CN110301089B - 维护太阳能模块 - Google Patents

Abstract

一种太阳能系统，包括安装在球形框架的外表面上的多个太阳能电池，该球形框架包括限定内部容积的内表面；至少一个磁体，安装在所述球形框架的外表面附近或安装在所述球形框架的内部容积内，并配置成在所述内部容积内产生磁场；以及磁化传热流体，设置在所述球形框架的内部容积内，并且能够至少部分地基于从所述球形框架的外表面传递到所述磁化传热流体中的热量和所述磁场而在所述球形框架的内部容积内流动。

Description

维护太阳能模块

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年1月3日递交的美国专利申请No.15/397，172的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

该文献涉及用于维护太阳能模块的系统和方法，更具体地，涉及太阳能模块表面的清洁和冷却。

背景技术

太阳能系统和模块，例如光伏(PV)系统和定日镜系统，在经历大量阳光充足的白天时间的气候和周围环境中最有效地操作。然而，在这种气候和周围环境中，大量阳光充足的时间可能产生对于太阳能系统操作不是最佳的条件。例如，地球周围经历阳光充足的气候的许多地方也经历了与阳光充足的时间同时出现的较高的白天温度。此外，许多阳光充足的气候处于在环境大气中普遍存在沙子、灰尘和其他颗粒的位置。诸如高温和大气颗粒之类的气候条件可能对太阳能系统的有效操作带来挑战，例如太阳能电池板阵列中使用的PV电池。例如，当阳光充足的天气使来自太阳能阵列的功率输出增加时，灰尘和高温会使效率降低，从而导致太阳能输出降低。

发明内容

在一般的实现方式中，一种太阳能系统包括：多个太阳能电池，安装在球形框架的外表面上，该球形框架包括限定内部容积的内表面；至少一个磁体，安装在所述球形框架的外表面附近或安装在所述球形框架的内部容积内，并配置成在所述内部容积内产生磁场；以及磁化传热流体，设置在所述球形框架的内部容积内，并且能够至少部分地基于从所述球形框架的外表面传递到所述磁化传热流体中的热量和所述磁场而在所述球形框架的内部容积内流动。

在可与一般实现方式结合的方面中，多个太阳能电池包括多个光伏(PV)电池。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，磁化传热流体包括铁磁流体液体，该铁磁流体液体包括多个磁化的颗粒。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，至少一个磁体包括永磁体。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，至少一个磁体安装在内部容积内在轴上，该轴延伸通过球形框架的直径的。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，至少一个磁体包括环形磁体。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，至少一个磁体包括多个环状磁体，该多个环状磁体安装在球形框架的外表面附近或安装在内部容积内。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，多个环状磁体安装到保持架上，该保持架至少部分地围绕球形框架的外表面。

可与任何前述方面结合的另一方面还包括安装在球形框架的内部容积内的多个挡板。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，多个挡板形成磁化传热流体在内部容积内的至少一个流动路径。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，至少一个流动路径沿着球形框架的内表面的圆周取向。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，球形框架安装在至少一个轴承构件上，并且球形框架能够至少部分地基于内部容积内的磁化传热流体基于磁化传热流体中的温度梯度而发生的流动，在轴承构件上旋转。

在另一个一般的实现方式中，一种用于冷却太阳能系统的方法包括：操作太阳能系统，太阳能系统包括安装在球形框架上的多个太阳能电池；利用至少一个磁体在所述球形框架的内部容积内产生磁场；将热量从所述球形框架的外表面传递到所述内部容积内的磁化流体；以及基于所产生的磁场和从所述外表面传递到所述磁化流体的热量，使所述磁化流体在所述内部容积内循环。

在可与一般的实现方式结合的方面中，多个太阳能电池包括多个光伏(PV)电池，该方法还包括从PV电池产生电功率。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，磁化传热流体包括铁磁流体液体，该铁磁流体液体包括多个磁化的颗粒。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，至少一个磁体包括永磁体。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，产生磁场包括：从安装在内部容积内在轴上的至少一个磁体产生磁场，该轴延伸通过球形框架的直径。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，至少一个磁体包括环形磁体。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，产生磁场包括利用安装在球形框架附近的多个环状磁体产生磁场。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，使磁化流体在内部容积内循环包括使磁化流体循环通过内部容积内的流动路径，该内部容积内的流动路径由安装在球形框架的内部容积内的多个挡板形成。

