CN102089890B - 聚光光伏太阳能电池板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光伏电力系统、光伏聚光器模块、以及相关的方法。具体地，本发明的特征在于聚光器模块，所述聚光器模块具有用于铰接机构和/或具有独特的底架构件布置的铰接机构的内部连接点，以使得弯曲等不在底架构件中传递。本发明的特征还在于可调节的太阳能电池板安装特征和/或具有两个或多个自由度的安装特征。本发明的特征还在于用于聚光器模块中的辅助光学器件的机械紧固件。

Description

聚光光伏太阳能电池板
优先权要求
根据美国法典第35条119(e)款，本非临时专利申请要求2008年5月16日由Hines等人提交的名为“CONCENTRATING PHOTOVOLTAICSOLAR PANEL(聚光光伏太阳能电池板)”的具有序列号61/128,009的美国临时专利申请的优先权，要求2008年6月6日由Hines等人提交的名为“CONCENTRATING PHOTOVOLTAIC SOLAR PANEL(聚光光伏太阳能电池板)”的具有序列号61/131,178的美国临时专利申请的优先权，并要求2009年3月6日由Baker等人提交的名为“SOLAR SYSTAMS THATINCLUDES ONE OR MORE SHADE-TOLERANT WIRING SCHEMES(包括一个或多个耐荫接线图的太阳能系统)”的具有序列号61/209,526的美国临时专利申请的优先权，其中，所述临时专利申请的相应全部内容结合于此以供参考。
关于联邦政府赞助的研究或开发的声明
本发明在美国能源部授予的合作协议No.DE-FC36-07G017044下由政府支持完成。政府对本发明具有一定的权利。
技术领域
本发明涉及光伏能源系统、光伏聚光器模块、以及相关的装置和方法。
背景技术
太阳能电池板通常是众所周知的(例如，见美国公开No.2006/0283497(Hines))。希望能够制造产生更多电力和/或成本更低的太阳能电池板。
迄今为止，光伏太阳能聚光器通常采用以下两种方法中的一种——一种是建造大型反射槽或盘或铰接镜的场，它们将光反射至一中心点，在中心点，将光转化成电力(例如通过澳大利亚的维多利亚的太阳能系统，以及由Gross等人发明的美国专利No.2005/0034751)，一种是将许多小聚光器紧凑地封装在大面板中，该大面板刚性地铰接以随着太阳运动(例如，由Chen发明的美国公开No.2003/0075212，或者由Stewart发明的美国公开No.2005/0081908)。还可见到Matlock等人的参考文献(美国专利No.4,000,734)，该专利公开了被安装为围绕布置在反射器的线性焦距中的加热管和跟踪机构运动的细长反射器。
现有技术中已经出现的新近的第三种方法(Fraas等人的美国公开No.2003/0201007)是，尝试将聚光的优点与普通太阳能电池板的构成因数(form factor)的方便性进行组合。Fraas等人展示了多种尝试解决成本/性能/方便性问题的方法。
一种制造扁平太阳能聚光器的方法是，将多行小聚光器放在“旋转盘(lazy susan)”式的旋转环中(Cluff的美国专利No.4,296,731)。还可见到，例如，加利福尼亚州帕萨迪纳的能源创新公司的商标名为SUNFLOWERTM的商业化的光伏跟踪系统。
现有技术中的一种方法是开发一组聚光集电器，这些聚光集电器单独地铰接，同时也全部铰接，如在Diggs的美国专利No.4,187,123中描述的。
此方法的一种新近变型是将两行集电器放在一个框架中，所述集电器在框架中大致铰接在适当的位置，例如在Fukuda的美国专利No.6,079,408中描述的。这种方法将跟踪聚光器封装成大致扁平的形状。
Bugash等人的美国专利No.4,365,617公开了一种反射式太阳能加热系统，该系统的集电器铰接在适当的位置。
在本领域中以前已知的是，围绕太阳能跟踪系统周界的框架能够帮助支撑各个光伏元件(例如，见德国汉堡的Conergy公司的商标名为SOLAROPTIMUS的商业化的光伏跟踪系统，以及国际申请公开No.WO2006/120475)。
围绕太阳能电池板周界的框架会限制太阳能电池板的封装密度和/或使得电池板外观不太好看。然而，稀疏的封装可使得聚光器模块更容易操作，不会在一天或一年的大部分时间中遮蔽彼此，通过增强聚光器的整体日照，允许节省成本地使用各个聚光器。
许多消费者在适当位置具有传统的太阳能电池板安装结构(例如，轨道等)，并愿意使用这种现有的安装结构，而不是投资新的安装结构。在使这种新的电池板成为实际事实的过程中，对传统的太阳能电池板安装结构进行改装的新的和创新的太阳能电池板会是一个重大的技术障碍。
相对于围绕铰接的聚光器模块开发出创新解决方案的一个技术挑战是，许多安装位置(例如屋顶等)趋于具有不均匀的表面，这会导致当模块倾斜地铰接和/或倾斜时将聚光器结合至不适当的程度。
相对于聚光光学器件，存在这样的需要：提供具有一个或多个辅助光学器件的聚光模块，使得这些光学器件能够承受一种或多种环境应力，例如振动(例如，在制造过程中和/或使用过程中)、热冲击和/或物理冲击、颗粒污染(例如灰尘)，这些的组合等。
发明内容
申请人已经发明了多种单独地或组合地有助于克服和/或减轻存在于现有技术太阳能聚光器和太阳能电池板中的一个或多个问题的解决方案。
例如，可将一个或多个连接点定位在聚光器模块的内部区域中，使得倾翻铰接机构可基本上围绕光伏聚光器模块的重心铰接聚光器模块。这种连接点也可允许聚光器模块倾斜地铰接。在聚光器模块的内部区域中具有连接点允许电池板在电池板的周界周围没有框架。可将支撑结构定位在聚光器模块的下方。有利地，与许多传统的基于地面的、效用尺度(utility-scale)的太阳能聚光器阵列相比，可相对更紧凑地组装两个或多个这种聚光器模块。更紧凑地组装聚光器模块趋于更好地分摊与计划、允许和执行基于聚光器系统的光伏阵列的安装相关的成本，特别是，例如，对于商用屋顶设备，可能导致由系统产生的更低的总能量成本。尽管如此，仍希望在各个聚光器之间留有至少一定量的空间。
另一创新包括铰接底架，其具有铰接件，该铰接件以如下方式与直接附接至聚光器模块的一个或多个其它底架构件刚性地并物理地接合，所述方式是将从从动铰接件(例如轴)传递的任何弯曲等基本上隔离或减到最小。有利地，当聚光器模块倾翻和/或倾斜地铰接时，底架构件中的这种布置可防止不适当的结合。在优选实施方式中，可将铰接底架构件定位在聚光器模块的下方，使得电池板本质上在电池板的周界周围没有框架。与在整个聚光太阳能电池板周围包括多余的框架相反，许多优选实施方式不包括沿着单元的一侧或多侧的框架(例如，在电池板的周界周围没有框架)，改为利用单元的聚光器铰接机构来提供结构支撑，通过消除不必要的框架部件，允许更节省成本的单元。可将支撑结构隐藏在聚光太阳能电池板的下方，但是仍能够基本上围绕每个聚光器模块的重心铰接聚光器模块，从而允许不增加太阳能电池板的宽度来支撑聚光器模块，帮助提高太阳能电池板的效率。
另一创新包括具有可调节安装结构以适应多个安装位置的太阳能电池板。这种安装结构有利地允许传统的太阳能电池板安装硬件(例如，轨道等)适应一个或多个新的和独特的太阳能电池板设计。
另一创新包括具有这样的安装硬件的太阳能电池板，所述安装硬件具有适当数量的自由度，以便当聚光器模块倾斜地和/或倾翻地铰接时防止不适当的结合。有利地，这种安装硬件允许给定的太阳能电池板设计来适应较宽范围的安装表面/位置(例如，相对不均匀的屋顶表面等)，并以坚固的方式倾斜地铰接和/或倾斜，而没有聚光器模块的不适当的结合。
关于可调节安装结构和具有适当自由度的创新是重要的突破，因为这些可允许聚光太阳能电池板具有迄今为止未见过的更高的效率，而且具有更低的成本，以打入目前由传统的平板太阳能电池板统治的市场，特别是商用屋顶市场，大幅降低成本并提高太阳能在市场中的发展速度。在优选实施方式中，这允许目前的平板太阳能电池板安装者使用大量的现有安装硬件和安装技术，甚至是销售和营销技术，来配置聚光太阳能电池板。因此，本发明将聚光太阳能电池板的优点(例如，成本优点)和传统的扁平光伏电池板的市场认可与波形因数优点组合。
在制造可靠的散热器组件中会存在相当大的技术挑战，因为这种组件通常暴露于高强度的日光中，聚光高达500至1000倍或更大，并且，希望其具有与传统的硅太阳能电池板大约相同的使用寿命，高达25至30年或更长。这意味着在组件的使用寿命中暴露于相当多达30000年或更长的紫外线和其它辐射中。另外，除了期望的电力以外，强烈的太阳能辐射产生大量的不想要的热量，优选地以有效的方式驱散该热量。图14的散热器组件10在正常起作用的同时，可能在机械上是易碎的。例如，这种组件可能因通常在装运和/或刚刚描述的热和/或紫外磨损的过程中的振动而受到损坏。另外，希望辅助光学器件24的全内反射(TIR)侧壁在产品的使用寿命中保持没有污染，以避免TIR侧壁的反射率随着时间而变差。
另一创新解决方案包括一个或多个机械支撑结构/支柱(例如，壳体)，其将一个或多个聚光辅助光学器件与聚光器模块(例如，与模块的散热器组件)刚性地接合。
根据本发明的一个方面，光伏聚光器模块包括主体部分，该主体部分具有：底部；与底部连接的一个或多个侧壁；位于主体部分的内部区域中的一个或多个连接点；以及与底部相对定位的一个或多个孔。底部和所述一个或多个侧壁帮助限定主体部分的内部区域。所述一个或多个连接点可将主体部分与倾翻铰接机构接合，使得倾翻铰接机构可基本上围绕光伏聚光器模块的重心铰接光伏聚光器模块。
根据本发明的另一方面，光伏电力系统包括倾翻铰接机构和多个光伏聚光器模块。每个光伏聚光器模块包括主体部分，该主体部分具有：底部；与底部连接的一个或多个侧壁；位于主体部分的内部区域中的一个或多个连接点；以及与底部相对定位的一个或多个孔。底部和所述一个或多个侧壁帮助限定主体部分的内部区域。所述一个或多个连接点与倾翻铰接机构接合，使得倾翻铰接机构可基本上围绕光伏聚光器模块的重心铰接光伏聚光器模块。
