CN102195524A

CN102195524A - 具有风向标的太阳能系统

Info

Publication number: CN102195524A
Application number: CN2011100704769A
Authority: CN
Inventors: R·E·格里普
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: US20110226232A1; EP2366965B1; EP2366965A2; ES2549586T3; EP2366965A3; US9175882B2; CN102195524B

Abstract

一种太阳能系统，包括限定纵轴线的基架、被基架支撑且相对于基架围绕纵轴线可旋转的框架以及可操作地连接至框架从而响应于作用在风向标上的风而相对于基架围绕纵轴线推动框架的风向标，所述框架包括至少一个日光装置。

Description

具有风向标的太阳能系统

技术领域

本申请涉及用于最小化施加于太阳能系统的负载的设备、系统和方法，尤其当这种太阳能系统处于收起构造时。

背景技术

太阳能系统通常包括支撑用于从太阳能产生电能的各种光电池、日光集中器、反射体、镜子和/或透镜的框架。例如，框架可以支撑光电池阵列或日光集中器单元阵列。因此，太阳能系统通常包括日光追踪器，该日光追踪器随着太阳在天空中移动而保持框架与太阳之间的对准。

装有基架的太阳能系统通常包括被支撑在基架上的框架。因此，装有基架的太阳能系统能在其追踪太阳时承受巨大的重力负载和风负载。在最小化风损坏的努力中，当风速超过阈值(例如35mph)时，装有基架的太阳能系统被收起为水平构造。然而，由于湍流，风几乎不平行于地面吹。因此，即使在收起构造，装有基架的太阳能系统也承受巨大的弯矩，由此需要能承受风负载的更大且更昂贵的追踪器和支撑结构。

因此，本领域技术人员继续寻求新的太阳能系统，包括能承受风和重力负载的更小且更廉价的太阳能系统。

发明内容

在一个方面，所公开的太阳能系统可包括限定纵轴线的基架、被基架支撑且相对于基架围绕纵轴线可旋转的框架以及风向标，所述框架包括至少一个日光装置，所述风向标可操作地连接至框架，从而响应于作用在风向标上的风而相对于基架围绕纵轴线推动框架。

在另一方面，所公开的太阳能系统可包括限定纵轴线的基架、连接至该基架的追踪器组件、连接至追踪器组件的框架以及连接至追踪器组件和框架中的至少一个的风向标，所述追踪器组件包括方位角驱动器，所述框架包括至少一个日光装置，其中方位角驱动器被配置为相对于基架围绕纵轴线旋转所述框架。

在另一方面，所公开的太阳能系统可包括限定纵轴线的基架、连接至该基架的追踪器组件、连接至追踪器组件的框架以及连接至追踪器组件和/或框架的风向标，所述追踪器组件包括方位角驱动器和仰角驱动器，所述框架限定第一平面且包括日光装置阵列，其中方位角驱动器被配置为相对于基架围绕纵轴线旋转所述框架，所述风向标包括限定第二平面的主表面，其中第一平面基本垂直于第二平面。所述追踪器组件进一步包括被配置为使所述框架相对于所述纵轴线枢转的仰角驱动器。所述框架包括所述日光装置的阵列。该日光装置包括日光集中器和光电池中的至少一个。风向标包括限定平面的主表面，并且其中所述平面基本垂直于所述框架。风向标包括限定平面的主表面，且该平面基本平行于所述纵轴线。风向标具有被定位为平衡所述太阳能系统的质量中心。

在又一方面中，公开了一种用于减小作用在太阳能系统上的风负载的方法。该方法包括以下步骤：(1)提供包括基架和框架的太阳能系统，该基架限定纵轴线，该框架被基架支撑且相对于基架围绕纵轴线可旋转，该框架支撑至少一个日光装置，以及(2)连接风向标至框架(或相关联的追踪器组件)，从而响应于作用在风向标上的风而相对于基架围绕纵轴线推动框架。

所公开的具有风向标的太阳能系统的其它方面将从以下的说明书、附图和所附权利要求中变得清楚。

附图说明

图1是以追踪构造示出的所公开的具有风向标的太阳能系统的第一方面的侧视图；

图2是以收起构造示出的图1中的太阳能系统的侧视图；

图3是以追踪构造示出的所公开的具有风向标的太阳能系统的第二方面的侧视图；

图4是以收起构造示出的图3中的太阳能系统的侧视图；

图5是以追踪构造示出的所公开的具有风向标的太阳能系统的第三方面的侧视图；以及

图6是以收起构造示出的图5中的太阳能系统的侧视图。

具体实施方式

已经发现太阳能系统可被改进为包括风向标，以使得在收起构造中，风向标可以有利地相对于风向定向所述系统。具体地，太阳能系统可以包括纵横比大于1的框架(即，框架包括短边和长边)且所述系统可以被改进为包括风向标。在收起构造中，风向标可以定向所述框架，以使得风向垂直于长边且平行于短边，由此最小化作用在框架上的弯矩。