在可与任何前述方面结合的另一方面中，使磁化流体循环通过流动路径包括使磁化流体沿着球形框架的内表面的圆周循环。

可与任何前述方面结合的另一方面还包括：至少部分地基于磁化流体在内部容积内的循环，使球形框架围绕旋转轴线旋转。

根据本公开的一个、一些或所有实现方式可以包括以下特征中的一个或多个特征。例如，根据本公开的太阳能系统可以增加光伏功率系统的效率(例如，电功率输出)。根据本公开的太阳能系统可以促进PV电池的原位清洁，而几乎不拆卸太阳能系统。作为另一示例，太阳能系统的多个自清洁阵列可以容易地连接在诸如遮阳板和停车场之类的区域中。此外，根据本公开的太阳能系统可以包括球形设计，其为暴露的半球形区域提供比平面太阳能电池板多150％的表面区域用于太阳能吸收。作为另一示例，太阳能系统的太阳能电池板清洁系统还可以用作传热机构，以降低系统的太阳能电池板的表面温度。作为另一示例，本公开的太阳能系统的清洁系统可以通过铁磁流体密封经历很少或没有清洁溶液的蒸发，以及太阳能电池板和清洁系统之间很少或没有摩擦。

根据本公开的一个、一些或所有实现方式还可以包括以下特征中的一个或多个特征。例如，根据本公开的太阳能系统还可以使用低能量或无能量的磁热泵机构来使冷却流体循环以冷却功率系统的太阳能电池板。根据本公开的太阳能系统可以利用永磁体来驱动磁热泵，磁热泵又可以使系统的球形太阳能电池板旋转。根据本公开的太阳能系统还可以利用传热材料，该传热材料不需要功率来冷却功率系统的太阳能电池板。作为另一示例，太阳能系统可以包括冷却和清洁系统，其使用很少或不使用功率并且几乎不需要维护。

在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施例的细节。其他特征、目的和优点将通过说明书和附图以及权利要求而变得显而易见。

附图说明

图1A是太阳能系统的至少一部分的示意图。

图1B是包括太阳能电池板清洁组件的太阳能系统的至少一部分的示意图。

图2是太阳能系统的至少一部分的内部截面图的示意图，该太阳能系统包括至少一个磁体和用来冷却太阳能系统的磁化流体。

图3是另一太阳能系统的至少一部分的示意图，该太阳能系统包括至少一个磁体和用来冷却太阳能系统的磁化流体、以及太阳能电池板清洁组件。

图4是磁流体泵的示例操作的示意图。

图5是太阳能系统的至少一部分的示意图，该太阳能系统包括至少一个磁体和太阳能电池板安装组件。

图6是包括内部球形壳体的太阳能系统的至少一部分的示意图。

图7是太阳能系统的至少一部分的示意图，该太阳能系统包括安装在内部球形壳体中的至少一个磁体和用来冷却太阳能系统的磁化流体、以及相变传热材料。

图8A是太阳能系统的至少一部分的示意图，该太阳能系统包括至少一个环形磁体和用来冷却太阳能系统的磁化流体。

图8B是磁流体密封系统的示意图，该磁流体密封系统可以用包括太阳能电池板清洁组件的太阳能系统实现。

图9A至图9B是另一太阳能系统的至少一部分的示意图，该太阳能系统包括至少一个环状磁体和用来冷却太阳能系统的磁化流体、以及太阳能电池板清洁组件。

图10是示出作为模块温度的函数的太阳能电池板模块效率的图表。

具体实施方式

图1A是太阳能系统100的至少一部分的示意图。图1A从侧视图中示出了太阳能系统100，其中太阳能系统100包括太阳能电池板105。在该示例实施例中，太阳能电池板105是球形的，并且沿着轴线(例如，旋转轴线)210安装在安装组件115上。在备选实现方式中，太阳能电池板105可以是例如圆柱形、立方体形或可绕轴线旋转的其他形式。太阳能电池板105的其他示例形状包括例如具有半球形端部的圆柱体、以及安装在从圆柱体的侧表面延伸的齿轮或棘轮上的具有太阳能电池(例如，光伏电池)的圆柱体。作为另一示例，太阳能电池可以安装到从轴(而不是圆柱体)延伸的翅片或棘轮。

如该示例所示，轴线215延伸通过太阳能电池板105的直径。一般地，安装组件115(例如，支架、可旋转电枢、活塞/汽缸组件或其他)可以便于将太阳能系统100安装到支撑结构(未示出)，例如屋顶、地表、建筑结构或其他支撑结构。太阳能系统100可以是布置成阵列以从太阳能产生电功率的多个太阳能系统100中的一个。简要地转向图5，该图示出了包括至少一个磁体185(稍后描述)的太阳能系统100的至少一部分的示意图和太阳能电池板安装组件115的更详细图。如图5所示，太阳能电池板安装组件115包括支架121，轴或联接器240从支架121延伸到轴承235中。如图所示，轴承235接收联接器240和轴175，轴175在轴线215处延伸通过球形框架120。在一些方面，轴175和联接器240可以是一体的，使得联接器240是轴175的一部分。间隔件230(例如，包括承载表面)安装到球形框架120的外表面125和轴承235之间的轴175。如图所示，当轴175被致动转动时，太阳能电池板安装组件115可以提供附接到轴175的球形框架120的减小的摩擦旋转。

