CN102084193A - 太阳能集中器背板 - Google Patents

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CN102084193A CN2009801210593A CN200980121059A CN102084193A CN 102084193 A CN102084193 A CN 102084193A CN 2009801210593 A CN2009801210593 A CN 2009801210593A CN 200980121059 A CN200980121059 A CN 200980121059A CN 102084193 A CN102084193 A CN 102084193A
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Abstract

本发明提供了太阳能集中器背板。本发明是用于太阳能集中器阵列的成型的背板。背板具有在其底面上一体地形成的凹陷部，以放置太阳能集中器模块。凹陷部与连接槽一起提供了可以支撑太阳能集中器的阵列的结构。可选的加强件可以连接到背板以提供额外的结构刚度，并且支撑用于阵列的前面板。

Description

太阳能集中器背板
技术领域
本申请涉及太阳能集中器背板。
本申请要求2008年6月5日递交的题为“Solar Concentrator Backpan”的美国专利申请序列No.12/134,172的优先权，通过引用将其结合于此，通过引用将其结合在这里，使得出于全部目标而将其全部写在本申请中。
背景技术
太阳能集中器是提高将太阳能转换为直流电的效率的太阳能发生器。本领域中公知的太阳能集中器例如使用抛物面反射镜和菲涅尔透镜来聚焦进入的太阳能，并且用定日镜来跟随太阳的运动，用以使光线照射量最大化。题为“Concentrator Solar Photovoltaic Array with Compact Tailored Imaging Power Units”的美国专利公开No.2006/0266408中公开的另一种太阳能集中器使用面板来允许太阳能进入装置，具有主镜和副镜以使太阳能通过非成像集中器反射并聚焦到太阳能电池上。该集中器系统中的太阳能电池的表面面积远小于非集中系统所需要的，例如小于整个窗口表面面积的1％。这样的系统由于太阳光的经聚焦的强度而具有将太阳能转换为电能的高效率，并且还由于减小了昂贵的光电池的表面面积而降低了成本。
在题为“Multi-Junction Solar Cells with an Aplanatic Imaging System and Coupled Non-Imaging Light Concentrator”的美国专利公开No.2006/0207650中公开了类似种类的太阳能集中器。该申请中公开的太阳能集中器设计使用固体光学器件，其主镜形成在其底面上并且副镜形成在其上表面中。太阳能辐射进入固体光学器件的上表面，从主镜表面反射到副镜表面，并随后进入将光线输出到光电太阳能电池的非成像集中器。
这种类型和其它类型的太阳能集中器一般组装成阵列以用于以商业水平产生能量。阵列可以放置在外壳中，用于保护太阳能集中器模块免受环境影响并用于对阵列的运输和安装提供结构支撑。用于太阳能集中器的外壳一般成为平底后面板的形式以在玻璃前板覆盖顶部来传递光线并闭合外壳的状态下保持阵列的部件。因为该盒形后面板或“背板”提供了易于加工的简单设计，因此很少会有动机绕开它们的使用。标准的平坦背板对于太阳能集中器阵列成本有效、提供充足的结构支撑，并且提供充分的气候抵御性。然而，还存在一个潜在的机会，形成不仅提供结构支撑和保护而且为太阳能集中器阵列的操作提供功能和加工优势的背板。
发明内容
本发明是用于太阳能集中器阵列的成型的背板。背板具有在其底面上一体地形成的凹陷部，以放置太阳能集中器模块。凹陷部与连接槽一起提供了可以支撑太阳能集中器的阵列的结构。可选的加强件可以连接到背板以提供额外的结构刚度，并且支撑阵列上方的前面板。在一个实施例中，背板具有圆形凹陷部并且可以用作太阳能集中器阵列的散热器。
附图说明
现在将详细参照所公开的发明的实施例，在附图中示出了一个或多个示例，其中：
图1是本领域公知的示例性平坦背板的立体图；
图2示出了本发明的背板的示例实施例；