如图1和图2所示，总体标记为10的所公开的太阳能系统的第一方面可以包括基架12、追踪器组件14、框架16和风向标18。可选地，例如计算机、微处理器或类似装置的控制器(未示出)可以与追踪器组件14通信，从而控制追踪器组件14的致动并且最终控制框架16的构造。

基架12可以是能在有风的户外环境中支撑追踪器组件14和框架16的质量的细长的刚性结构，例如中空钢柱。基架12可以限定纵轴线A，且可以包括第一端20和第二端22。基架12的第一端20可以被连接至支撑结构24。例如，基架12可以被嵌入地下。基架12的第二端22可以被连接至追踪器组件14。

追踪器组件14可以是能相对于基架12围绕至少一个轴线铰接框架16的任意的设备和系统。例如，追踪器组件14可以被致动以相对于基架12铰接框架16，从而随着太阳在天空中移动而保持框架与太阳之间的对准。

在第一方面的第一实施例中，追踪器组件14可以是两轴线追踪器，且可以包括方位角驱动器26和仰角驱动器28。安装表面(未示出)可以提供用于连接框架16到追踪器组件14的结构。例如，可以使用例如螺钉或螺栓/螺母等紧固件或通过焊接将框架16连接到安装表面。但是，在这点上，本领域技术人员将明白多种技术和设备可以用于将框架16固定到追踪器组件14。

方位角驱动器26可以促进框架16相对于基架12围绕基架12的纵轴线A旋转。因此，方位角驱动器26可以使框架16相对于基架12围绕纵轴线A旋转一定角度(例如，180度或360度)。

作为示例，方位角驱动器26可以包括引起围绕纵轴线A旋转的回转驱动器。在第一实施例的一个表述中，方位角驱动器26可能能够被脱离(例如，通过离合器或类似物)以允许框架16相对于基架12围绕基架12的纵轴线A自由旋转。

仰角驱动器28可以促进框架16围绕铰链点32旋转，从而促进框架16相对于基架12的纵轴线A枢转。因此，仰角驱动器28可以控制框架16相对于基架12的纵轴线A的角度B。虽然图1示出了45度的角度B且图2示出了90度的角度B，但本领域技术人员会明白仰角驱动器28可以被构建为实现框架16相对于基架12的纵轴线A的各种角度构造。

作为示例，仰角驱动器28可以包括连接至基架12的一个或更多个致动器，其中致动器的延伸和收缩控制框架16相对于基架12的纵轴线A的角度B。

在这点上，本领域技术人员会明白可以控制追踪器组件14的方位角驱动器26和仰角驱动器28以将框架16定位为各种构造，包括收起构造。例如，如图2所示，追踪器组件14的方位角驱动器26和仰角驱动器28可能能够将框架16收起为水平构造(即，角度B等于90度的角度)以最小化风负载。

框架16可以是包括至少一个日光装置38的任意结构，无论日光装置38是被框架16支撑还是形成框架16的一部分。例如，框架16可以是日光阵列且可以包括日光装置38的阵列40。在本文所使用的“日光装置”，无论是单个还是复数个，都宽泛地指用于集中或导引太阳能的任意设备或系统，尤其是为了产生电能的目的，无论是通过热方式、通过光电过程还是其它方式。例如，日光装置38可以是或可以包括光电电池、日光集中器、反射体、镜子、透镜及其组合。

框架16可以是限定外周边44和可选上表面42和下表面43的大体平面的框架。在第一方面的一个具体实施例中，框架16可以是大体平面的矩形框架，其中外周边44包括两个对置的长边46和两个对置的短边48。

风向标18可以是具有主表面50的相对薄、刚性的基本平面的结构，该主表面50相对于横截面厚度具有相对大的表面积。例如，风向标18可以由金属片材例如铝压制而成。在第一实施例中，风向标18可以被连接至框架16的底面43，以使得由风向标18的主表面50限定的至少一个平面基本平行于基架12的纵轴线A。在第二实施例中，风向标18可以被连接至框架16的底面43，以使得风向标18的主表面50基本垂直于框架16或框架16限定的至少一个平面。

风向标18的主表面50的表面积可以由相对于基架12旋转框架16所需的力的大小决定，其中较大的表面积将提供更大的旋转力，而较小的表面积将提供较小的旋转力。具体地，风向标18的主表面50的表面积可以由克服摩擦力、重力负载、空气动力力矩和类似负载以及允许相对于基架12围绕纵轴线A旋转框架16所需的力的大小决定。然而，本领域技术人员会明白，风向标18的表面积不应该如此大以至于在正常操作过程中不需要的力被施加到追踪器组件14上。