一般地，太阳能系统100通过多个光伏(PV)电池110从太阳接收太阳能，并将接收的太阳能转换为直流(DC)电。太阳能由来自太阳的光能(即光子)组成，光能可以通过光伏效应转化为电。一般地，每个PV电池110吸收光子，其将驻留在半导体材料上的电子激发到更高能量的状态。受激电子(或电子，因为在PV电池110的操作期间对于数百万个电子发生该过程)产生电压，该电压又可以产生通过导管(未示出)的DC，该导管电耦接到太阳能电池板105(到串联的PV电池110)。通常将导管中携带的DC输送到逆变器系统以将DC转换成交流电(AC)。这种电连接利用串联的PV电池110形成，以实现输出电压和并联的所需电流。

如图1A所示，太阳能电池板105包括球形框架120，球形框架120具有外表面120，PV电池110安装在外表面120上。在该示例实现方式中，球形框架120可以是实心的或可以是中空的。球形框架120耦接到安装组件115以支撑太阳能电池板105，在一些方面，允许太阳能电池板105围绕轴线210旋转运动。

图1B是包括太阳能电池板清洁组件的太阳能系统100的至少一部分的示意图。在该实现方式中，太阳能系统100的太阳能电池板清洁系统包括如图所示的围绕太阳能电池板105的下半球220的贮存器130和至少部分地封闭在贮存器130内的清洁溶液135。一般地，该示例实现方式中的太阳能电池板清洁系统可以提供对太阳能电池板105的自动清洁，例如，通过在旋转轴线210上旋转球形框架120以将太阳能电池板105的上半球215浸入清洁溶液135(例如，清洁液体)中来从PV电池110中去除收集的灰尘和其他颗粒。

例如，在一些方面，PV电池105的表面上的灰尘和其他颗粒的沉积物可以阻挡或部分地阻挡太阳辐射到达电池110(例如，通过电池110上的玻璃盖)。沉积的灰尘密度以及颗粒组成和颗粒分布可以对太阳能系统100的功率输出和电流电压和特性产生影响。例如，在某些中东环境(例如，沙特阿拉伯的达兰)中，如果不执行清洁以除去灰尘，则灰尘积聚对PV电池110(例如，作为单晶PV电池或多晶PV电池)的功率输出的影响可以逐渐降低功率输出。在一些情况下，这种有害影响可以在不进行清洁的情况下将功率输出降低50％以上。在一些情况下，即使在PV电池110上沉积颗粒的单个沙尘暴也可以将功率输出降低20％。

清洁溶液135可以包括：或多种化学品，其配制成从PV电池110去除颗粒，防止或帮助防止PV电池110上的矿化物积聚，或两者。例如，在一些方面，商业产品，例如来自American

Corp的Solar Panel Wash、来自

的NuRinse(几种产品)、来自Hubbard-Hall的Aquaease、或来自J.

的Solar Clean、Powerboos t和Titan Glass Gleam Solar。在一些方面，清洁溶液135可以是与乙氧基化醇混合的水基溶液。在一些方面，清洁溶液135可以是稀释的皂水混合物。

如图1B中进一步所示，致动器117可以安装到一个或多个安装组件115上，以提供球形框架120的旋转，从而使上半球215旋转通过清洁溶液135。例如，致动器117可以耦接到轴(在其他图中示出)，该轴延伸通过安装组件115或从安装组件115延伸并到达或穿过球形框架120。在一些方面，致动器117可以包括或者是手动致动器，例如手柄或杠杆，从而允许操作人员旋转球形框架120。在一些方面，致动器117可以包括或者是机动或自动致动器，例如液压、电动或太阳能马达，其可以自动地(例如，在预定时间、在预先安排的时间段内或者基于PV电池110上的颗粒密度从控制系统接收到命令时)旋转球形框架120。

在旋转时(例如，通过手动或电动致动器)，安装在太阳能电池板105的上半球215上的PV电池110可以浸入在贮存器130内的清洁溶液135中。在一些方面，PV电池110可以仅安装在上半球215上。因此，在这些方面，具有PV电池110的上半球215可以旋转到贮存器130中以驻留在清洁溶液135中持续特定的持续时间。由于没有PV电池可以安装在下半球220上，所以在该清洁操作期间太阳能系统100不能操作(例如，产生DC)。随后，上半球215可以旋转出贮存器130以恢复操作(例如，产生DC)。