根据本发明的另一方面，光伏电力系统包括倾翻铰接机构和多个光伏聚光器模块。所述多个光伏聚光器模块以线性方式彼此相邻地定位。所述多个光伏聚光器模块限定内侧区域。每个光伏聚光器模块包括位于内侧区域中的一个或多个连接点。所述一个或多个连接点均与倾翻铰接机构接合，使得倾翻铰接机构可基本上围绕光伏聚光器模块的重心铰接每个光伏聚光器模块。
根据本发明的另一方面，光伏聚光器模块包括内侧区域和位于内侧区域中的一个或多个连接点。所述一个或多个连接点可与倾翻铰接机构接合，使得倾翻铰接机构可基本上围绕光伏聚光器模块的重心铰接光伏聚光器模块。
根据本发明的另一方面，光伏电力系统包括定位成限定光伏聚光器模块的电池板的多个铰接的光伏聚光器模块以及与每个光伏聚光器模块接合的铰接机构。电池板限定具有第一尺寸和第二尺寸的覆盖区。铰接机构包括至少三个底架构件。每个底架构件与其它底架构件基本平行，并且，每个底架构件沿着电池板覆盖区的第一尺寸延伸。至少两个底架构件以铰接的方式与每个光伏聚光器模块物理地接合。这两个底架构件在两个或多个点处分别与第三底架构件刚性地、物理地接合。
根据本发明的另一方面，光伏电力系统包括定位成限定光伏聚光器模块的电池板的多个铰接的光伏聚光器模块以及以至少倾斜地铰接电池板的方式与光伏聚光器模块的电池板接合的铰接机构。电池板具有第一端和第二端。在电池板的第一端，铰接机构包括底架和经由可移动接头与底架接合的安装板，可移动接头允许安装板相对于底架移动，以适应多个安装位置。
根据本发明的另一方面，光伏电力系统包括定位成限定光伏聚光器模块的电池板的多个铰接的光伏聚光器模块以及以至少倾斜地铰接电池板的方式与光伏聚光器模块的电池板接合的铰接机构。电池板具有第一端和第二端。在电池板的第一端，铰接机构包括底架和经由可枢转接头与底架接合的安装板，可枢转接头允许安装板相对于底架枢转。
根据本发明的另一方面，散热器组件包括散热器、直接或间接地附接至散热器的光伏电池、位于光伏电池的上方并在光学上与光伏电池接合的聚光光学器件、以及一个或多个结构支柱。聚光光学器件具有外表面。所述一个或多个结构支柱位于聚光光学器件的上方，使得所述一个或多个结构支柱允许入射光到达聚光光学器件。所述一个或多个结构支柱直接或间接地附接至散热器。所述一个或多个结构支柱以结构支撑的方式与聚光光学器件的外表面接触。
根据本发明的另一方面，制造光伏聚光器模块的主体部分的方法包括：提供包含一种或多种热固性聚合物的可模压成分，提供具有与光伏聚光器模块的主体部分相应的形状的模具，将可模压成分模压成模具的形状，并且，可选地，固化所模压的成分。
附图说明
图1示出了根据本发明的光伏电力系统。
图2示出了所安装的图1系统的一个实例。
图3示出了在屋顶上安装的图2的系统。
图4示出了来自图1系统的聚光器模块或“桶状件(bucket)”的一部分。
图5示出了来自图1系统的聚光器模块或“桶状件”，包括可选的指向传感器。
图6示出了在图1系统中使用的光伏聚光器模块的桶状件组件的一部分的顶部视图。
图7示出了图1的系统1的内部区域和外部区域。
图8示出了包括遮阳板的图6的桶状件组件。
图9示出了去除散热器组件后的图6中的桶状件的顶部特写剖视图。
图10示出了去除散热器组件后的图6中的桶状件的底部特写剖视图。
图11示出了去除后端组件后的图6所示的桶状件的底部视图。
图12示出了去除后端组件后的图6中的桶状件的顶部特写图。
图13示出了去除后端组件后的图6中的桶状件的一部分的特写图。
图14示出了安装在散热器上的图18的太阳能电池组件，且具有安装在该太阳能电池组件上的图8的辅助光学器件。
图15示出了能够在图1的系统中使用的整个后端组件。
图16是图15所示的后端组件的另一视图，外壳部分为透明视图以便看到内部。
图17示出了图15所示的散热器的透视图。
图18示出了能够在图1的系统中使用的优选太阳能电池组件。
图19示出了图18所示的太阳能电池组件的一部分的特写图。
图20示出了来自图4和图5所示的聚光器模块的八个聚光元件中的一个。
图21A和图21B示出了没有辅助光学器件的光伏聚光器组件的示意图。
图22A、图22B、图23A和图23B示出了与在图1的系统中使用的辅助光学器件相关的照明图案。
图24示出了在图1的系统中使用的辅助光学器件的光束混合效果。
图25示出了在图1的系统中使用的优选的辅助光学器件的示意图。
图26示出了能够在图1的系统中使用的替代的辅助光学器件的透视图。
图27是图14所示的太阳能电池组件的一部分的分解图。
图28示出了图1所示的太阳位置传感器的特写透视图。
图29示出了去除透明盖后的图28所示的传感器。
图30示出了图28所示的传感器的背面。
图31示出了去除后盖后的图30所示的传感器。
图32示出了图28所示的传感器的内部。
图33示出了图31所示的传感器的一部分的特写图。
图34示出了图28所示的传感器的一部分的剖视图。
图35示出了图1所示的系统的部分替代视图。
图36示出了图1所示的系统的替代视图。
图37示出了图1所示的系统的替代视图。
图38示出了图37所示的系统的一部分的特写图。
图39示出了去除聚光器模块后的图37所示的底架的一部分。
图40示出了去除聚光器模块后的图37所示的铰接机构。
图41示出了图40所示的鹅颈连接件的特写图。
图42示出了与图40所示的铰接机构相关的电子元件壳体。
图43示出了用于图40所示的铰接机构的倾斜轴线驱动机构。
图44示出了去除盖后的图43的倾斜轴线驱动机构。
图45是去除盖后的图43的倾斜轴线驱动机构的另一视图。
图46示出了图1所示的系统的一部分的横截面图。
图47示出了图1所示的系统的一部分的另一横截面图。
图48示出了图1所示的系统的一部分的另一横截面图。
图49示出了去除两个聚光器模块后的图1所示的系统的一部分。
图50示出了图49的一部分的特写图。
图51示出了具有配线的图6的桶状件。
图52示出了与图51所示的配线布局相关的配线示意图。
图53以阴影背景示出了图5的模块。
图54是与图28所示的传感器一起使用的控制电子元件的图片。
图55示出了两个如图5所示的在相邻的太阳能电池板上的聚光器模块，去除了其余的太阳能电池板。
图56示出了图55所示的设备的一个优选实施方式。
图57示出了与图55所示的设备相似的设备，但是具有替代的聚光器模块。
图58示出了图57的聚光器模块的另一视图。
图59示出了具有可选的和附加的铰接轴线的图55所示的设备。
具体实施方式
以下描述的本发明的实施方式并非旨在是穷尽的，或将本发明限制于以下详细描述中公开的精确形式。相反，选择并描述这些实施方式，是为了使本领域的技术人员可以认识并理解本发明的原理和准则。
在下述实施方式中，相同的参考符号用来描述这些实施方式中相同的特征。
本发明可提供这样的聚光太阳能电池板，其在一些实施方式中尺寸上可以类似于传统的太阳能电池板的尺寸，或者，在其它实施方式中可以比传统的太阳能电池板更长且更窄，使得所分摊的安装成本降低。有利地，在许多代表性实施方式中，与相同尺寸的传统太阳能电池板相比，根据本发明的太阳能聚光模块和/或太阳能电池板可产生同样或更多的电力。
在图1中示出了根据本发明的光伏电力系统的第一实施方式。光伏电力系统1(这里也叫做太阳能电池板1)包括多个可移动的光伏聚光器模块2和铰接机构3。如图1所示，光伏电力系统1具有第一尺寸(长度“L”)和第二尺寸“W”，其中，长度是较长的尺寸，而宽度是较短的尺寸。注意到，聚光器模块2也具有宽度和长度，其中，宽度是较短的尺寸，而长度是较长的尺寸。
优选地，将聚光太阳能电池板1设计为利用标准的光伏支架设备安装，例如可从Direct Power and Water(直接电力和水公司)获得的光伏支架设备。这种支架在屋顶上的物理布局在一定的程度上可以不受控制，并且进一步，由于，例如，热膨胀或收缩，或由于屋顶重量载荷的变化(例如，当水池或当屋顶设备(例如空调)安装在附近时)，支架可能会随着时间而有一些移动。在图2中示出了一种安装聚光太阳能电池板1的示例性方法，其中，电池板1与轨道350和轨道352配合。可由安装者提供轨道350和352。如所示出的，可以“倾斜(tilt)”姿势和“倾翻(tip)”姿势铰接模块2。如这里使用的，参考图2，倾斜姿势表示围绕模块2的短轴15的铰接(例如，围绕南北延伸的轴线)。如这里使用的，倾翻姿势表示围绕模块2的长轴17的铰接(例如，当将桶状件定位在顶点时，围绕东西延伸的轴线)。注意到，电池板1中的每个模块2具有单独的倾翻轴线17，但是，电池板1中的所有模块2共享相同的倾斜轴线15。如所示出的，每个模块2围绕倾斜轴线15并围绕每个模块2的倾翻轴线17在适当的位置铰接。处于适当位置中的铰接模块2可帮助系统1具有小轮廓。因而，屋顶安装可更简单。小轮廓意味着相对小的风速轮廓线(windprofile)。优选地，小轮廓系统1可允许使用具有较大市场优势的传统安装技术。小轮廓系统1还可帮助从街道层面相对看不到模块2，从而有助于获得认可，这会是另一个市场优势。模块2优选地同步地指向太阳。
优选地，每个光伏聚光器模块2在适当的位置铰接，即，每个聚光模块2围绕单独的第一轴线(例如，倾翻轴线17)铰接，第一轴线与模块2的长尺寸基本上平行，使得系统1的第一轴线17基本上位于相同的平面中并基本上彼此平行。而且，每个聚光模块2优选地围绕相同的第二轴线(例如，倾斜轴线15)铰接，第二轴线与模块2的短尺寸基本平行，使得第一轴线17基本上垂直于第二轴线15。优选地，第二轴线15保持基本上固定在适当的方向/位置中。
图3示出了在整个屋顶环境中的安装方案，其中，将一组轨道354支撑在一组支柱356上，提供了多个可能的安装点。可由安装者提供轨道354和356。
