CN105874286A - 太阳能收集组件、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

所公开的是一种用于收集入射的太阳能并且产生电力的太阳能收集组件。这样的组件包括中心竖直取向的支撑柱。太阳能收集组件包括一个或多个双面太阳能受体组件，每个太阳能受体组件具有上太阳能受体表面和下太阳能受体表面。中心竖直取向的支撑柱承载每个太阳能收集组件。太阳能收集器反射组件围绕所述中心竖直取向的支撑柱，并且取向为反射入射的太阳能到所述太阳能收集组件上。

Description

太阳能收集组件、系统和方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2013年11月12日提交的序列号为61/902837的临时申请的权益。
技术领域
本公开涉及一种太阳能收集器，并且更具体地涉及一种改进的太阳能收集系统。
背景技术
从太阳落到地球表面上的能量的量是巨大的。地球上所有的煤、石油和天然气矿藏中储存的能量仅与来自20天的阳光中的能量相当。在地球大气之外，太阳的能量包含大约1300瓦特每平方米。这种光的大约三分之一的被反射回太空中，并且大气层吸收了一部分(部分导致刮风)。当它到达地球表面的时候，在晴天的中午，阳光中的能量下降到大约1000瓦特每平方米。对地球的整个表面平均，每天24小时持续一年，每平方米每年近似收集的能量几乎等于一桶石油，或每天大约4.2千瓦时的能量。由于非常干燥的天气和较少的云层覆盖，沙漠接收最多的阳光-每天每平方米超过六千瓦时。北方气候(诸如波士顿)得到接近3.6千瓦时。阳光还随着季节变化，因而有些地区在冬天接收到的阳光非常少。例如，西雅图在十二月仅得到大约0.7千瓦时每天。
还应注意的是，这些数字代表可被采集和使用的最大可用太阳能，但是取决于太阳能收集器的效率，它们仅采集该能量的一部分。例如，在亚利桑那，效率是百分之十五的一平方米太阳能电池板会每天产生大约1千瓦时的电力。太阳能收集器受限于它们的收集面积；因此，为了实现真正商业规模的发电，做出大的太阳能收集器场站是必要的。
本公开解决了该限制等等。
发明内容
所公开的是一种用于收集入射的太阳能并且产生电力的太阳能收集组件。这样的组件包括中心竖直取向的支撑柱。太阳能收集组件包括多个双面受体组件，每个太阳能受体组件具有上太阳能受体表面和下太阳能受体表面。中心竖直取向的支撑柱支撑每个太阳能收集组件。太阳能收集器反射组件围绕中心竖直取向的支撑柱，并且取向为反射入射的太阳能到太阳能收集器组件上。
附图说明
为了更全面地理解本方法和过程的性质和优势，应当结合附图参考下面的详细描述，其中：
图1是抛物面太阳能收集器组件的等距视图；
图2是图1的抛物面太阳能收集器组件的顶视图；
图3是沿图1的线3-3获取的剖视图；
图4是用于收集器塔(collector tower)的盖组件的侧视图，所述收集器塔是图1的抛物面太阳能收集器组件的一部分；
图5是用于收集器塔的替代盖组件的侧视图，所述收集器塔是图1的抛物面太阳能收集器组件的一部分；
图6是收集器塔的锥台太阳能受体中的一个和支撑太阳能受体的支座的部分分解的剖视图；
图7是锥台太阳能受体的背侧，示出了正(+)和负(﹣)的焊盘连接器；
图8是支座的底视图，示出了对准孔和+和﹣连接器焊盘；
图9是示出了并联表面电路的太阳能受体外覆锥台的顶视图；
图10是示出了串联表面电路的太阳能受体外覆锥台的顶视图；
图11是有并联表面电路的圆锥形锥台的顶视图，其中，太阳能受体弯曲以形成圆锥形锥台表面；
图12是锥台表面电路的并联布线示意图，既示出了顶部又示出了底部；
图13是锥台表面电路的串联布线示意图，既示出了顶部又示出了底部；
图14是安装到共同基座上的抛物面太阳能收集器模块阵列的等距视图；
图15是太阳能塔阵列的等距视图，其中，中心柱支撑多个水平抛物面太阳能收集器组件；以及
图16是多个容纳在壳体内的竖直抛物面太阳能收集器组件的侧视图。
附图将在下面更详细地描述。
具体实施方式