在一些方面，PV电池110可以安装在上半球215和下半球220上(例如，在球形框架120的整个外表面125上)。因此，在这些方面，具有PV电池110的上半球215可以旋转到贮存器130中以驻留在待清洁的清洁溶液135中，而安装到下半球220的PV电池110操作以产生DC。太阳能系统100可以保持在这样的位置持续可以比PV电池110仅安装到上半球215的情况下的特定持续时间长的持续时间。在该较长持续时间之后，或者当安装在下半球220上的PV电池110需要清洁时，上半球215可以旋转出贮存器130使太阳能系统100继续，而几乎没有中断操作(例如，产生DC)。

在一些方面，贮存器130内的清洁溶液135还可以为太阳能系统100提供冷却流体。例如，安装到浸入在贮存器130中的太阳能电池板105的任何半球(例如，上半球215或下半球220)的PV电池110可以被冷却到或维持在特定期望的温度，该特定期望的温度为清洁溶液135的温度(或者接近清洁溶液135的温度)。

如图所示，太阳能系统100的太阳能电池板清洁系统还可以包括安装到贮存器130顶部的密封件140。密封件140可以是用于贮存器130的盖，例如，以防止贮存器130中的清洁溶液135的损失(例如，由于蒸发、溢出或其他原因)。在一些方面，密封件140还可以接触PV电池110以防止清洁溶液135从贮存器130泄漏(例如，由于太阳能系统100的倾斜)。其他密封件，例如磁流体密封件，也是本公开所考虑的，并且参考图8A至图8B进行解释。

图1B中所示的太阳能系统100的示例实施例还包括填充导管145和排放管145，填充导管145和排放管145与贮存器130流体地耦接。例如，可以通过填充导管145从清洁溶液源160(例如，罐、瓶或其他液体保持设备)补充一定体积的清洁溶液135。在一些情况下，例如，清洁溶液源160还可以包括例如浮阀和泵，当浮阀确定贮存器130中的溶液135的体积低于预定或期望的最小体积时，该浮阀和泵进行操作以使清洁溶液135通过填充管道145循环到贮存器130。

排放管150可以流体地耦接到贮存器130，到达溶液回收系统165。在一些方面，因为贮存器130内使用的清洁溶液135可能包含溶解的颗粒、灰尘或其他污染物，所以可以在排放管150中提供过滤器155。可以手动或自动打开排放管150(例如，通过阀或其他孔口控制设备)以使用过的清洁溶液135从贮存器130循环到溶液回收系统165。随后，溶液回收系统165可以使用过的清洁溶液135再循环(例如，进一步清洁)，并将再循环的溶液供应到清洁溶液源160，或者可以包括罐或其他外壳以存储待处理的用过的清洁溶液。

在图1B中所示的太阳能系统100的示例操作中，太阳能电池板105可以在正常操作模式下操作以产生电。在特定时间，可以确定在清洁暴露于周围环境的部分PV电池110(例如，上半球215上的电池110)，例如以特定的预定时间间隔、在视觉检查暴露的PV电池110时或者当所确定的暴露的PV电池110上的颗粒密度超过阈值时。可以操作致动器117(例如，手动或自动)以使球形框架120绕轴线210旋转。在旋转时，暴露的PV电池210可以浸入到容纳在贮存器130中的清洁溶液135中。浸入的PV电池110可以在溶液135中保留特定的持续时间(例如，基于从电池110移除颗粒所需的时间量来确定)。

在一些方面，在清洁安装在太阳能电池板105上的部分PV电池110期间，另一部分PV电池110(例如，安装在下半球220上)可以继续为太阳能系统100产生电，因为球形框架120的旋转将其他部分PV电池110暴露于周围环境。在特定持续时间到期之后，致动器117可以旋转球形框架120以将清洁(和冷却)的PV电池110移动为暴露于周围环境中。间歇性地或周期性地，可以通过使新的溶液135从清洁溶液源160循环通过填充导管145并进入贮存器130中来补充贮存器130中的清洁溶液135。此外，间歇性地或周期性地，所使用的包含例如溶解的颗粒的清洁溶液135可以从贮存器130循环并通过过滤器155到达排放管150。可以将过滤的溶液135循环到溶液回收系统165以进行再循环或处理。

图2是太阳能系统100的至少一部分的内部截面图的示意图，该太阳能系统100包括至少一个磁体185和用来冷却太阳能系统100的磁化流体180。如图所示，图2示出了通过球形框架120的直径截取的太阳能系统100的侧截面图。一般地，图2示出了太阳能系统冷却系统的示例实施例，其使用磁体185使磁化流体180循环通过球形框架120的内部容积190。通过使磁化流体180在内部容积190内进行循环，来自PV电池110(在该图中未示出)的热量可以传递通过球形框架120(例如，从外表面125传递到内表面170)并且进入磁化流体180中。被接收到磁化流体180中的热量可以被传递到例如散热器(稍后描述)、清洁溶液135或其他冷却源(例如，冷却盘管、珀耳帖冷却器或与磁化流体180热连通的其他冷却源)。