有利地，将系统1的模块2罕见地靠近组装和/或靠近与系统1相同或相似的相邻系统而组装，更可以倾斜和倾翻姿势铰接，以不碰撞地跟踪太阳。可将模块2组装为非常靠近给定系统1内的其它模块2和/或靠近相邻系统1中的模块2，因为，例如，单个模块2的高度相对较短，从而允许模块2不碰撞地铰接。可将相邻系统1彼此相对靠近地组装，还因为在优选实施方式中，系统1不具有位于系统1的周界位置的框架结构，而这种框架结构将以不适当的程度干扰将两个或多个系统1定位为彼此相邻。而且，模块2可罕见地耐受可能出现的遮蔽，从而允许这种相对紧凑的组装。因为可将模块2彼此非常靠近地和/或与相邻系统非常靠近地组装，所以系统1可提供允许例如来自有限的屋顶面积的期望的电力输出的孔密度(aperture density)(系统1的每单位面积上的可接收入射阳光的孔面积)。
参考图4和图5，每个太阳能聚光器模块2(在这里也叫做光伏聚光器模块2)包括主体部分8(在这里也叫做“桶状件”)、一组散热器组件10、阳光可通过其进入桶状件8的孔4、透镜6、配线(未示出)、可选的太阳传感器212、可选的遮光板160(见图8)、以及一个或多个这里描述的和/或已知在太阳能聚光器模块中使用的附加的可选部件。
参考图6，如所示出的，桶状件8包括侧壁138、140、142和143，以及底部(底面)145。侧壁138、140、142和143，以及底部145帮助限定桶状件8的内侧区域127。如所示出的，桶状件8还包括可选的腔体134和136，凹口146、148、150、152、154和156，以及以下讨论的附加特征。
如所示出的，腔体134和136允许桶状件8在倾翻轴线17附接至太阳能电池板1。与倾翻轴线17相关的铰接机构3的连杆(在下面讨论)与桶状件8在这对腔体134和136中配合。倾翻轴线17优选地位于桶状件8的重心处或基本上在该重心附近。倾翻轴线17位于桶状件8的重心处或基本上在该重心附近可有利地帮助将桶状件8在倾翻运动中移动和/或将桶状件沿着倾翻运动的范围保持在一个或多个固定位置所需的扭矩的量减到最小。
在替代实施方式中，可通过任意数量的匹配点将桶状件8附接至铰接机构3，并且，匹配点可处于任何位置。例如，在一些替代实施方式中，可以没有任何腔体134和136，并且，与倾翻轴线17相关的铰接机构3的连杆可以分别在侧壁140和138的外表面137和139处与桶状件8配合。然而，通过将桶状件8在内侧区域127(而不是外侧区域129)中的一个或多个位置处附接至铰接机构3的连杆元件，电池板1的总宽度W可以相对更小。否则，将桶状件8在外侧区域129中的一个或多个位置处附接至铰接机构3，可能具有增大太阳能电池板1的总宽度W的效果。有利地，相对减小电池板1的总宽度W，同时保持相同的总接收面积，能够提高电池板1的总效率，这在太阳能设备(例如，屋顶设备)的总经济性方面会产生相当显著的效益。如这里使用的，太阳能聚光器的“内侧区域”表示：太阳能聚光器的侧壁、聚光器底部的下侧、或者大致垂直于倾斜轴线15的聚光器侧壁的外表面之间的空间的体积。通过参考图6，桶状件8的内侧区域127包括侧壁138、140、142和143，侧壁142和143的外表面，以及底部145的下侧之间的空间。在聚光器2的内侧区域内，聚光器2具有被定义为侧壁138、140、142和143之间，在透镜6的下方，并在底部145的上方之间的空间的内部区域。如这里使用的，太阳能聚光器的“外侧区域”表示：包围给定太阳能聚光器的与倾斜轴线15大致平行的侧壁的空间的体积。通过参考图6，外侧区域129包括从侧壁138和140向外的空间。参考图7，在系统1的上下文中，内侧区域包括系统覆盖区的内部区域、系统覆盖区的下侧、以及外端。系统1的外侧区域包括侧部上的外部区域。在聚光器2的外侧区域内，聚光器2具有被定义为从侧壁138、140、142和143向外，从透镜6向外并从底部145向外的空间的外部区域。
优选地，腔体对会聚在散热器组件10上的光线的路径没有影响。为了帮助实现此效果，将腔体定位在一个或多个会聚光锥之外。如所示出的，透镜拼花(parquet)6在东西方向上具有四个单独的透镜12。优选地，将腔体134和136定位在底部145中，使得腔体134和136位于与每个透镜12相关的每个会聚光锥的外部。如所示出的，底部145还具有用于集线器132(在下面讨论)的空间，其位于与每个透镜12相关的每个会聚光锥的外部。有利地，通过将这些特征适当地定位在桶状件8的内侧区域127中，，可相对改进桶状件8的指向精度。
如图6和图8所示，凹口146、148和150位于南面的侧壁142中。如所示出的，凹口146和150分别与腔体136和134对准。凹口146、148和150可帮助对铰接机构3的某些元件(在下面讨论)提供间隙。凹口146、148和150允许桶状件8具有绕倾翻轴线17的期望的运动范围，同时保持与倾翻轴线17相关的连接连杆在桶状件8的重心处或基本上在该重心附近与桶状件8配合的能力。
如所示出的，凹口152和154可帮助桶状件8在北面的方向上具有期望的运动范围，同时仍保持低重心。
本发明还意识到，腔体134和136以及凹口146、148、150、152和154在仍允许在重心处附接的同时提供期望的铰接范围的能力与桶状件的纵横比相关。例如，一个具有4×3(而不是优选的4×2)透镜拼花的替代实施方式会承受减小的倾翻运动范围，因为当移动达到期望的运动范围时，不管是腔体还是凹口，桶状件的底部开始与支撑结构碰撞。因此，优选的腔体和凹口以及运动范围会强烈地影响优选的纵横比，因为腔体和凹口优选地应具有足够的尺寸，以对支撑结构和连接连杆提供期望的间隙，这可能冲击由透镜6聚焦的会聚光锥和/或冲击输入孔4，从而阻挡光并减少系统1的电力输出。期望的运动范围和在桶状件8内部围绕倾翻轴线17接合连接连杆的期望都会影响优选的纵横比。如所示出的，在桶状件8中设置有八个凹口156，以帮助支撑用于透镜拼花6的可选的(未示出)支撑框架。在一个优选实施方式中，框架可包括四条金属片。每条金属片可接合在一对相对定位的凹口156之间。如所示出的，三对相对定位的凹口156均南北延伸，并且，一对相对定位的凹口156东西延伸。通过以这种优选方式定位每条金属片，每条金属片可在边缘上与入射的太阳光对准并沿着拼花6的八个单独的透镜12的接缝。有利地，这些条状金属片不会将入射的太阳光阻挡至不适当的程度。而且，支撑框架可有利地帮助减轻可能出现的透镜6的任何下垂，和/或帮助对透镜6提供支撑以帮助承受冲击。
桶状件8包括八个可选的安装孔164和八对可选的插入件166。图9和图10示出了一个安装孔164和一对插入件166。散热器组件10(在下面讨论)可定位在安装孔164中并附接至桶状件8。在优选实施方式中，利用插入件166将散热器组件10附接至桶状件8。优选地，插入件166螺纹安装和装配(例如，模压)在装有角撑板的腔体168中。进入插入件166的紧固件(例如，螺钉等)将散热器组件10适当地支承在桶状件8上，但是，通常不会形成期望的不透水的密封。因此，优选地对孔164的周界的至少一部分施加不透水的粘合剂密封。
如图10所示，桶状件8还包括可选的“按钮”，或凸点170。按钮170可帮助控制可用来将散热器62(在下面讨论)密封至桶状件8的粘合剂的粘合层的厚度。如所示出的，按钮170可帮助在桶状件8和散热器62之间限定一定的空间。因此，按钮可帮助提供均匀的粘合层和期望的密封。在优选实施方式中，按钮170模压在桶状件8中。
如图10所示，桶状件8还包括可选的槽172、插入件174(优选地是螺纹的)和凸块176，这些可用来将安装支架380(在下面讨论)附接至桶状件8。
根据本发明的桶状件能够可选地包括一个或多个排气口。当模块2外部的大气压随着时间变化时，这些排气口可允许聚光器模块2的内侧区域127中的空气与模块2外部的空气在压力上平衡。允许聚光器2中的气压与大气压平衡可帮助增强聚光器2的可靠性。如图11和图12所示，桶状件8包括排气口204。如所示出的，排气口204的一个示例性位置在腔体134上，使得手指、工具等相对难以接近排气口204。
排气口204优选地包括半透膜。例如，排气口优选地包括透气过滤器，以帮助阻止污染物和液体(例如水)进入聚光器模块2。甚至更优选地，排气口204包括水蒸气也可透过的透气过滤器，使得，例如，当模块在早晨朝向太阳并开始变暖时，可能形成于桶状件8内部的任何冷凝物可逸出。
示例性过滤器材料包括任何适于太阳能聚光器的透气材料，例如薄膜、泡沫、这些的组合等。一种示例性材料包括商业上可从DE的Newark的W.L.Gore & Associates公司获得的商品名称是Gore-
Figure BDA0000043329650000181
的粘性的聚四氟乙烯(ePTFE)patch(补片)。另一种示例性材料是商业上可从DE的Wilmington的DuPont公司获得的商品名称是
Figure BDA0000043329650000182
的材料。
桶状件8能够可选地包括一个或多个安装特征210。安装特征210可用来安装太阳传感器212(在下面讨论)。如图1、图5、图6、图11和图13所示，桶状件8优选地包括至少四个安装特征210。如所示出的，安装特征210包括位于两个倾斜区域216和218之间的壁架214和两个用于将太阳传感器212固定至安装特征210的凹槽220。可使用任何类型的适于将太阳传感器212安装至安装特征210的紧固件，例如螺钉等。在一个优选实施方式中，可使用自攻螺钉将太阳传感器212固定至安装特征210。优选地，凹槽220具有这样的形状，使得，如果不将太阳传感器212安装在安装特征210上，安装特征210将保持基本上防水。在一些实施方式中，太阳传感器212安装在比给定太阳能电池板的所有安装特征210少的安装特征上。例如，如图1所示，在六个聚光器模块2中的一个上安装有四个太阳传感器212。
桶状件8围绕倾翻轴线17的运动范围可以是任何期望的运动范围。在所示实施方式中，围绕倾翻轴线17的铰接范围是不对称的。优选地不对称的运动范围帮助使倾翻轴线支撑易于附接在桶状件8的重心处。在优选实施方式中，倾翻运动范围可以从第一方向上的顶点的20度到第二方向上的顶点的70度。在优选实施方式中，如果在北半球，那么第一方向是北方，并且如果在北半球，那么第二方向是南方。