所公开的太阳能收集器组件的特征在于，接受在其顶表面和其下表面两者上的太阳能的多面太阳能受体；由此，增加了太阳能撞击的区域而不消耗额外面积。这可以通过将多面太阳能受体相对于抛物面或也将入射太阳能反射到双面太阳能受体的下表面的其他设计表面定向而实现。然后，太阳能撞击所述多面太阳能受体组件的上表面和下表面两者。所公开的太阳能电池组件的设计独特性还在于，它能够将风力涡轮发电机添加到太阳能电池组件，并且收集水用于额外用途。
太阳能模块的基本部件如下：
A.包覆太阳能受体的垂直支撑柱，可选地有涡轮发电机(为现在的目的又称气动)；
B.多面太阳能受体组件；
C.抛物面太阳能反射组件；
D.有可选的过滤水储箱的支撑基座；
E.与过滤水储箱一起使用的可选的网格入口；
F.系统显示器；和
G.电路，和电池和/或逆变器部件。
现在参考图1、2和3，太阳能电池模块原型被示出。所示出的原型的基本部件是太阳能收集器组件12和太阳能受体塔14。太阳能收集器组件12的设计是多种选择中的一种，只要它的内表面16是抛物面形状的，使得反射到太阳能受体塔的太阳能14最大化；尽管在构造本文所公开的太阳能模块时也可能使用替代的曲线、分段式和其他几何形状。取决于太阳能受体塔14的取向和设计、塔的数量和它们的取向，不同形状的内表面可能对于太阳能收集器组件12是适当的。构造太阳能收集器组件12的材料将适合于耐久、耐候性和类似因素，同时考虑太阳能收集器组件12还提供对太阳能受体塔14的支撑。然后，适当的材料(包括例如金属、陶瓷、玻璃、塑料、它们的组合和类似物)可选地层叠并可选地有特殊饰面。不管构造材料是什么，太阳能收集器组件12具有镜面内表面。实际上，太阳能收集器组件甚至可以是充气式的。
太阳能收集器组件12的内表面将是镜面的，以便反射入射到其上的太阳能辐射。太阳能收集器组件12可以固有地是镜面的，诸如通过由金属(诸如铝)制成，或可具有施加到其上的镜面涂层17。这种镜面涂层17可以是单个表面，或者它可以由几个区段或面板制成。这些区段或面板在取向上可以是水平的或垂直的，并且通过硬件(例如，螺母和螺栓)保持在适当位置，可以停靠在形成于太阳能收集器组件12的内表面上的壁架上，或者以其他方式通过多个区段形成。这些区段甚至可以是线性的，而不是弯曲的，以便是近似抛物线形或其他曲线形状，并找到本目的可接受的用途。
通过镜面衬里，支撑镜面衬里的结构可以由多种耐久材料制成，诸如混凝土、木材、金属、塑料、陶瓷、组合和类似物。镜面衬里的使用可能使镜面衬里的维护和更换更容易并且更成本效益，特别是在由面板形成时。当然，太阳能收集器组件或更可能的太阳能收集器组件阵列的远程监控可能具有优势。
因为太阳能收集器组件12将位于阳光下，并且其内表面将是镜面的或由提供镜面的材料制成，合理的是太阳能收集器组件12会变热。因此，图3显示了形成在形成太阳能反射收集器组件12的壁内部的流体管道18。水或其他流体可以通过流体管道18泵送，并且收集热值以供使用。虽然太阳能反射收集器组件12可被设计成自支撑的(诸如所示出的)，将太阳能收集器组件12安装在基座20上具有提供水或其他流体22的储箱并且容纳泵24的附加价值，所述水或其他流体22流过流体管道18，所述泵24用于泵送流体通过流体管道18。流体管道18中的水将提供对太阳能反射收集器组件12的制冷。
可以看出电引线19在其与基座20的连接处离开太阳能收集器反射组件12。对电路和连接的进一步描述将在下面阐述。
图4和图5示出了太阳能受体塔14(在图1中没有示出盖)的两种不同的盖组件。盖的使用完全是可选的。在图4中，盖26具有安装在其顶部上的太阳能受体28，用于产生额外的太阳能电力。在图5中，竖直的风力发电机30安装在太阳能受体塔14的顶部上，同样用于产生额外的电力。可以为塔14设想各种不同的盖组件，无论在产生额外电力上是主动的或被动的，或没有如上所述的盖。
在图6中，太阳能受体塔14的太阳能受体组件中的一个的部分分解剖视图被示出。应该理解的是，太阳能受体组件可能不完全环绕塔14。在图6中，有6个具有图中所示的受体32A和32B的这样的太阳能受体组件。这样的太阳能受体组件的数量和位置可以比图中所示的数目更多或更少。每个受体组件分别由其内支撑件34A和34B组成，每个支撑件具有梯形形状的顶表面和底表面。对于组件32A，内支撑件34A和34B的顶表面和底表面包覆有太阳能受体36A和36B；而对于组件32B是太阳能受体36C和36D。因此，每个太阳能受体可以是梯形的、圆形的或其他形状的，如图7中可见的，附图中的原型是梯形的、楔形的，图7也示出了位于太阳能受体36A下侧的+和-的电连接。类似这样的电连接将提供给安装在塔14上的每个太阳能受体。