在一些方面，太阳能系统(例如太阳能系统100)的过热(或加热)可能对系统产生电的操作产生有害影响。例如，PV电池性能可能随着温度的增加而降低，因为操作温度可以影响光伏转换过程。PV电池的电效率和功率输出都随着电池温度的增加而降低。例如，在沙漠应用中，PV电池通常对过热敏感。例如，中东地区(例如，沙特阿拉伯的达兰)中的PV电池可能随着工作温度的增加而经历效率损失，如图10中的图表1000所示。

如图10的图表1000中所示，当模块温度从38℃增加到48℃时，PV电池效率可以从11.6％降低到10.4％，这相当于效率损失10.3％，温度系数为-0.11ΔE/％℃。PV电池操作温度超过26°F可能开始降低输出效率，并且随着太阳能电池板温度的增加，输出电流呈指数增加，而电压输出则呈线性降低。图2中所示的冷却系统可以抵消高温环境中的PV电池110的效率损失。

如图所示，磁化流体180包含在球形框架120内并且在内部容积190内自由循环。磁化流体180的循环可以至少部分地由安装在延伸通过球形框架120的直径的轴175上的磁体185产生。在该示例实现方式中，磁体185是球形永磁体并且在球形框架120的内部容积190内产生磁场225。

在一些方面，磁化流体180是铁磁流体(例如，液体)。铁磁流体由载有小(例如，纳米尺寸的)磁性颗粒的载流体组成。铁磁流体的行为由于例如载流体、温度、颗粒尺寸、形状和负载、颗粒的磁特性和所施加的磁场(例如，磁场225)而变化。当暴露于磁场225时，磁化流体180中的磁化颗粒产生体力。另外，铁磁流体颗粒尺寸确保流体中的热搅动使颗粒保持悬浮。可以预期铁磁流体在150℃(例如，连续地)或200℃(例如，间歇地)的温度下工作。

如图2所示，循环曲线表示磁化流体180的循环运动，其至少部分地由于由球形磁体185产生的磁场225(由于导致了所示的旋转)。当热量在循环期间传递到磁化流体180(例如，来自PV电池110的热量)时，该系统充当铁磁流体或磁热泵。例如，简要参考图4，磁热泵是将磁性物质(磁化流体180)从低压区域移动到由热源(将热量传递到球形框架120的内部容积190中的PV电池110)产生的高压区域的设备。

图4示出了应用于太阳能系统100的磁热泵的操作的一般示意图，其表示图2所示的太阳能系统100的所述冷却系统的示例操作。在这种情况下，“泵”指代由于磁场225引起的强制循环的流动路径和由内部容积190内的磁化流体180的加热导致的压力差。泵包含磁场(场225)和热源(来自PV电池110的热量)。在磁场225的影响下，磁化流体180被吸入到泵中。当磁化流体180沿着泵前进时，流体180被热源加热，直到磁化流体180的温度达到材料(例如，流体中的纳米颗粒)的铁磁性质显著降低的点。一般地，当材料温度接近“居里点(Curie Point)”时(例如，材料失去其永磁性——被感应磁性取代——的温度)，就会发生这种情况。

低温进入的磁化流体(例如，流过下半球220的磁化流体180)被包含在泵中的磁场吸引。泵中被加热的材料(例如，在上半球215中流动的加热的磁化流体180)不再受磁场的影响，并且通过进入的材料(例如，从下半球220到上半球215向上流动的较冷的磁化流体180)从泵排出。在泵中产生压头。来自泵的热材料(例如，来自上半球215的磁化流体180)被消散并返回到泵输入(例如，下半球220内的球形框架120的容积)，从而完成泵送循环。

图3是太阳能系统100的另一实施例的至少一部分的示意图，该太阳能系统100包括至少一个磁体205以使磁化流体循环以冷却太阳能系统100。图3还示出了先前参考图1B描述的太阳能电池板清洁组件的部件。图3示出了太阳能系统100的该示例的侧视图。在该示例实施例中，作为安装在球形框架120的内部容积190内的球形永磁体185(在该图中未示出，但在图2中示出)的补充或备选，一个或多个永磁环205可以周向地安装在球形框架120的外表面125附近。

如图所示，永磁环205可以安装到保持架环195，保持架环195是周向地围绕球形框架120的圆形结构。如图所示，永磁环205也可以安装在一个或多个保持架200上，保持架200还周向地安装在围绕球形框架120的保持架环195上。如图所示，保持架200安装成使得每个保持架200的直径与保持架环195的直径正交。