优选地，腔体134和136相对于旋转的倾翻轴线17是不对称的形状，以对应于不对称的运动范围。如系统1中所示，腔体134位于模块2的东侧上，而腔体136位于模块2的西侧上。“东”和“西”的概念由于不对称的运动范围而改变方向。因为太阳能电池板1可具有优选的安装方位(例如，在屋顶上)，所以桶状件8有了东西侧的概念。当然，这些定义是相对于北半球而言的。如果将太阳能电池板1安装在南半球中，则这些方向颠倒。
图8示出了可选的遮光板160。在获取太阳的过程中，阳光的高强度点可能冲击位于桶状件8的内侧区域127中的一个或多个特征(例如，桶状件8的底部145，配线，这些的组合等)。为了帮助保护桶状件8的底部145和位于桶状件8中的配线免受这种高强度的阳光，提供遮光板160以帮助使阳光偏转。遮光板包括孔162，所述孔允许会聚的阳光光束到达辅助光学器件24的输入端。桶状件8中的支座帮助防止遮光板160与内部的配线或集线器132接触。遮光板160可由帮助适当地使入射阳光偏转的任何材料制成。用于建造遮光板160的一种优选材料包括铝金属片。
桶状件8可由一种或多种适用于铰接的光伏聚光器的材料制成。对于桶状件8来说，期望的材料特性包括耐火性、长期的尺寸稳定性、精密的可制造性、抗紫外辐射性、防水性、结构强度、低热膨胀、低成本、低至基本上没有除气作用(低VOC)、这些的组合等。对于桶状件8来说，示例性的建造材料包括一种或多种材料，例如塑料、金属(例如，铝金属片)、环氧树脂及其组合。优选的塑料材料包括热固性材料。优选的热固性材料包括环氧树脂、片状模塑料(SMC)、块状模塑料(BMC)及其组合。片状模塑料是片状形式的玻璃纤维(通常是相对较长的玻璃纤维)加固的热固性复合物。片状模塑料还可包括一种或多种填料、熟化剂、催化剂和脱模剂。块状模塑料是“油灰状的”复合物，其是热固性塑料树脂和玻璃纤维(通常是相对较短的玻璃纤维)的混合物。块状模塑料还可包括一种或多种填料、催化剂、稳定剂、颜料。在优选实施方式中，由至少包括片状模塑料的材料制造桶状件8。
在制造桶状件8方面，对热固性塑料进行模制是优选的，因为模制可以相对较少的构件形成具有一个或多个复杂特征的桶状件8。例如，安装特征210是相对复杂的特征，其优选地位于桶状件8的侧壁上且尽可能靠近孔4。而且，安装特征210优选地定位成使得安装特征不会对内侧区域127中的入射光干扰至不适当的程度。如所示出的，安装特征210的壁架214可位于桶状件8的侧壁中，使得壁架214的一部分伸入内侧区域127中，并且，壁架214的一部分伸入桶状件8的外部空间中。有利地，通过将壁架214以这种方式定位，可将安装特征210定位成相对靠近桶状件8的孔4。两个倾斜区域216和218可有利地提供斜度特性，这允许利用模制技术以这种方式定位壁架214。具有适当的斜度特性可允许如期望地从模具去除一个特征。
以相对较少的构件形成桶状件8可以是非常有利的，因为，如上所讨论的，桶状件8可包括一个或多个复杂特征。由金属片形成桶状件8将通常涉及装配相对更多的单独复杂零件和紧固件。但是，通过将热固性材料模制成桶状件8，桶状件8的复杂性通常会被融入到加工成本中，这是一次性完成的，然后，在大体积中复制桶状件8的成本通常会少于复制金属片桶状件8的成本。在优选实施方式中，桶状件8是由片状模塑料制成的无缝整体构件。
由塑料形成桶状件8是有利的，这是由于桶状件8的相对较轻的重量帮助减小整个系统1的重量，并易于系统1的安装和操作。在优选实施方式中，系统1的重量可小于大约100磅。
一种由片状模塑料制造桶状件8的方法可包括，将一片或多片片状模塑料或这些片的一部分放在一凹堵塞物(plug)上。该凹堵塞物可包括桶状件8内部的特征。然后，一凸堵塞物可与凹堵塞物配合，使得在凹堵塞物和凸堵塞物之间压缩片状模塑料。通常，在升高的温度下在凹堵塞物和凸堵塞物之间压缩片状模塑料，以导致热固性塑料至少开始固化。以这种方式形成桶状件8可允许将复杂特征精确地定位在桶状件8中，并一个桶状件8接一个桶状件8地一致地定位。而且，可将共同模制的零件(例如，螺纹插入件等)精确地放置在桶状件8中，并一个桶状件8接一个桶状件8地一致地放置。
有利地，对于桶状件的优选实施方式来说，片状模塑料的选择可帮助满足成本目标，同时允许将一个或多个如上所讨论的特征包括在桶状件8中。
如图14至图16所示，散热器组件10包括散热器62、太阳能电池组件50、辅助光学器件24和壳体92。
散热器62优选地包括孔66和70以及多个用于容纳铆钉68的孔(未示出)。如所示出的，散热器62可选地包括孔64。可包括孔70以容纳可选的线夹72的连接，如图16所示。孔66优选地用来利用任何适当的紧固件(例如，螺钉等)将散热器组件10安装至桶状件8。优选地，孔66是大尺寸的，以允许在最终固定之前相对于桶状件8对散热器组件10的位置进行微调。例如，孔64可以用来将接地线与散热器62连接。参考图17，示出了散热器62，其中在包括孔64和用于铆钉68的多个孔(未示出)之前，去除了太阳能电池组件50。
如所示出的，散热器62包括底板110以及翅片112、114和116。翅片112、114和116优选地具有不同的长度。翅片112优选地是最长的，其最靠近与散热器62热接合的热源(如所示出的，太阳能电池组件50)。翅片116优选地是最短的，其最远离与散热器62热接合的热源(如所示出的，太阳能电池组件50)。改变翅片高度可具有保持从热源(例如，太阳能电池组件50)到每个翅片112、114和116的顶端的路径的效果，类似地，这是令人期望的，因为更长的热源到顶端的距离通常需要更厚的金属，以便实现从热源到翅片顶端的等效热传导。另外，优选地使翅片116向外形成一定角度，以增加从散热器62的底部所看到的散热器62的总投影面积。增加投影面积可改进散热器62的辐射性能。
虽然散热器62是一个优选实施方式，但是，可以与聚光器2结合来使用任意数量的任何长度、形成任何角度的翅片。替代的散热器包括，例如，销钉散热器、波纹金属片散热器等。
可由任何适于以期望的方式从太阳能电池组件50传热的材料制造散热器62。在一个优选实施方式中，散热器62由包括铝的材料制造。可对铝作阳极化处理，例如阳极氧化处理或黑色阳极处理。在优选实施方式中，对铝进行阳极氧化处理，已经观察到这可以帮助改进辐射性能，而不会不适当地影响对流性能。
如图18所示，太阳能电池组件50包括太阳能电池52、旁通元件54、电路板51、以及电线53和56。
太阳能电池52可以是任何适于在太阳能聚光器中使用的类型和尺寸的。优选的太阳能电池包括高效率的三结点(triple-junction)太阳能电池，例如由Emcore或Spectrolab制造的。如所示出的，太阳能电池52优选地是正方形的(例如，7.5毫米×7.5毫米)。
旁通元件54是可选的，并可以是二极管或另一类型的元件，例如有源元件，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。MOSFET是可用来放大或转换电信号的器件。旁通元件54优选地是二极管。如本领域中众所周知的，在不产生电力的情况中，例如，当阴影阻挡光到达太阳能电池52时，旁通元件可帮助对电流提供备用路径。提供备用的电流路径除了经过太阳能电池52本身以外，还帮助允许桶状件8和系统1继续产生期望的电力输出，即使一个或多个太阳能电池52不产生任何电力。电路板51可以是任何可用作电路板并适于用在太阳能电池组件50中的电线。如所示出的，太阳能电池52和旁通元件54附接至电路板51。可通过任何适于用在太阳能电池组件50中的方式将太阳能电池52和旁通元件54附接至电路板51。在优选实施方式中，以基本上没有空隙的方式将太阳能电池52附接至电路板51。例如，可使用导电环氧树脂以基本上没有空隙的方式将太阳能电池52粘结至电路板51。
电路板51可由任何适于在太阳能电池组件50中用作电路板的材料制成。优选的电路板51包括至少具有电绝缘的第一层和导电的第二层的基板，其中，第二层与太阳能电池52和可选的旁通元件54电接合。优选地，第一层是导热的。甚至更优选的电路板51包括至少具有导电的第一和第二面以及夹在第一和第二面之间的电绝缘芯层的基板。优选地，电绝缘芯层是导热的。优选的电绝缘材料包括陶瓷材料。优选的导电材料包括金属。在一些实施方式中，第一和第二导电面可以是两种不同的金属。如果两种不同的金属用于第一和第二导电面，那么，优选地，在第一和第二面中的线性热膨胀是匹配的。有利地，至少具有导电的第一和第二面以及夹在第一和第二面之间的电绝缘芯层的电路板能够防止由于温度变化而可能出现的基板的翘曲(马铃薯炸片)。优选的电路板51包括“直接敷铜”(DBC)的双侧铜基板。DBC双侧铜基板是众所周知的，并包括具有粘结至每侧的铜片的瓷砖。示例性瓷砖可由氧化铝、氮化铝、氧化铍、这些的组合物等制成。
电线53和56帮助提供电路，从而当发电时，可从太阳能电池52释放通过光伏方式产生的电。电线53和56可以任何适当的方式附接至太阳能电池组件50。电阻焊接电线53和56是一种连接方法，因为电阻焊接可在这种相当快的时间周期上发生，使得焊接产生的热量不会在散热器(例如，散热器62)周围不适当地传递。而且，因为电阻焊接可在这种相对短的时间周期上发生，所以，焊接过程产生的热量通常不会以导致焊接接缝不适当地变软和/或变得松脱的方式而传递至周围的焊接接缝。
太阳能电池组件50优选地包括对准记号，例如孔57，以帮助自动装配，例如在使用机器视觉系统的装配中，以将太阳能电池组件50精确地定位在桶状件8中。
如图20所示，可将附加的可选的光学元件24(叫做光学辅助器件或辅助光学器件)放在各个透镜12的焦点20处。替代地，可将太阳能电池52放在一个或多个透镜12的焦点20处。有利地，辅助光学器件24可帮助增大聚光器模块2的受光角。可参考示出了没有光学辅助器件的情况的图21A和图21B来描述可由光学辅助器件24提供的增大的受光角。图21A是聚光光学组件的示图，包括将太阳光线516聚焦在太阳能电池522上的透镜部分514。如果将太阳光以标称(nominally)强度地聚焦在太阳能电池522中心的相对小的区域520中，那么可能实现全功率产生，即使透镜部分514不直接指向太阳。图21B示出了如果太阳光线516相对于透镜部分514成一定角度518入射的情况。如果角度518超过某一值，那么聚焦的光线512趋向于离开太阳能电池522的边缘，从而减少或消除电力的产生。