参照图2，风向标18的主表面50可以被定位以相对于风向(箭头C)根据期望定向框架16。作为示例，当框架16为典型的8ft(英尺)乘18ft的目光阵列，当风平行于长边(即，18ft的边)时，具有60000in-lb(英寸-磅)的弯矩，且当风平行于短边(即，8ft的边)时，具有30000in-lb(英寸-磅)的弯矩。因此，风向标18可以被连接至框架16以定向框架16，从而使风(箭头C)平行于框架16的短边48且垂直于框架16的长边46，由此显著减小弯矩。

风向标18的形状可以由许多因素决定。例如，风向标18可以被定形为使得风向标18的重心52被定位在期望位置，从而通过移动整个阵列40的重心使其尽可能接近铰链点32而最小化弯矩。换言之，风向标18也可以作为平衡物。可选地，额外的平衡物54可以连接至框架16或追踪器组件14，从而平衡风向标18的重量。

在第一方面的第一可选实施例中，可以使用多个风向标(未示出)。例如，系统10可以被改进为包括两个或更多个风向标18，其中风向标18基本互相平行。

在第一方面的第二可选实施例中，风向标18可以在铰链(未示出)或类似物处连接至框架16，由此允许风向标18从图1和图2所示的展开构造(即，垂直于框架16)选择性地运动至其中风向标18平行于框架16的收起构造(未示出)(例如，折叠紧靠框架16)。

因此，所公开的太阳能系统10可以用于最小化风负载。具体地，当风速低于阈值时，系统10以普通方式运转。但是，一旦风速超过阈值，追踪器组件14可以使框架16运动至收起构造(例如，如图2所示)。在收起构造中，或可选地在处于收起构造之前，可以使方位角驱动器26脱离，由此允许风(图2中的箭头C)作用在风向标18上，从而有利地定向框架16。一旦在风中完成定向，则可以再次接合方位角驱动器26，由此相对于风固定框架16的位置。可替换地，方位角驱动器26可以保持脱离，由此允许框架16在风中摇摆。

如图3和图4所示，总体标记为200的所公开的太阳能系统的第二方面可以包括基架212、追踪器组件214、框架216以及风向标218。太阳能系统200可以基本与系统10相同。但是，在系统200中，风向标218可以与框架216对置地连接至追踪器组件214。

如图5和图6所示，总体标记为300的所公开的太阳能系统的第三方面可以包括基架312、追踪器组件314、框架316以及风向标318。太阳能系统300可以基本与系统200相同。但是，在系统300中，风向标318的几何构型使得风向标318的主表面350的表面积中的更多部分比框架316更接近支撑结构324(例如，地面)，由此最小化在非收起位置中风向标318能够被框架316挡住的可能性。

虽然已经显示和描述了所公开的具有风向标的太阳能系统的多个方面，但是本领域技术人员通过阅读说明书可想到多种修改。本申请包括这些修改且只受到权利要求的范围的限制。

Claims

1.一种太阳能系统，包括：

限定纵轴线的基架；

被所述基架支撑且相对于所述基架围绕所述纵轴线可旋转的框架，所述框架支撑至少一个日光装置；以及

风向标，其可操作地连接至所述框架，从而响应于作用在所述风向标上的风而相对于所述基架围绕所述纵轴线推动所述框架。

2.根据权利要求1所述的太阳能系统，进一步包括设置在所述基架和所述框架之间的追踪器组件。

3.根据权利要求2所述的太阳能系统，其中所述追踪器组件包括被配置为相对于所述基架围绕所述纵轴线推动所述框架的方位角驱动器。

4.根据权利要求3所述的太阳能系统，其中所述方位角驱动器是可脱离的，以允许所述框架响应于所述风而相对于所述基架围绕所述纵轴线旋转。

5.根据权利要求2所述的太阳能系统，其中所述追踪器组件包括仰角驱动器。

6.根据权利要求2所述的太阳能系统，其中所述追踪器组件是两轴线追踪器组件。

7.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中所述风向标被物理连接至所述框架。

8.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中所述风向标限定第一平面且所述框架限定第二平面，并且其中所述第一平面垂直于所述第二平面。

9.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中所述风向标包括限定平面的主表面，并且其中所述平面平行于所述纵轴线。

10.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中所述风向标被形成为基本平坦且平面的结构。

11.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中所述日光装置包括日光集中器和光电池中的至少一个。

12.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中所述风向标具有被定位以平衡所述太阳能系统的质量中心。