图3中所示的太阳能系统100的实施例的操作与图2中所示的太阳能系统100的操作类似，不同之处在于球形框架120的内部容积190内的磁场由永磁环205产生，而不是由安装在内部容积190内的永磁体(例如，磁体185)或除了安装在内部容积190内的永磁体(例如，磁体185)之外。因此，永磁环205可以产生磁场，该磁场至少部分地为应用于太阳能系统100的磁热泵提供动力，如前所述。

如图2和图3中进一步所示，球形框架120也可以通过上述磁热泵的操作而旋转(由旋转187示出)。例如，铁磁流体从容积190的冷却部分到温热部分的迁移(例如，磁化流体180在容积190内的移动)可以产生足以使球形框架120在轴175上旋转的压力差。在一些方面，如稍后参考图9A至图9B所示和讨论的，可以通过平衡的球形框架120(例如，在轴175上)和磁化流体180通过由安装在球形框架120的内表面170上的挡板形成的流动通道的流动来实现或增强旋转。

例如，如图所示，当磁化流体180在内部容积190内循环时，旋转力可以通过移动的流体180施加在球形框架120的内表面170上。该旋转力可以使球形框架120(如果在轴175上自由旋转)也围绕轴线210旋转。在一些方面，框架120的这种旋转可能是期望的，例如，通过周期性地使太阳能电池板105旋转通过清洁溶液135(图1B和图3中所示)来自动清洁PV电池110。在一些方面，球形框架120的旋转速度可以至少部分地基于加热材料(例如，上半球215内的磁化流体180)和冷却材料(例如，下半球220内的磁化流体180)之间的温度梯度。

图6是太阳能系统100的至少一部分的示意图，该太阳能系统100包括内部球形壳体245。如图所示，图2示出了沿球形框架120和内部球形壳体245的直径截取的太阳能系统100的侧截面图。内部球形壳体245安装在轴175上，并限定球形框架120的内部容积190的附加内部容积。环形物191进一步限定在球形框架120的内表面170和内部球形壳体245之间。

一般地，作为一些示例，内部球形壳体245为以下构件提供外壳：安装在轴175上的一个或多个永磁体(例如磁体185)、散热器(如稍后所述)或者封闭太阳能系统100的其他部件。例如，图7是太阳能系统100的至少一部分的示意图，该太阳能系统100包括安装在内部球形壳体245中的至少一个磁体250、以及设置在由磁体250包围的容积内的传热材料260。在该实现方式中，内部球形壳体245与安装在壳体245的容积内的球形(永久)磁体250分离。在备选实现方式中，球形磁体250可以形成壳体，该壳体限定在其中设置传热材料260的容积。

球形磁体250可以安装在轴175上并产生磁场(这里未示出)，很像磁场225由图2中的球形磁体185产生。因此，球形磁体250可以在球形框架120的内部容积190内产生磁场，该磁场至少部分地为应用于太阳能系统100的磁热泵提供动力，如前所述。因此，在该示例中，球形磁体250产生磁场，该磁场(与温度梯度一起)驱动内部容积190内和环形物191中的磁化流体180。

内部球形壳体245的内部容积可以包括或限定散热器(例如，在具有或不具有球形磁体250的实施例中)。散热器包括传热材料260。例如，壳体245内的散热器可以提供可用于吸收热能例如来自PV电池110的热能的中心容积。该中心容积可以以各种热交换技术的形式使用，包括通过在水溶液中熔化氢氧化钙(Ca(OH)₂)晶体或通过使用可调相变材料(PCM)来吸收化学物质。可以将其他材料以及其他示例用作传热材料260。此外，可以基于包括在散热器内的传热材料的配方以及通过调节内部球形壳体245、球形框架120、太阳能电池板105或其组合的尺寸来调节(并且是可调节的)材料的量，以提供所需的传热量。此外，在一些方面，传热材料260可以在太阳能系统100的白天操作时间期间从PV电池110吸收热能，并通过吸收热能来进行从固体到液体的相变。然后，当太阳能系统100周围的环境温度降低时，传热材料260可以在夜间非操作时间(例如，当没有或可忽略的太阳能入射在太阳能系统100上时)期间固化。

在一些方面，传热材料260是PCM，例如一种或多种石蜡。例如，石蜡通常被发现为白色、无气味、无味道的蜡状固体，典型的熔点在约46℃和68℃(115°F和154°F)之间。一些石蜡产品的熔化温度为270°F。在一些方面，传热材料260可以是具有不同熔点的石蜡的混合物，以在吸收热能时更均匀且缓慢地将相从固体变为液体。例如，可以基于从PV电池110移除所需的热量来配制低温组合物、中温组合物和高温组合物的组合和数量。在一些情况下，使用高长链有机酸和盐溶液的混合物可以抑制石蜡的熔点。表1示出了来自International Group Inc.的示例商业石蜡，其可单独地或组合地用作传热材料260。

