，每个接收器包括导管，所述导管位于所述骨架金属框架的所述线性延伸构件之一的纵向延伸通道部分内，其中，所述导管被安装成与所述线性延伸载体热传导接合，并且其中，所述导管能连接到冷却剂流体的源。

16.如权利要求15所述的集中器，其中，次级反射器元件被定位为邻近每个所述接收器，并且被布置成向所述相关联的接收器反射入射在所述次级反射器上的辐射。

17.如权利要求2至16中任一项所述的集中器，其中，两组所述反射器元件位于所述外壳内，每个所述接收器关联有一组所述反射器元件，并且其中，每组反射器元件被设置成向所述相关联的接收器向上反射进入所述外壳的入射太阳辐射。

18.如权利要求17所述的集中器，其中，每组反射器元件包括四到十二个之间的单独反射器元件。

19.如权利要求18所述的集中器，其中，每个反射器元件包括反射金属元件，所述反射金属元件具有0.05mm到2.00mm范围内的厚度。

20.如权利要求18所述的集中器，其中，每个反射器元件具有大约0.3mm的厚度。

21.如权利要求19或权利要求20所述的集中器，其中，每个反射器元件由具有镀银的或受过阳极化处理的反射表面的铝构成。

22.如权利要求1至21中任一项所述的集中器，其中，每个反射器元件包括以横向集中轮廓形成的单层金属元件。

23.如权利要求1至21中任一项所述的集中器，其中，每个反射器元件包括以横向大致圆形的集中轮廓形成的单层金属元件。

24.如权利要求1至23中任一项所述的集中器，其中，每个反射器元件包括加载有张力的金属反射器元件。

25.如权利要求24所述的集中器，其中，每个反射器元件经受20Kg到60Kg范围内的张力加载。

26.如权利要求19至25中任一项所述的集中器，其中，每个反射器元件的线性间隔的端部经由纵向间隔的耦合构件而连接到所述外壳内的支撑结构，通过所述耦合构件，在使用中将枢轴驱动从所述驱动机构传给所述反射器元件。

27.如权利要求26所述的集中器，其中，所述纵向间隔的耦合构件被安装到所述支撑结构以用于旋转。

28.如权利要求27所述的集中器，其中，与所述支撑结构的至少一个相关联的所述耦合构件关于所述支撑结构可轴向移动，以向所述反射器元件施加张力加载。

29.如权利要求26至28中任一项所述的集中器，其中，每个耦合构件包括两个夹钳部件，所述夹钳部件被布置成收纳并夹钳到所述相关联的反射器元件的端部。

30.如权利要求29所述的集中器，其中，所述夹钳部件被加工为具有提供夹钳接口的轮廓，所述夹钳接口与所述相关联的反射器元件的集中轮廓匹配。

31.如权利要求26至30中任一项所述的集中器，其中，所述驱动机构被布置成在使用中将枢轴驱动传给在每组所述反射器元件的相对端的所有耦合构件。

32.如权利要求31所述的集中器，其中，所述驱动机构包括在每组反射器元件的每端的线性步进电机和线性致动器。

33.如权利要求32所述的集中器，其中，所述线性步进电机被布置成实现所述线性致动器的平移运动，并且经由所述线性致动器来实现所述耦合构件的旋转运动。

34.如权利要求17至33中任一项所述的集中器，其中，与每个接收器相关联的所述反射器元件被形成为具有随着所述反射器元件距所述接收器的距离增加而增加的曲率半径、以及随着所述反射器元件距所述接收器的距离增加而减小的弦宽度。

35.如权利要求17至34中任一项所述的集中器，还包括与每个所述接收器相关联的反射器跟踪系统，所述反射器跟踪系统被布置用于检测被反射辐射的偏离目标移动，以及用于实现对反射器驱动机构的正中目标恢复驱动控制。

36.如权利要求35所述的集中器，其中，所述反射器跟踪系统包括位于每个所述接收器的每端附近的温度传感器。

37.如权利要求2至36中任一项所述的集中器，其中，固定反射器在所述外壳内位于所述外壳的相对端，并且所述固定反射器被定位成向所述接收器反射在使用中进入所述外壳的入射低角度太阳辐射。

38.如权利要求2至36中任一项所述的集中器，其中，固定反射器在所述外壳内位于所述外壳的低角度照射端，并且所述固定反射器被定位成向所述接收器反射在使用中进入所述外壳的入射低角度太阳辐射。

Images