每个太阳能受体组件是由支座组件互连的，如在图6中示出的。特别地，太阳能受体组件32具有贯通其中的中心孔。上支座38具有上外螺纹端部和下内螺纹端部。支座38的下端包覆有太阳能受体，诸如太阳能受体40和41，并接收另一支座42的也包覆有太阳能受体44和45的上外螺纹端部。支座42的上外螺纹端部通过中心孔装配在太阳能受体组件32中，并且旋拧到支座38的下内螺纹端部。在图8中，为支座42示出了+和-电连接焊盘46和48，用于将每个太阳能受体组件所产生的电力传送到收集点。应当理解的是，各种不同的组件可以设置用于形成塔14和用于承载太阳能受体组件。
图9是示出并联表面电路50和52的太阳能受体包覆锥台的顶视图，所述电路用于示出的6个六边形太阳能受体组件。每个电路50和52连接到安装在支座55的电连接焊盘51和53。图10是示出串联表面电路54-66的太阳能受体包覆锥台的顶视图，所述电路同样用于示出的6个太阳能受体组件。每个电路同样与由支座承载的电连接焊盘电连接，如本文前面所述。各电路的优点和缺点是本领域技术人员所公知的，并且是设计者可以选择的问题。例如，在锥台的各面，太阳能电池可以如图10所示地串联连接，各面形成串。所述串然后可被并联连接。取决于太阳能单元的大小，在面上可能有多个串。因此，太阳能组件的设计者对于电路有多种选择，这是所公开的太阳能组件的额外优点。
图11是具有并联表面电路68和70的圆锥形锥台的顶视图，其中太阳能受体弯曲到圆锥形锥台表面的形状。每个电路再次与由支座承载的电连接焊盘电连接，如本文前面所述。
图12是用于多个受体组件的圆锥形锥台表面的电路的并联接线图，既示出了顶部又示出了底部。所有电气的正侧通过线72并联连接，同样，所有电气负侧用线74并联连接。图13是用于多个受体组件的锥台表面电路的串联接线图，既示出了顶部又示出了底部。在这种情况下，每个相邻的电气正极连接到相邻太阳能受体的负极。
图14是安装在共同基座100上的抛物面太阳能收集器模块76-98的阵列的等距视图。图15是太阳能塔阵列的等距视图，其中，中心柱102支撑多个水平定向的抛物线形太阳能收集器组件，如通过太阳能受体塔104-110示出的。这样的太阳能塔阵列可被安装到基座，诸如本文前面所述的。图16是容纳在中心壳体124内的多个竖直太阳能收集器组件112-122的侧视图。这样的太阳能收集器组件的数量仅由壳体124的尺寸限制，这再次为这样的阵列的设计者带来了灵活性。
在具有上太阳能接受表面和下太阳能接受表面中重要的是，与抛物线形或其他设计的反射镜面或镜面协调地安装双面太阳能受体，使太阳能可以直接撞击上太阳能接受表面，而反射镜将导致太阳能撞击双面太阳能受体的下太阳能接受表面。如所提到的，各种曲线镜面上、平坦镜面或组合式曲线/平坦镜面可以根据所公开的太阳能电池规程使用。可以具有半镜面的上半球表面，从而允许从外部直接入射的太阳能的通过，同时提供附加的内反射表面，以增加撞击双面太阳能受体的太阳能的量。
如果需要的话，中心柱可以覆盖有附加的太阳能受体。中心柱的上端部也可以是可转动的，并连接到布置在中心柱内的驱动轴。这样的可转动上端可以被气流驱动以产生额外的电力，并且增加所公开的太阳能电池模块可产生的电力总量。
因为所公开的太阳能电池模块的一些配置将有易受雨淋的抛物面镜，可以围绕中心柱和镜的接合处做出放置网格的构造，所述网格用于过滤雨水并允许雨水流过到基座储箱内，用于雨水的收集和再利用。当然，所公开的太阳能电池模块将具有用于维护和数据收集的读数显示器。根据需要将设置逆变器、电池和其他部件，以用于收集所生成的电力。
虽然设备和方法已参照各种实施例进行描述，本领域的技术人员将理解的是，可以作出各种改变，并且可以以等同物替代其元件，而不脱离本公开的范围和实质。此外，可作出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导而不偏离其实质范围。因此，意图是本公开不限于所公开的具体实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求的范围之内的所有实施例。在本申请中，除非另有明确说明，所有的单位为公制，并且所有的量和百分比都是按重量计的。另外，本文提及的全部引文通过引用明确并入本文。