表1

图8A是太阳能系统100的至少一部分的示意图，该太阳能系统100包括至少一个环形磁体265和用来冷却太阳能系统100的磁化流体180。如图所示，图8A示出了通过球形框架120的直径截取的太阳能系统100的侧截面图。一般地，图8A示出了太阳能系统冷却系统的示例实施例，其使用环形磁体265来产生磁场270以使磁化流体180循环通过球形框架120的内部容积190。通过使磁化流体180在内部容积190内进行循环，来自PV电池110(在该图中未示出)的热量可以传递通过球形框架120(例如，从外表面125传递到内表面170)并且进入磁化流体180中。被接收到磁化流体180中的热量可以被传递到例如散热器(先前描述的)、清洁溶液135或其他冷却源(例如，冷却盘管、珀耳帖冷却器或与磁化流体180热连通的其他冷却源)。如图所示，磁化流体180包含在球形框架120内并且在内部容积190内自由循环。磁化流体180的循环可以至少部分地由安装在延伸通过球形框架120的直径的轴175上的磁体265产生。

图8B是磁流体密封系统的示意图，该磁流体密封系统可以用包括太阳能电池板清洁组件的太阳能系统100实现。例如，如图所示，图8A包括太阳能电池板清洁组件，该太阳能电池板清洁组件包括围绕球形框架120的下半球220半球形地定位的贮存器130。贮存器130保持清洁溶液130。在该示例实现方式中，磁性流体密封系统包括铁磁流体密封件，该铁磁流体密封件使用磁化流体来形成密封，使得液体(例如，清洁溶液135)不会从容器(例如，贮存器130)逸出。如图所示，磁性流体密封系统包括安装在贮存器130和球形框架120的外表面125之间的磁体275。磁体275包括极靴280并产生磁通量285。磁通量285行进通过磁性流体环290以激励流体290内的颗粒。通过通量285保持抵靠球形框架120的外表面125和极靴280的磁性流体290形成流体密封，以防止或帮助防止清洁溶液135从贮存器130中逸出。

图9A至图9B是太阳能系统100的另一实施例的至少一部分的示意图，该太阳能系统100包括太阳能电池板清洁组件的至少一个环状磁体300。如图所示，图9A示出了通过球形框架120的直径截取的太阳能系统100的侧截面图。如图所示，图9B示出了通过环状磁体300截取的太阳能系统100的顶截面图。一般地，图9A至图9B示出了太阳能系统冷却系统的示例实施例，该太阳能系统冷却系统使用环状磁体300(例如，在轴线210处围绕球形框架120周向安装)以产生磁场，以使磁化流体(在该图中未示出)循环通过球形框架120的内部容积190。通过使磁化流体在内部容积190内循环，来自PV电池110(在该图中未示出)的热量可以传递通过球形框架120(例如，从外表面125传递到内表面170)并且进入磁化流体180中。被接收到磁化流体中的热量可以被传递到例如散热器(先前描述的)、清洁溶液135或其他冷却源(例如，冷却盘管、珀耳帖冷却器或与磁化流体180热连通的其他冷却源)。

图9A至图9B还示出了球形框架120的示例实施例，其包括形成在框架120的内表面170上(例如，附接到框架120的内表面170或与框架120的内表面170成一体)的一个或多个挡板305。挡板305形成流动路径310，在流体循环通过内部容积190期间，磁化流体通过流动路径310流动。例如，如前所述，铁磁流体从容积190的冷却部分到温热部分的迁移(例如，磁体流体在容积190内的移动)可以产生足以使球形框架120在轴(例如，轴175，在这些图中未示出)上旋转的压力差。在一些方面，可以通过平衡的球形框架120(例如，在轴上)和磁化流体通过由安装在球形框架120的内表面170上的挡板305形成的流动通道的流动来实现或增强旋转。例如，如图所示，当磁化流体在内部容积190内循环时，旋转力可以通过移动的流体施加在球形框架120的内表面170上。该旋转力可以使球形框架120(如果在轴上自由旋转)也围绕轴线210旋转。在一些方面，框架120的这种旋转可能是期望的，例如，通过周期性地使太阳能电池板105旋转通过清洁溶液135来自动清洁PV电池110。在一些方面，球形框架120的旋转速度可以至少部分地基于加热材料(例如，上半球215内的磁化流体)和冷却材料(例如，下半球220内的磁化流体)之间的温度梯度。