在优选实施方式中，光学辅助器件24可有效地放大(虽然以不成像的方式)太阳能电池522可捕获入射光16的面积。光学辅助器件24在焦点20可能落于其上的口部26处具有较大的面积。在口部26具有较大的面积趋向于具有这样的效果：总体上增大光学系统的受光角。
在优选实施方式中，光学辅助器件24能够可选地执行均匀照明(也叫做“搅光(beam stirring)”)的功能。均匀照明使辅助光学器件24的入口(或口部)26处的超会聚光在辅助光学器件24的出口孔(或喉部)28处重新分布成均匀得多的照明图案。执行搅光功能的辅助光学器件将趋向于比不执行搅光功能的辅助光学器件高。图22A、图22B、图23A和图23B帮助示出了搅光的作用。对于图21A和图21B的情况，图22A和图22B分别示出了透镜12的焦点20处的照明图案。对于这些相同的两种情况，图23A和图23B示出了辅助光学器件24的喉部28处的均匀得多的照明图案。因此，照明均匀性的改进很显然。优选的搅光的辅助光学器件24可将照明图案32和33分别标称地转换成照明图案34和36。当单个透镜12基本上直接指向太阳时，在口部26处存在照明图案32。用辅助光学器件24将照明图案32转换成存在于辅助光学器件24的喉部28处的图案34。当单个透镜12以1度的角度指向太阳时，在口部26处存在照明图案33。用辅助光学器件24将照明图案33转换成存在于辅助光学器件24的喉部28处的图案36。如通过将图案34与36比较可看到的，优选的辅助光学器件24可产生相当均匀的照明图案36，即使单个透镜12不直接指向太阳。
图24中详细地示出了光学辅助器件24的搅光作用，图24是图22A和图23A所示的输入和输出照明图案的三维视图。进入辅助光学器件24的口部26的光束紧密地聚焦，但是，辅助光学器件24导致许多反射，这些反射趋向于“搅动”光线，以在喉部28处产生相对均匀的照明。
如图25所示，光学辅助器件24优选地包括多个不同几何形状的区域40、45和47。如果透镜12未直接指向太阳，那么区域47趋向于帮助捕获入射光并改变其方向。区域40趋向于朝着喉部28会聚入射光，并且，区域45是区域40和47之间的物理过渡区域。
如所示出的，光学辅助器件24可选地包括凸缘42，该凸缘优选地对辅助光学器件24的光学功能没有帮助，但是能够帮助将辅助光学器件24机械地固定在散热器组件10上的适当位置中(在下面讨论)。在替代实施方式中，可用一个或多个凸片(未示出)代替凸缘42，这些凸片能够类似地帮助将辅助光学器件24机械地固定在散热器组件10上的适当位置中。在又一替代实施方式中，辅助光学器件24可以没有凸缘42或凸片(未示出)。
替代地，在太阳能聚光器中使用的任何辅助光学器件可用在聚光器2中。例如，在图26中示出了替代的辅助光学器件80。辅助光学器件80包括前面82，该前面可以是弯曲的、倾斜的或其它形状的，以便改进偏离轴线的光线的受光角。辅助光学器件80的前面82的作用可类似于成像光学系统领域中的场镜的作用，从而趋向于校准偏离轴线的光线，并改进辅助光学器件80的视场(即受光角)。通过实例，可对辅助光学器件80进行优化，以接受从稍微偏离正常方向的方向标称地进入辅助光学器件80的光锥，因此，除了具有与场镜相关的曲率以外，输入孔82通常是倾斜的。另一替代的辅助光学器件包括加利福尼亚州Torrance的Amonix公司所使用的镜面的露天辅助光学器件。
在聚光器2中使用的辅助光学器件可具有任意数量的侧面(或者甚至具有圆形或椭圆形的轮廓)和任何适于在太阳能聚光器中使用的形状。优选地，如辅助光学器件24和80所示，在聚光器2中使用的辅助光学器件具有四个侧面。
辅助光学器件24可由任何适于在太阳能聚光器2中使用的材料制成。在一个优选实施方式中，辅助光学器件24可由固态玻璃制成，利用全内反射(TIR)朝着辅助光学器件24的出口孔28反射光线。
辅助光学器件24能够可选地包括一种或多种已知在辅助光学器件上使用的涂层。例如，辅助光学器件24可在辅助光学器件24的侧壁上使用反射涂层。作为另一实例，辅助光学器件24可在辅助光学器件24的入口孔26上包括大约透明的抗反射涂层，以帮助改进聚焦的阳光在辅助光学器件24中的接合。
如图15所示，壳体(外壳)92以结构上刚性的方式定位在辅助光学器件24上并与其接触。如所示出的，外壳92包括孔93，该孔至少是辅助光学器件24的入口孔26的大小，使得外壳92不会不适当地阻挡入射到孔26上的光。而且，壳体92可至少部分地保护辅助光学器件24不受内侧区域127的环境的影响。优选地，如所示出的，外壳92的内表面以结构上刚性的方式与凸缘42接触。在优选实施方式中，辅助光学器件24(优选地是凸缘42)以结构上刚性的方式与外壳92的顶部内表面形成密封。可选地，辅助光学器件24(优选地是凸缘42)可以以结构上刚性的方式粘结至外壳92的顶部内表面(例如，用密封剂)。
可以任何适于用在散热器组件10上的方式将外壳92的底部直接或间接地固定至散热器62。在一个优选实施方式中，如图15所示，用铆钉68将外壳92固定至散热器62。替代地，可用一个或多个机械件代替外壳92，所述机械件可以结构上刚性的方式接触辅助光学器件24，并且，可选地，至少部分地保护辅助光学器件24不受内侧区域127的环境的影响。
可以任何方便的方式装配散热器组件10。图27是太阳能电池组件50和辅助光学器件24的优选材料堆叠的分解图。分解顺序建议是优选装配顺序。在一个优选方法中，首先由电路板51、太阳能电池52和旁通二极管54制造太阳能电池组件50。优选地，可在电路板51的一部分上涂覆密封剂102，以保护并绝缘太阳能电池引线103。优选地，在太阳能电池52的顶面涂覆光学粘合剂或凝胶106的薄层，并以使得离开聚光光学器件的会聚光入射到光伏电池上的方式将辅助光学器件24附接至太阳能电池52。然后，优选地，用热粘合剂104将具有辅助光学器件24的电路板51粘结至散热器62。最后，优选地涂覆保形涂层108，以覆盖整个太阳能电池组件50。涂层108可接触光学粘合剂106，但是优选地留有较小的间隙，使得涂层108不会接触辅助光学器件24。该间隙优选地是一英寸的千分之几，但是在图27中为了清楚起见而将该间隙放大。
光学粘合剂或凝胶106优选地具有这样的折射率，其与辅助光学器件24的材料的折射率一样高或比其更高，并与构造太阳能电池52的材料的折射率一样低或比其更低。然而，寻找一种满足期望的折射率标准并还可承受高紫外负载的粘合剂或凝胶106会具有挑战性，因此可进行折中，这确定一种经受紫外负载但是具有比将是最优选的折射率稍低的折射率的粘合剂。
对于在散热器组件10中使用的所有粘合剂，虽然优选实施方式考虑了热固化液体粘合剂，但是可以使用任何类型的粘合剂。
参考图14，可以如下方式将太阳能电池组件50和散热器62装配在一起，使得太阳能电池52接收通过聚光器模块2的孔的入射光，优选地用热粘合剂。
本发明教导了多种在大体积中制造可靠的散热器组件的新颖方法。已经描述了例如对准记号和过大尺寸孔的技术，以允许精确的机器人对准。期望新颖技术的另一范围是将光学辅助器件24装配至太阳能电池52的装配中，以及将产生的组件50装配至散热器62的装配中。具有之前提到的期望特性(对于光学粘合剂，例如对强烈紫外辐射的透明度和容许度的性质，并且对于热粘合剂，例如介电均衡和高热导率的性质)的粘合剂是可获得的，但是，在快速固化模式中可能不容易获得最佳粘合剂。对于延长的时间周期内，例如一个小时或更长，许多期望的粘合剂在高温下热固化。
由于希望用期望的精度等级来装配这些部件，所以，希望提供固定设备，以在粘合剂固化的同时使这些部件适当地对准。然而，这种固定设备可能是昂贵的，因此，如果希望每小时制造例如几百或几千个散热器组件10，那么可能需要几百或几千个昂贵的精确固定设备。
本发明教导：可以使用粘性固化(tack curing)的技术(对于太阳能聚光器领域来说是新颖的)来实现所需的高精度装配，同时需要更少的固定设备。粘性固化是这样一种技术，由此将粘合剂至少部分地固化，以达到低强度但是有效的粘结，允许可能在最终固化之前依赖粘结的进一步操作，只要所述进一步操作不会在粘合剂上产生不适当的应力。于是，散热器组件的优选制造方法如下所述地进行：1)将一个或多个太阳能电池组件放在旋转工作台中的适当形状的容器中；2)将光学粘合剂分配在太阳能电池52上；3)利用可选的机器视觉进行引导，可选地利用机器人将辅助光学器件24精确地放在太阳能电池52上，利用对准记号作为机器视觉系统的位置参考。机器人将夹具或其它固定设备与精确定位的组件连接，以将它们保持在适当的位置；4)将(优选地预加热的)加热板从下方的旋转工作台提出，以使预期的太阳能电池组件与辅助光学器件接触；5)在短时间间隔(例如15秒)内施加超过例如150℃的热量，以便初始地将光学粘合剂固化至仍远离全强度(full strength)的点，但是已达到可承受存在于生产线中的缓和的(benign)振动干扰的足够刚度；6)对于每个具有辅助器件的太阳能电池组件，将热环氧树脂分配在散热器上；7)利用机器人将每个具有辅助器件的太阳能电池组件放在散热器上，使得机器人以期望的力将组件压在散热器上，优选地将组件固定至散热器，使机器人不进行进一步操作；8)在短时间间隔(例如50秒)内施加超过例如150℃的热量。由于散热器可能趋向于带走(wick away)任何单独施加于粘合接头的热量，所以，优选地反而使用一些类型的烤炉来立刻加热整个预期的加热器组件。此热量将由此将热粘合剂和光学粘合剂粘性固化至在装配过程中它们可承受正常处理的点；9)去除固定设备(并将其返回至将允许再次使用的位置)并将散热器组件放在缓慢的传送带上，该传送带会将散热器组件带入温度超过例如150℃的固化炉，持续例如90分钟的时间，以达到所有粘合剂的全强度固化；以及10)允许已完成的散热器组件冷却，并将其从传送带移去除。