Claims (20)

1.一种用于收集入射的太阳能并且产生电力的太阳能收集组件，其包括：
(a)中心竖直取向的支撑柱；
(b)太阳能收集组件，其包括一个或多个双面太阳能受体组件，每个太阳能受体组件具有上太阳能受体表面和下太阳能受体表面，所述太阳能收集组件通过所述中心竖直取向的支撑柱承载；以及
(c)太阳能收集器反射组件，其围绕所述中心竖直取向的支撑柱，并且取向为反射入射的太阳能到所述太阳能收集组件上。
2.根据权利要求1所述的太阳能模块收集组件，其中，每个太阳能受体组件包括具有上表面和下表面的楔形支撑件，每个上表面和下表面具有附着到其上的太阳能受体。
3.根据权利要求1所述的太阳能模块收集组件，其中，所述中心竖直取向的支撑柱具有附着到其上的太阳能受体。
4.根据权利要求1所述的太阳能模块收集组件，其中，每个太阳能受体采用串联、并联或组合式电连接。
5.根据权利要求1所述的太阳能模块收集组件，其中，所述太阳能受体与电池、逆变器或其组合电连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能模块收集组件，其中，所述太阳能收集器反射组件具有形成在其中的流体导管。
7.根据权利要求6所述的太阳能模块收集组件，其安装到具有储箱的基座，所述储箱与所述太阳能收集器反射组件的流体导管流体连通。
8.根据权利要求1所述的太阳能模块收集组件，其中，所述中心竖直取向的支撑柱在其顶部用太阳能反射表面或风力涡轮机盖住。
9.根据权利要求1所述的太阳能模块收集组件的阵列。
10.根据权利要求9所述的阵列，其容纳在中心壳体内。
11.一种承载多个水平安装的根据权利要求1所述的太阳能模块的竖直取向的中心柱，所述中心柱位于环绕的太阳能收集器反射组件中，所述太阳能收集器反射组件取向为反射入射的太阳能到所述中心柱上。
12.一种从太阳能收集器组件产生电力的方法，其包括以下步骤：
(A)提供太阳能模块收集组件，包括：
(a)中心竖直取向的支撑柱；
(b)太阳能收集组件，其包括一个或多个双面太阳能受体组件，每个太阳能受体组件具有上太阳能受体表面和下太阳能受体表面，所述太阳能收集组件通过所述中心竖直取向的支撑柱承载；以及
(c)太阳能收集器反射组件，其围绕所述中心竖直取向的支撑柱，并且取向为反射入射的太阳能到所述太阳能收集组件上。
(B)将所提供的太阳能模块收集组件暴露于太阳能；并且
(C)存储或使用由此产生的太阳能中的一种或多种。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，每个太阳能受体组件由具有上表面和下表面的楔形支撑件，并且将太阳能受体附着到每个所述上表面和下表面上而形成。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括将太阳能受体附着到所述中心竖直取向的支撑柱的步骤。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括采用串联、并联或组合式中的一种或多种电连接每个太阳能受体的步骤。
16.根据权利要求12所述的太阳能模块收集组件，还包括将所述太阳能受体与电池、逆变器或其组合其中的一种或多种电连接的步骤。
17.根据权利要求12所述的太阳能模块收集组件，还包括在所述太阳能收集器反射组件中设置流体导管的步骤。
18.根据权利要求12所述的太阳能模块收集组件，还包括安装具有储箱的基座，并且将所述太阳能收集器反射组件的流体导管与该储箱连通的步骤。
19.根据权利要求12所述的太阳能模块收集组件，还包括在所述中心竖直取向的支撑柱的顶部用太阳能反射表面或风力涡轮机盖住该中心竖直取向的支撑柱的步骤。
20.根据权利要求12所述的太阳能模块收集组件，还包括提供它的阵列的步骤。
CN201480062065.7A 2013-11-12 2014-11-07 太阳能收集组件、系统和方法 Pending CN105874286A (zh)

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