图3示出了安装在图2的背板中的太阳能集中器单元的截面图；
图4示出了具有加强件的图2的背板；
图5提供了示例性加强件的立体图；并且
图6是本发明的背板的另一个实施例的部分立体图。
具体实施方式
图1示出了一般的平底背板装置100，其在本领域中公知用于包装太阳能集中营阵列。背板装置100包括平的背板110、横杆120和可选的间隔棒130。在使用中，太阳能集中器模块的阵列安装到背板装置100中，并且前玻璃板放置在阵列和背板110上以包围阵列。背板110的平底设计易于加工并从而具有低成本。简单地通过采用微小的加工变化来改变安装孔的位置，平面还允许容纳各种太阳能集中器布局和设计的灵活性。
使背板的重量最小化提供了包括材料成本和处理问题的不同的好处。阵列的尺寸越大，例如一平方米或更大的数量级，背板110的重量越成为设计中的重要因素。尽管可以使用例如铝的轻质量材料以限制背板110的重量，但是该材料可能不能提供足够的强度以支撑太阳能模块的整个阵列。为了提高背板装置100的结构完整性，使用更高强度金属(例如钢)的横杆120。由于横杆120由与背板110不同的金属材料制成，必需使用紧固件或其它机械装置来将横杆120连接到背板110。因此，背板装置100所需要的最小数目的部件包括背板110、多个横杆120和许多紧固件。被插入以帮助支撑前面板的重量的可选的间隔棒130为背板装置100增加了更多的部件。
在图2的立体图中示出了本发明的成型的背板200。背板200具有侧壁210、底面220、一体地形成在底面220中的凹陷部230以及连接相邻的凹陷部230的槽240。可以增加可选的间隔棒250以支撑前面板(未示出)，并且可以增加可选的安装孔260以方便将完成的太阳能集中器阵列安装到跟踪系统或其它安装表面上。如果需要还可以增加通气口。背板200的材料例如可以是铝、钢、黄铜、铜、玻璃纤维或石墨-环氧树脂。用于背板200的具体材料应被选择用于满足期望的设计标准，例如结构、热、重量和环境耐力要求。对于金属板，可以由例如冲压和拉伸成型的过程加工背板200。背板200也可以通过铸造或模制形成。背板200还可以形成具有不同的厚度，而不是具有恒定的壁厚。在作为目标的区域中(例如在凹陷部230的底部)形成具有增大的厚度的背板200凹陷部，相比始终具有均匀的、更大的壁厚的背板200可以在减小重量的同时提供包括增加的结构强度或更高的热耗散在内的优势。
每个凹陷部230提供太阳能集中器单元(未示出)的安装空间。图2的凹陷部230构造为碗形井以容纳例如太阳能集中器的凹面镜。然而，凹陷部230可以采用适用于具体太阳能集中器设计的其它形状，例如方形或六边形。凹陷部230和连接槽240的结合产生相比于平坦的设计具有改进的刚度的结构，其在被施加负载时在底面220上具有最小的扭曲。这允许背板200由比相对照的平面设计更薄的材料制成，从而降低了重量和成本。例如，相比图1的背板110的平坦设计，成型的背板200可以将铝板所需的厚度减小约20％。减小材料厚度并从而减少原材料的量直接降低了制造太阳能集中器系统的成本。此外，更轻重量的太阳能模块降低了跟随器架和系统上的载荷，从而允许使用低成本的跟踪器部件。
图2的非平面背板200还消除了对横杆120的需要，从而消除了制造背板装置100所需要的大量部件和连接步骤。安装横杆120所需的紧固件和相关的安装孔的省去也提高了背板200的气候耐性。应注意，虽然通过将凹陷部230布置为四行五列的阵列来描述背板200，但是由例如理想的安装空间和成品太阳能系统的总重量的因素确定的其它排列也是可以的。
图3的截面图中提供了背板200的成型设计的其它优势。图3示出了内部安装有示例性太阳能集中器部件的完成后的太阳能集中器阵列300。图3的太阳能集中器部件包括前面板310、主镜320、副镜330和光电接收器340。太阳能辐射进入前面板310并从主镜320反射到副镜330。副镜330进一步对辐射进行集中并将其反射到光电接收器340以转换为电能。可以例如利用焊接、粘接剂和机械紧固件而将各种太阳能集中器部件固定到凹陷部230。凹陷部230还可以包括压痕或其它特征以安装或对齐太阳能集中器部件。尽管在图3中未示出，图2中的槽240可以用作与光电接收器340相连的电导线的电线孔。在侧壁210的上边缘处的可选的凸缘270可以提供支撑并方便前面板310的对齐。或者，如果没有凸缘270，可以利用包括但不限于在前面板310的底面形成支架或沟槽的方法，将前面板310定位在侧壁210上。