再次参考图4和图5，如所示出的，孔4优选地是矩形的。孔4的示例性尺寸是大约29英寸×15英寸。替代地，孔4可以具有适于太阳能聚光器的任何尺寸和形状。
如所示出的，透镜6优选地是单独透镜12的“拼花”作为光学元件，以会聚阳光。同时考虑图4、图5和图20，每个单独的透镜12将从孔4的孔14入射的阳光的光线16会聚至高强度的焦点20。有利地，可利用光的焦点20从太阳能电池52产生电力。
如所示出的，透镜6优选地包括单片整体的透镜12。替代地，透镜6可由单独的片状子透镜12组成。
透镜6可由任何适于太阳能聚光器中的透镜的光学材料制成。示例性材料包括塑料材料，例如丙烯酸树脂。
如图4和图5所示，透镜6优选地包括大约正方形的透镜12组成的4×2的拼花。如所示出的，透镜12优选地是正方形的，因为正方形的透镜12可帮助使聚光器2更短，因为聚光器的最小实际高度通常由透镜的最大尺寸决定。替代实施方式可在拼花中使用其它的透镜形状(非正方形)和不同数量的透镜。本发明还教导了其它类型的拼花(例如六角形透镜的拼花)可能接近优选的孔轮廓，其包括圆形部分440(在下面参考图57讨论)。因此，替代实施方式包括六角形或其它形状的透镜的拼花，或者异形透镜的拼花，以帮助接近优选的“封口的长方形”形状。
本发明认识到，太阳能电池板1将产生的能量的量趋向于与透镜的效率直接相关。透镜12的效率可描述为透镜12适当地聚焦至焦点20时的光的量与进入孔14的光16的量的比值。本发明还认识到，在某些实施方式中，菲涅耳(Fresnel)透镜是优选的，因为菲涅耳透镜在重量和成本上趋向于比至少一些其它透镜相对小得多。注意到，因为优选的透镜12是正方形的，所以至少有两种考虑透镜12的焦距与直径的比值的方式。相对于透镜12的宽度(w)，小于1.25的f/w比值会导致无法接受的光损失。相对于对角线(d)(对于正方形透镜12，对角线是宽度的1.41倍)，小于大约0.9的f/d比值会导致无法接受的光损失。
当增加优选实施方式的其它期望的部件(包括辅助光学器件24和散热器62)时，本发明认识到，制造高度比宽度的2倍小得多的适当有效的聚光器2可能具有挑战性。
有利地，有效的菲涅耳透镜构造的4×2阵列会形成聚光器2的宽度大约是高度的一倍的聚光器2，允许在太阳能电池板1中相对紧凑地组装聚光器2，以获得相对高的效率。为此原因，在拼花的最短尺寸上(例如，在图2中的南北方向上)具有至少两个透镜的拼花是优选的，从而给出至少1∶1的宽高比。替代地，拼花透镜6可以是任何阵列的透镜12。例如，拼花透镜6可以是4×1阵列的透镜12。
在替代实施方式中，如图57所示，通过增加圆形部分440可扩张聚光模块502的输入孔，从而增加了太阳能电池板的采光面积(并由此提高了效率)，而不需要增加任何空间。
参考图57，本发明进一步教导了矩形孔和透镜拼花6，它们在东西方向上比在南北方向上更宽，趋向于将孔4中不包括圆形部分440时浪费的空间(以及由此所损失的光和所损失的效率)的量减到最小。因此，优选的实施方式趋向于不对称的孔。如图58中的区域446所示，孔的优选形状是“封口的长方形”。此封口的长方形由第一构造圆444构造，该第一构造圆是矩形模块的转角扫过的周界，该模块在倾斜运动中铰接。然后，通过使优选模块的长边延伸通过该圆的边缘来构造线442。所得到的内部区域446是优选的形状。注意到，优选的模块2改为使用矩形孔，以帮助易于制造。
但是，通过选择具有大于1.5比1的纵横比(南北宽度与东西宽度的比值)的矩形孔，可帮助将相对于理论上理想的孔446的损失面积440的量减到最小。因此，当使用大于1.5比1的纵横比时，矩形孔的制造简单性将趋向于比更复杂的理论上理想的孔446更优选。
在优选实施方式中，透镜具有m×n阵列的单独的透镜，m＞1，n＞1，并且m≠n。优选地，n大于或等于1.5，或者甚至大于或等于2。如图4所示，透镜6具有一阵列的单独的透镜12，其中，n＝2，m＝4。如所示出的，沿着基本上平行于倾翻轴线17的轴线出现“n”尺寸。
替代实施方式考虑非常大的纵横比，例如3比1或4比1，其中透镜拼花包括6×2或8×2个透镜。然而，当桶状件在东西方向上的宽度变大时，变得必须将产品安装在离屋顶更高的地方，使得桶状件具有在倾翻运动中自由摆动而不会撞击屋顶的空间。也就是说，参考图3，当纵横比增加时，支柱356变得越来越高，导致结构刚度变差。
更宽的模块也会在总体上改变太阳能电池板的总纵横比。优选实施方式选择4×2个透镜拼花，其在组装密度、结构刚度和希望围绕重心铰接之间接近最佳的平衡。
如所示出的，每个透镜12优选地是菲涅耳透镜。替代地，一个或多个不同类型的聚焦元件可用作透镜12。例如，透镜12可以是标准透镜、反射透镜、全内反射-折射(TIR-R)透镜，这些的组合等。类似地，透镜不必是平面的。透镜可以是圆顶形状的或其他三维形状的。
每个透镜12可具有任何适于聚光器的尺寸。透镜12的一个示例性尺寸是7英寸×7英寸。透镜6在透镜12周围可以可选地包括边界，例如1/2英寸的边界。
在图28至图34中示出了太阳位置传感器212。优选的传感器212包括不同的窄角和宽角传感器，每个传感器包括感测入射太阳光的多个光二极管。基本方法可与第11/974,407号(Johnson Jr.等人)中的方法一致，该专利的申请日是2007年10月12日，其内容整体结合于此以供参考。传感器212优选地包括位于精确缝隙226和掩模228后面的一组宽角感测二极管222和一对窄角感测二极管224。优选地，缝隙226和掩模228模制在传感器本体230中。优选的太阳位置传感器212是单轴传感器，被设计为主要对优选轴线上的太阳位置敏感，而不知道其它轴线上的太阳位置。
参考图28，传感器212包括优选地注塑成型的主体230、透明盖232和输出电缆234。可以用透明材料(例如硅树脂)填充透明盖内的体积，以便消除传感器内的冷凝或污染的可能性。
图29示出了去除透明盖的传感器212，并更清楚地展示了宽角感测光二极管222和精确缝隙226。
图30示出了传感器212的背面，包括后盖228和安装特征231，所述安装特征与桶状件8上的特征210中的安装孔220配合。
图31示出了去除后盖228的传感器212，并展示了电路板232和二极管支架234。
图32是太阳位置传感器212的前视图，并示出了主要被二极管支架234覆盖的电路板232。二极管支架234优选地是注塑成型的零件，其使二极管在电路板上方的优选高度处焊接至电路板，并处于优选的精确方向上，如图33中进一步详细地示出的。
图34示出了模制在主体230中的窄角光二极管224和缝隙226的截面图。该图从传感器212的顶部开始，位于缝隙226下方的平面中。当太阳经过传感器212时，缝隙226可在窄角二极管224上投射阴影。掩模228提供精密的孔，缝隙226的阴影投射在所述孔上，从而形成非常精确的传感器，即使光二极管本身在机械上不完美。
优选地将传感器212设计为仅对一个轴线上的太阳位置敏感，因此，希望至少两个优选的传感器212完全确定太阳的位置。此外，因为可能相邻的聚光器模块2或附近的聚光太阳能电池板1投射阴影，所以，希望有多余的传感器212用于两个轴线(倾斜轴线和倾翻轴线)中的每个轴线，使得即使一个传感器212被遮蔽时，另一传感器212仍可优选地见到太阳。在优选实施方式中，将多余的传感器212放在桶状件8的相对侧上(在东西方向上)，以帮助对阴影提供耐受能力。
这些传感器212包括窄角和宽角感测元件。在申请日为2007年10月12日的第11/974,407号(Johnson Jr.等人)共同未决申请中详细地说明了基本上相似的跟踪传感器。
信号电缆234对图54所示的控制电子元件239馈给信号(在下面讨论)，其中，软件可解释来自传感器212的数据，以推断太阳的位置并命令电机适当地移动，使得太阳能电池板1指向太阳。
聚光太阳能电池板1包括与铰接机构3接合的多个太阳能聚光器模块2。图40所示的优选的铰接机构3包括框架304、连杆308、驱动组件310和枢转组件312。
图35至图38示出了整个太阳能电池板1的环境中的铰接机构3的框架304，而图39示出了分离的框架304。注意到，在优选实施方式中，铰接机构3(倾翻并倾斜地铰接)定位在图7所示的系统1的覆盖区的下方/下面/之下或接近覆盖区和/或在覆盖区内。如图39所示，优选地，以铰接方式将聚光器模块2在枢转点306处与框架304物理地接合，其在腔体134和136内与桶状件8连接。框架304包括两个底架构件305和307，它们与轴(第三底架构件)302刚性地、物理地接合。每个底架构件305、307和302基本上平行于其它的底架构件，并且，每个底架构件305、307和302沿着电池板1的覆盖区的长度“L”(见图1)延伸。如图40所示，框架304优选地安装在轴302上，该轴优选地使框架304(包括模块2)围绕倾斜轴线15(例如，如图2所示的南北轴线)枢转，以使框架304在圆弧或曲线上移动，类似于钟摆的运动。在优选实施方式中，除了铰接模块2以外，框架304和/或轴302对电池板1内的模块2提供足够的结构支撑。优选地，框架304和/或轴302可支撑模块2的重量和任何附加的机械负载(例如包括但不限于雪)，而不会失误，但是，轴302可能经历弯曲，而不会对性能产生影响。
如所示出的，框架304与轴302分离。在优选实施方式中，框架304在一对点314处附接至轴302。这些点314优选地位于沿着框架304的长度中途的位置处，例如，沿着框架304的路线的大约25％和75％的位置处。在优选的点314处将框架304与轴302附接，在保持结构刚度的同时，可减小框架304的偏转和/或允许减小框架304的质量。倾斜轴302优选地与倾斜轴线15的枢转元件310和312配合。因为框架304如所示出的仅在两个点314处与轴302附接，所以，轴302由于重力导致的任何弯曲趋向于不传递至框架304。以这种方式将轴302的任何下垂与框架304隔离，可有利地允许减小轴302的质量，而不会损失性能。注意到，连接点314优选地还用作弯曲部分或轴承，以帮助防止弯矩在轴302和框架304之间的传递。用于轴302的一种优选材料包括铝(例如，挤压的铝管)。
替代地，框架304可与倾斜轴线枢轴310和312直接配合。在这种替代实施方式中，框架304由于聚光器模块2的重量会弯曲，并且，通常弯曲的程度会随着倾斜轴线15旋转而变化。当模块2围绕倾斜轴线15铰接时，这种弯曲的变化会导致模块2围绕倾翻轴线17指向彼此稍微不同的方向。如果模块2没有指向基本相同的方向，那么，聚光太阳能电池板1的受光角总体上趋于减小。因此，可期望将这种不同的指向误差减到最小。
本发明认识到，在许多感兴趣的市场中，在一年的部分时间，例如在北纬的冬季，南部天空中的正午时的太阳位置可能相对低，而夏季时太阳的正午位置接近顶点。因此，期望在聚光太阳能电池板1的优选南端执行倾斜轴线支撑312，以便不在任何聚光器模块2上投射阴影，特别是，例如，在北纬冬季的正午时。而且，期望支撑312允许聚光器模块2具有间隙，以倾翻地铰接，而不会干扰支撑312。
在一些实施方式中，倾斜轴线15的南端位于比北端更低的高度。这种布置会导致相对于电池板1所安装的平面稍微倾斜的倾斜轴线15。在功能上，倾斜的倾斜轴线15通常不会不适当地影响太阳能电池板1的操作，但是，由于这种倾斜而可以有利地具有减小遮蔽的效果。
在优选实施方式中，通过图41中详细示出的鹅颈连接件316可增强不遮蔽和间隙功能。鹅颈件316优选地装配在轴302中，并围绕倾斜轴线15向上形成弧形至期望的枢转点，其在整个太阳能电池板1的运动质量的重心处或基本上在该重心附近。鹅颈件316可由任何适于铰接(优选地，支撑)轴302和轴302可能承载的任何负载(例如铸铝)的材料制成。
鹅颈件316优选地通过轴承324在枢轴322处与安装板320配合。轴承324可以是优选地允许轴302相对于安装板320的铰接范围具有一定的期望量的任何轴承。有利地，这种铰接范围可适应安装过程中安装点(未示出)位置的预期变化。因此，如果希望的话，本发明可允许使用传统的平板太阳能安装技术。一个优选的轴承324包括是部分球面轴承的轴承。另外，枢轴322优选地在轴承324中纵向地自由滑动，从而允许安装板320优选地在南北方向上平移，帮助适应安装轨道(例如，图2中的轨道350和352)的位置变化。轴承324可由任何适当的材料制成，例如聚合物。
虽然优选实施方式包含单个主支撑轴302，但是，替代实施方式可以使用不止一个主支撑轴302。
优选地，由图40所示的驱动组件310使轴302围绕倾斜轴线15铰接。如图42所示，驱动组件310附接至支架326。图42还示出了电子元件壳体240。
可利用任何适当的紧固件将铰接机构3的驱动端310与支撑物附接。如所示出的，驱动端310与安装支架326附接。支架326包括用于与安装轨道附接的安装孔328。图2中示出了一种安装聚光太阳能电池板1的方法，其中，支架326与轨道350配合，并且鹅颈安装板320与轨道352配合。图3示出了整个屋顶环境中的这种方案，其中，将一组轨道354支撑在一组支柱356上，提供了大量可能的安装点。
回到图42中的安装支架326，安装支架326通过轴承334在枢轴332与驱动组件310配合。枢轴332和轴承334共同优选地形成万向节，允许在此接点的两个运动自由度，从而适应安装精度的变化和倾斜轴线15例如相对于屋顶平面的轻微不对准。可以在电池板1的一端或两端处设置万向安装接头(例如，由如图42所示的枢轴332和轴承334形成的万向节)。电池板1可纵向灵活地围绕倾斜轴线15被驱动，并优选地被支撑。有利地，电池板1可继续适当地操作，甚至当支架静止地位于不正确的位置和/或动态地移动时。
参考图43，更详细地示出了驱动机构310。优选地，轴348(和扇形齿轮360，如图44所示)保持固定，同时整个倾斜机构310可围绕该轴旋转。机构壳体包括盖336和本体338。本体338安装在倾斜轴302中。而且，参考图44，盖336包括容纳齿轮344的凸出部分340和容纳限制销346的凹口342。
盖336和本体338可由任何适当的材料制成。一种优选材料包括铸铝。
图44和图45是去除盖336后的倾斜驱动机构310的视图。箱体370中的电机(未示出)提供机构310的启动，并优选地是步进电机。电机驱动蜗轮368，该蜗轮转动齿轮344，提供第一齿轮减速。齿轮344由此使得支撑于轴承366上的蜗轮364旋转，所述轴承优选地是半球形聚合物轴承。然后，蜗轮364使得壳体338围绕固定的扇形齿轮360旋转，提供第二齿轮减速。
希望倾斜机构310不需要维护，并由此优选地不必润滑。为了帮助实现此目的，优选的机构包括由适当材料制成的齿轮，例如，对于齿轮344和360来说是塑料，且对于蜗轮368来说是黄铜。蜗轮364可以是适当的金属(例如，不锈钢)，因为其仅接触塑料和聚合物的部件。类似地，聚合物轴承366帮助机构310不必润滑。蜗轮368优选地包括黄铜，使得可以通过压配合装配至电机的轴。
扇形齿轮360包括凹口362，销346在其运动的极限位置进入该凹口。例如，通过在轴环372和一个凹口362中设置簧片开关和磁体，销346上的轴环372优选地实现限位开关。
参考图40，通过电机的作用使整个框架304优选地围绕倾斜轴线15铰接。图40还示出了围绕倾翻轴线17提供启动的优选部件(对于倾翻轴线17，见图2)。优选地将桶状件8排列在一起，使得它们围绕其相应的倾翻轴线17同步移动。优选地，每个桶状件8支撑在枢转点306处，并且，每个桶状件围绕支架382和支架380上的这些点306铰接。通过连杆臂308的运动使桶状件8铰接。
图35示出了优选的支架380和382、框架和连杆臂308。框架包括东侧轨道384和西侧轨道386。轨道384包括支肋390，并且轨道386包括箱式支肋392。连杆臂308包括支肋394。
在图46、图47和图48中的截面图中，进一步详细地示出了支撑并铰接倾翻轴线的优选方法。图46和图47是西侧轨道386和支架380的视图，在稍微不同的深度处获得所述截面。在图47中，而且返回参考图10，支架380和桶状件8的配合是看得见的，包括支架的顶部在腔体136中的凹口172中的嵌入、支架380在螺纹插入件174中的螺纹连接、以及支架380在凸块176上的位置。
类似地，图48中的截面图示出了东侧轨道384和支架382。而且，返回参考图11，其示出了支架382如何装配在腔体134内的槽202中并且如何拧在螺纹插入件206中。图48还示出了连杆臂308如何相对于轨道384移动，导致桶状件8围绕倾翻轴线17铰接。线性致动器(在下面讨论)使得心轴402在槽404中滑动，使得连杆臂308以圆弧移动，使得支架382旋转并由此使得聚光器模块2铰接。
图49和图50示出了驱动桶状件8围绕倾翻轴线17的线性致动器。在图51和图50中，已经去除了两个聚光器模块2，以展示由电机408驱动的致动器406。整个致动器在安装于支架412和东侧轨道384中的心轴410上枢转。该致动器使得心轴402在槽404中滑动。该致动器还包括启动限位开关的操纵杆414。
聚光太阳能电池板1的桶状件8可能偶尔在太阳能电池板1内的相邻桶状件8上和/或在相邻太阳能电池板1内的桶状件8上投射阴影。优选地，功率小于或与阴影的量成正比地下降。
在串并联电路中，优选地布置来自桶状件8内的散热器组件10的电源线53和56，具有来自其它桶状件8的输出配线，以产生期望的输出电压和电流。虽然传统的太阳能电池板在甚至稍微被遮蔽时便快速地损失功率，但是，期望这里的优选实施方式表现出对遮蔽的耐受能力。在实践中，在传统的太阳能电池板中，功率输出会由于通过太阳能电池板中的不同太阳能电池的电流不匹配而下降。优选地，选择串并联电路，以帮助使得一个或多个桶状件能够耐受遮蔽，例如，来自太阳能电池板1内的相邻桶状件8或来自相邻的太阳能电池板1。
优选地，模块2的电路包括至少四个太阳能电池，其中，第一组太阳能电池包括至少两个平行布线的太阳能电池，而第二组太阳能电池包括至少两个平行布线的不同的太阳能电池，并且，其中，第一和第二组太阳能电池串联地布置。在优选实施方式中，聚光器具有至少2×n阵列的太阳能电池(其中，n大于或等于2)，并且，给定太阳能电池组的至少两个太阳能电池来自不同的行。优选地，如下面结合图52和图53描述的，太阳能电池平行地布置在Z字形图案中。
在图51中用示图示出了并在图52中示意性地示出了可帮助桶状件8耐受遮蔽的示例性布线图。配线185与集线器132一起连接散热器组件10内的太阳能电池52，以形成串并联电路，如图51和图52所示。于是，所得到的串并联电路优选地提供至少两个通过桶状件8的底部145离开的输出配线186，优选地作为通过一个或多个优选地不透水的馈通(feedthrough)188离开桶状件8的一个或多个输出电缆。
如所示出的，集线器132优选地分别包括高、中、低母线180、182和184(也可见图12)。参考图51、图52和图53，通过将电源线53和56与母线180、182和184适当地连接，优选实施方式将太阳能电池从孔1、4、5和8平行地放置，并将太阳能电池从孔2、36和7平行地放置，然后将这两个平行的组串联连接。由于两个平行组的每个的总照明不同，而可能出现由于遮蔽而产生的不成比例的损耗。如果将阴影作为近似的直线透射在聚光器模块2上(例如阴影190)，那么两组中的照明的净损耗将趋于相等。例如，如图53所示，孔1和4的总阴影面积与孔2的阴影面积大约相同。优选的布线图可帮助防止因这种遮蔽出现不成比例的不利结果。
同样存在于优选实施方式中但是未在图52中示出的，旁通二极管与每个太阳能电池平行地放置，以保护电池不受到反向电压，如当桶状件的大部分处于阴影中时可能发生的。
参考图11和图12，桶状件的东侧进一步优选地包括功率馈通188、槽202、排气口204、螺纹插入件206和可选的接地爪208。槽202和插入件206用于与将安装支架与桶状件连接，将在后面描述。接地爪208是用于从桶状件的内侧与外部接地的布线系统的可选特征(替代的路径是通过散热器)。