主镜320和副镜330的弯曲在太阳能集中器阵列300中形成空气空间350。空气空间350中包含的空气可能为太阳能集中器阵列300提出了可靠性问题。例如，太阳能集中器阵列300一般包括换气系统，以当空气空间350在太阳能集中器阵列300操作期间被加热时减轻增加的气压。空气空间350越大，该换气系统适当地工作的重要性越高。类似地，空气空间350可以从外部环境积累湿气，其可能影响各种光学元件的功能。因为太阳能集中器系统将光线聚焦在小面积上，所以即使是光学精度的微小偏移也可能极大地影响系统的效率。太阳能集中器中的湿气可能导致其它问题，例如向半导体装置中的扩散、特定涂层的劣化以及电导线及其它金属部件的腐蚀。因此，非常需要使太阳能集中器阵列300中的空气空间350的量最小化。由于凹陷部230成型为与主镜320的形状匹配，所以背板200有利地减小了空气空间350。相比平坦的背板，由背板200减小的空气空间的量由虚线360表示。
本发明的另一个益处是当背板200用作为散热器时，凹陷部230提供的增大的表面区域提高了光电接收器340的热冷却性。例如，在一个实施例中，光电接收器340导热地连接到铝背板200，使背板200将热量从光电接收器340导走。此外，因为凹陷部230具有朝向多个方向的表面，所以可以提高由背板200进行的辐射冷却。这允许热量沿不同方向辐射，可以朝向除直接位于背板200后方(垂直于平面)之外的冷却物。
图4提供了本发明的另一个实施例。在该立体图中，背板200结合了加强件410。在图4中，加强件410实施为沿长度方向插过背板200并连接到侧壁210和底面220的肋。加强件410可以为背板200提供额外的结构稳定性，并且还可以作为用于前面板的支撑。因此，加强件410可以用于替代图2中的间隔棒250并进一步减少用于太阳能集中器装置的部件数。因为背板200已经由凹陷部230和槽240而具有先天结构完整性，所以加强件410不需要由高强度材料制成或可以被完全消除。例如，加强件410和背板200可以都由铝制成，从而允许加强件410被焊接到背板200而不使用紧固件。或者，加强件410可以通过铆钉、螺钉、螺栓等连接到背板200。应注意，虽然图4中的加强件410被定位为彼此平行，但是其它结构也是可以的。例如，加强件410可以正交地设置以使其例如通过互锁槽而彼此相交。电导线可以如前面所述地穿过槽240而在加强件410下方通过。
在图5中给出了示例加强件500的特写图。在该实施例中，加强件500是金属片肋并包括桁架510(truss)、上翼片520、下翼片530和端翼片540。桁架510通过上翼片520为前面板提供支撑，而下翼片530和端翼片540为加强件410提供稳定性和连接点。所有桁架510可以具有相同的高度以支撑平面的前面板，或者可以具有不同的高度以支撑弯曲的前面板。尽管桁架510在图5中示为三角形，但是它们也可以如图4中的加强件410所示呈倒拱形，或其它理想的形状。此外，加强件500可以包括对太阳能集中器的各种部件进行对齐、连接或支撑所需要的附加的翼片、槽、孔或其它特征。
加强件500可以使用本领域公知的标准的金属片处理工艺形成。金属片成形使加强件500能够成为结合了参照图5描述的定制形状和特征的单个部件。在其它实施例中，加强件500例如可以是模制的复合材料、挤压金属棒或梁、或组装在一起的多于一个部分的组合。另一方面，不是太阳能集中器阵列中所有的加强件500都需要是一致的。例如，一个加强件可以具有加强桁架以在前面板的中心区域中提供额外的支撑。在另一个示例中，具体的加强件可以具有切口或翼片，以适应存在于阵列的被选取的区域中的额外的组件。这例如可能对于将阵列安装到跟随系统所涉及的部件或与用于阵列的接线盒相关的部件而发生。
在本发明的另一个实施例中，图6示出了具有梁形加强件610和线性凹陷部620的背板600的立体图。代替之前描述的圆形凹陷部，线性凹陷部620可以为特定的太阳能集中器设计提供优势。例如，线性凹陷部620可以用于容纳抛物槽形镜，可以允许在背板600中灵活地定位单个的集中器单元或者可以简化形成成型的背板所需的加工工具。如之前的实施例所述的，槽630连接线性凹陷部620。加强件610是沿其长度具有一致高度的梁，并且例如通过挤压或通过金属片弯曲而形成。如之前所述的，加强件610为背板600增加额外的刚度并可以为将要安装到背板600上的前面板提供支撑。