在电源线186离开馈通188之后，优选地将来自桶状件的配线串联连接在一起，以产生期望的电压和电流输出。
替代实施方式可以使用其它配线方法代替集线器132，包括印刷电路板(未示出)、预形成的排架(bent)(未示出)和/或焊接的配线结构(未示出)，以及共同模制在桶状件8的底部中或模制在装入桶状件8的底部中的辅助部件(未示出)中的配线(未示出)。
太阳能电池板1可产生任何期望的电压和电流强度。在通常条件下，一个示例性实施方式在12.5安培包括大约32伏的电压。
桶状件8优选地能够围绕倾翻轴线17和倾斜轴线15保持在适当的位置，电机不提供任何扭矩(即，它们优选地不是“后部驱动的”)。致动器406和齿轮箱310均包含蜗轮和/或螺旋齿轮，以帮助实现非后部驱动性。
优选地，通过步进电机使桶状件8围绕倾翻轴线17和倾斜轴线15启动。步进电机可在低速下提供高扭矩，这对于跟踪太阳能收集器而言具有典型的规格。优选的步进电机可由图54所示的电子控制模块239驱动。每个聚光太阳能电池板1优选地具有一个电子控制模块239，但是，替代的实施方式可从单个电子控制模块(未示出)控制多个电池板1。
电子控制模块239包括微控制器，优选地是来自AVR系列处理器的Atmel AT90CAN12、输入功率调节器、电机驱动器、输入信号调节器、外部数字接口、以及用软件对微控制器编程的装置。可以采用任何适当的闭环或开环跟踪算法。优选地，采用闭环算法。
如图35所示，控制电子元件容纳在小箱子240中。
电子控制模块239从一组优选地四个太阳位置传感器212接收输入。电子控制模块239优选地使用第一顺序闭环伺服算法来指向太阳，与当前太阳速度的开环估计器一起，当太阳跑到云或其它障碍物后面时，帮助保持大约正确的指向。如果需要的话，可以可选地禁止该开环估计器。虽然具有开环估计器的第一顺序伺服是优选的，但是可以采用任何适当的控制方案，包括纯开环、第二顺序闭环伺服、或更复杂的补偿伺服。
优选地，通过外部未调整的24V直流电源对电子控制模块239供电。可在电子控制模块239本身上执行最终的调整。可以使用任何其它适当的电力方案，包括外部交流电源、可选地由电池板本身再充电的车载电池、或自发电的电源，例如在美国公开No.2007/0102037(Irwin)中所描述的，其内容整体结合于此以供参考。
电子控制模块239优选地包括允许用操作软件在工厂中对微控制器编程的接口。
电子控制模块239还优选地包括数字接口，优选地是CAN母线，可通过其报告电池板遥测，包括跟踪系统性能数据(例如传感器读数、电机速度和伺服误差)和/或电池板功率数据(例如，电流和/或电压输出)。
在工厂对每个电池板1分配一个优选地唯一的ID，使得其遥测可以与CAN母线上的所有其它的区分开。另外，电子控制模块239优选地提供听取CAN母线上的命令的能力，使得外部控制计算机可与母线连接，以命令诊断或其它有用的功能。电子控制模块239还优选地提供在该CAN母线上对微控制器重新编程的能力，从而允许例如更新场中的系统固件的能力。
不同的目标客户可以权衡其设备中的功率密度和总成本之间的关系。例如，由于高功率系统通常更好地分摊系统成本(包括逆变器、支架、许可证、顶部装置和设备)的平衡，所以一些客户可能希望相对较高的功率密度，从而希望在东西方向上紧凑地组装聚光器模块2。其它客户将对这些成本不太敏感，并可能希望每个模块2具有最大的年能量输出。这些客户可能希望使模块2在东西方向上间隔得很远，使得模块2在一年的大部分时间不太可能彼此遮蔽。
本发明通过优选地在单个倾斜轴线15上的单行中提供模块2，来提供一种满足两种类型客户的需求的解决方案。然后，客户可根据需要调节围绕倾斜轴线15(其是在优选地定向系统中最可能经历规则的和/或明显的遮蔽的方向)的相邻聚光太阳能电池板1之间的间隔，以达到期望的成本/收益比。在优选实施方式中，电池板1的倾斜轴线与倾斜轴线之间的间隔可能仅仅36英寸(39英寸为安全裕度)，如图56所示。通常，没有上限。在替代实施方式中，倾斜轴线与倾斜轴线之间的间隔可能相对更小，例如，低到如同聚光器模块2的宽度。
如图55所示，通过聚光器模块倾斜地铰接时所扫过的圆的直径来设置最小的间隔，同时在其最大程度(在优选实施方式中是70度)时倾翻。优选地，模块2之间的最小间隔大约是模块2的对角线的长度。例如，对于如图55所示的29英寸×15英寸的矩形模块2，对角线是32.7英寸。
如果倾斜轴线15未与倾翻轴线17精确地相交，那么，当模块2铰接时，聚光器模块2趋于以圆弧运动，而不是仅在适当的位置中枢转。在最一般的情况中，如图56所示，相邻的聚光太阳能电池板1可以在相反的方向上倾斜地铰接，同时还围绕桶状件8的几何中心铰接一小圆弧，导致优选实施方式中的至少36英寸的最小间隔。在安装过程中允许一定的误差范围，可使用至少36.3英寸的中心到中心的距离。
在替代实施方式中，相邻聚光太阳能电池板的倾斜轴线可同步操作，相邻的单元1可检测彼此的位置，使得电池板1不会碰撞，和/或单元1可以耐受碰撞。有利地，这种实施方式可允许图55所示的更紧凑的间隔。
参考图59，除了围绕倾翻轴线17和倾斜轴线15的铰接以外，一替代实施方式增加了围绕视线(即，当聚光器模块2指向太阳时，太阳方向上的轴线)的铰接。围绕视线轴线的适当铰接可导致聚光器模块2旋转，使得用图59的情况代替图55的情况。在这种实施方式中，电池板1的中心到中心的间隔可以比聚光器模块2的宽度小得多或与其接近，在一些替代实施方式中可能是30英寸。
然而，在所有上述内容中，虽然优选实施方式中的聚光模块2沿着优选实施方式中的倾斜轴线均匀地隔开，但是它们可以在倾斜轴线15上以任何期望的间隔隔开。
对于本领域的技术人员来说，在考虑本说明书的基础上或通过这里公开的本发明的实践，本发明的其它实施方式将是显而易见的。在不背离由所附权利要求表明的本发明的真正范围和实质的前提下，本领域技术人员可对这里描述的原理和实施方式进行各种省略、修改和变化。

Claims (10)

1.一种针对较多电力以及较小区域的经优化的光伏电力系统，包括：
多个光伏聚光器模块，其在二维阵列中以这样的方式紧凑地组装，即，使得每个光伏聚光器模块接收的入射太阳光最大化，同时来自其他光伏聚光器模块的投影最小化，其中，每个光伏聚光器模块包括：
主体部分，所述主体部分具有：
底部，
与所述底部连接的多个侧壁，其中，所述底部和所述多个侧壁限定所述主体部分的内部区域，
在所述侧壁上的两个腔体，所述两个腔体延伸到所述内部区域中，其中每个腔体具有连接点，
倾翻铰接机构，其包括耦合到每个腔体中的所述连接点的一个或更多个鹅颈构件，使得所述倾翻铰接机构能够围绕基本上平行于所述光伏聚光器模块的最长尺寸的第一轴铰接所述光伏聚光器模块，其中所述倾翻铰接机构、所述腔体以及所述连接点经配置以最小化由所述其他光伏聚光器模块的入射太阳光造成的投影，以及
与所述底部相对定位的一个或更多个孔，每个孔包括多个透镜，所述多个透镜在所述每个孔中以这样的方式定位，即，使得每个透镜能够将入射光引导至在所述主体部分的所述内部区域的太阳能电池上的焦点；以及
倾斜铰接机构，其经配置以围绕基本上垂直于所述第一轴的第二轴铰接所述多个光伏聚光器模块，使得所述多个光伏聚光器模块与太阳对准并且在一天中追踪所述太阳，从而使得所述入射太阳光通过相应的透镜直接聚焦在相应的太阳能电池上，
其中所述倾斜铰接机构包括底架和通过可移动接头耦合到所述底架的安装板，所述可移动接头经配置以允许所述安装板相对于所述底架以适应多个安装位置的方式移动，
其中所述一个或更多个鹅颈构件通过所述可移动接头在枢轴处与所述安装板匹配，并且
其中所述可移动接头允许围绕所述第一轴相对于所述安装板有一期望的铰接范围，以最小化由所述其他光伏聚光器模块的入射太阳光造成的投影。
2.根据权利要求1所述的光伏电力系统，其中所述主体部分包括整体的模塑料材料。
3.根据权利要求1所述的光伏电力系统，其中所述主体部分包括选自由环氧树脂、片状模塑料（SMC）和块状模塑料（BMC）组成的组的一个或更多个材料。
4.根据权利要求1所述的光伏电力系统，其中每个光伏聚光器模块进一步包括在所述主体部分的外部表面上的散热器组件，所述散热器组件包括散热器以及一个或更多个结构支柱，所述一个或更多个结构支柱定位在所述一个或更多个孔上方使得所述一个或更多个结构支柱允许入射光穿过所述一个或更多个孔，并且其中所述一个或更多个结构支柱与所述主体部分的外表面以结构支撑的方式接触。
5.根据权利要求1所述的光伏电力系统，其中，所述倾翻铰接机构包括相邻所述底部定位的至少三个底架构件，其中，第一底架构件与所述连接点中的一个在第一腔体中物理地接合，第二底架构件与另一个连接点在第二腔体中物理地接合，并且，至少第三底架构件与所述第一和第二底架构件以这样的方式物理地接合，即最小化由所述其他光伏聚光器模块上的入射太阳光造成的投影。
6.根据权利要求1所述的光伏电力系统，其中所述倾斜铰接机构进一步包括圆柱件，所述圆柱件位于所述底架和所述安装板之间并具有第一端和第二端，其中，所述第一端与所述底架刚性地接合，并且所述第二端通过所述可移动接头可移动地耦合到所述安装板。
7.根据权利要求1所述的光伏电力系统，其中所述可移动接头是球面轴承。
8.根据权利要求1所述的光伏电力系统，其中所述主体部分进一步包括位于所述内部区域中的一个或更多个排气口，并且其中至少一个排气口包括可透过气体的半透膜，使得所述内部区域能够稳定周围的大气压。
9.根据权利要求1所述的光伏电力系统，其中至少一个光伏聚光器模块的所述主体部分的所述一个或更多个侧壁进一步包括用于安装太阳传感器的一个或更多个安装特征。
10.根据权利要求1所述的光伏电力系统，其中所述多个透镜包括m×n阵列的透镜，其中，m和n是整数，m＞1，n＞1，并且m≠n。
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