尽管参照本发明的实施例对说明书进行了详细描述，然而本领域技术人员应理解，在对上文所获得的理解的基础上，可以容易地得到这些实施例的改变、变化及其等同。只要不背离在所附权利要求中更具体地提出的本发明的精神和范围，本领域技术人员可以实施本发明的这些和其它的改变和变化。此外，本领域技术人员应该理解，以上描述仅是示例性的，并不旨在限制本发明。因此，本发明的主题覆盖落入所附权利要求及其等同的范围内的这样的改变和变化。

Claims (20)

1.一种用于太阳能集中器的外壳，包括：
背板，其具有侧壁和底面；
多个凹陷部，其一体地形成在所述底面中；以及
多个槽，其一体地形成在所述底面中，其中，所述多个槽连接所述多个凹陷部。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能集中器的外壳，其中，所述凹陷部基本为圆形。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能集中器的外壳，还包括前面板，其中，所述背板还包括围绕所述背板的周边的凸缘，并且其中，所述凸缘配置为支撑所述前面板。
4.根据权利要求1所述的用于太阳能集中器的外壳，还包括连接到所述侧壁并连接到所述底面的加强件。
5.根据权利要求4所述的用于太阳能集中器的外壳，其中，所述背板和所述加强件均由铝合金制成。
6.根据权利要求1所述的用于太阳能集中器的外壳，还包括前面板，其中，所述加强件具有足以支撑所述前面板的高度。
7.根据权利要求1所述的用于太阳能集中器的外壳，其中，所述背板具有长度和宽度，并且其中，所述长度和所述宽度限定出大于一平方米的面积。
8.一种太阳能集中器阵列，包括：
背板，其包括侧壁、底面、一体地形成在所述底面中的多个凹陷部以及一体地形成在所述底面中的多个槽；
多个太阳能集中器单元，每个所述太阳能集中器单元包括光学装置和光电接收器；
前面板，其覆盖所述多个太阳能集中器单元；
其中，所述多个槽连接所述多个凹陷部；并且
其中，所述多个太阳能集中器单元位于所述多个凹陷部中。
9.根据权利要求8所述的太阳能集中器阵列，其中，所述光学装置包括主镜和副镜，并且其中，所述副镜安装到所述前面板并且位于将来自所述主镜的光线反射到所述光电接收器的位置。
10.根据权利要求8所述的太阳能集中器阵列，其中，所述光学装置包括主镜、副镜以及所述主镜与所述副镜之间的空间，并且其中，所述空间包括电介质。
11.根据权利要求8所述的太阳能集中器阵列，所述背板由铝制成。
12.根据权利要求8所述的太阳能集中器阵列，其中，所述背板作为用于所述多个太阳能集中器单元的散热器。
13.根据权利要求8所述的太阳能集中器阵列，还包括连接到所述背板的所述侧壁并连接到所述背板的所述底面的加强件。
14.根据权利要求13所述的太阳能集中器阵列，其中，所述加强件支撑所述前面板。
15.根据权利要求13所述的太阳能集中器阵列，其中，所述背板和所述加强件都由铝制成。
16.根据权利要求8所述的太阳能集中器阵列，还包括将所述光电接收器电连接的导线，其中，所述导线延伸通过所述槽。
17.一种制造太阳能集中器阵列的方法，所述方法包括：
将多个太阳能集中器单元装载到背板中，其中，每个所述太阳能集中器单元包括光学装置和光电接收器，并且其中，所述背板包括侧壁、底面、一体地形成在所述底面中的多个凹陷部以及一体地形成在所述底面中并且连接所述多个凹陷部的多个槽；
将电导线连接到所述光电接收器；
使所述电导线延伸通过所述槽；
用前面板覆盖所述多个太阳能集中器单元；并且
将所述前面板固定到所述背板的所述侧壁。
18.根据权利要求17所述的制造太阳能集中器阵列的方法，还包括将加强件插入所述背板与所述前面板之间的步骤。
19.根据权利要求17所述的制造太阳能集中器阵列的方法，其中，所述光学装置包括主镜和副镜，并且其中，所述副镜连接到所述前面板并且位于将来自所述主镜的光线反射到所述光电接收器的位置。
20.根据权利要求17所述的制造太阳能集中器阵列的方法，还包括以与所述背板具有热传导关系的方式放置所述光电接收器的步骤。
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