虽然本公开包含许多细节，然而这些细节不应对要求保护的本公开的范围构成限制，而是作为特定于本公开的特定实施例的特征的描述。在单个实现方式中，还可以组合方式来提供本公开中在独立实现方式的上下文中描述的特定特征。反之，在单个实现方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实现方式中分开地或以任何合适的子组合来提供。此外，虽然特征可以在上面描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中删除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。

类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以示出的特定顺序或以顺序次序执行，或者需要执行所有示出的操作来实现期望的结果。在某些情境下，多任务处理和并行处理可能是有利的。此外，前述实现方式中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实现方式中需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以集成在单个软件产品中或被打包成多个软件产品。

因此，已经描述了本公开的特定实现方式。其它实现方式在所附的权利要求的范围内。例如，在权利要求书中记载的动作可以以不同顺序来执行，并且仍然实现期望结果。

Claims (16)

1.一种太阳能系统，包括：

多个太阳能电池，安装在球形框架的外表面上，所述球形框架包括限定内部容积的内表面；

包括永磁体的至少一个磁体，所述永磁体安装在所述球形框架的外表面附近或安装在所述球形框架的内部容积内，并配置成在所述内部容积内产生磁场；

包括磁化传热流体的磁热泵，所述磁化传热流体包括含有多个磁化颗粒的铁磁流体液体，并且所述磁化传热流体设置在所述球形框架的内部容积内，并能够在所述球形框架的内部容积内流动；以及

多个挡板，耦接到所述球形框架的内表面，所述多个挡板限定多个流动路径，所述多个流动路径沿着所述球形框架的截面的圆周围绕所述球形框架的内表面取向，其中所述磁化传热流体在由所述多个挡板限定的多个流动路径内流动，并且所述磁化传热流体的流动至少部分地基于(i)从包括安装在所述球形框架的外表面上的所述多个太阳能电池在内的热源传递到所述磁化传热流体中的热量和所述磁场、以及(ii)由所述永磁体产生的磁场所导致的铁磁流体液体中的多个磁化颗粒的移动。

2.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述多个太阳能电池包括多个光伏PV电池。

3.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述至少一个永磁体安装在所述内部容积内在轴上，所述轴延伸通过所述球形框架的直径。

4.根据权利要求3所述的太阳能系统，其中，所述至少一个永磁体包括环形磁体。

5.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述至少一个永磁体包括多个环状磁体，所述多个环状磁体安装在所述球形框架的外表面附近或安装在所述内部容积内。

6.根据权利要求5所述的太阳能系统，其中，所述多个环状磁体安装到保持架上，所述保持架至少部分地围绕所述球形框架的外表面。

7.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述磁化传热流体的流动对所述球形框架的内表面施加旋转力，所述旋转力产生所述球形框架的旋转运动。

8.根据权利要求7所述的太阳能系统，其中，所述球形框架的旋转运动的旋转速度相对于所述磁化传热流体的第一部分与所述磁化传热流体的第二部分之间的温度梯度成正比。

9.根据权利要求8所述的太阳能系统，其中，所述多个挡板围绕所述球形框架的截面的完整圆周延伸。

10.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述球形框架安装在至少一个轴承构件上，并且所述球形框架能够至少部分地基于所述内部容积内的磁化传热流体由所述磁化传热流体中的温度梯度所导致的流动，在所述轴承构件上旋转。

11.一种用于冷却太阳能系统的方法，包括：

操作太阳能系统，所述太阳能系统包括安装在球形框架上的多个太阳能电池，所述球形框架包括限定内部容积的内表面；

利用至少一个永磁体在所述球形框架的内部容积内产生磁场；

将热量从所述球形框架的外表面传递到所述内部容积内的磁化流体，所述磁化流体包括含有多个磁化颗粒的铁磁流体；以及

利用磁热泵，至少部分地基于(i)由所述永磁体导致的所产生的磁场和(ii)从包括安装在所述球形框架的外表面上的所述多个太阳能电池在内的热源传递到所述磁化流体中的热量，使所述磁化流体在所述内部容积内的多个流动路径内循环，所述多个流动路径由耦接到所述球形框架的内表面的多个挡板限定并且沿着所述球形框架的截面的圆周围绕所述球形框架的内表面取向。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个太阳能电池包括多个光伏PV电池，所述方法还包括从所述PV电池产生电功率。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，产生所述磁场包括：从安装在所述内部容积内在轴上的至少一个永磁体产生所述磁场，所述轴延伸通过所述球形框架的直径。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个永磁体包括环形磁体。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，产生所述磁场包括利用安装在所述球形框架附近的多个环状磁体产生所述磁场。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括：

至少部分地基于所述磁化流体在所述内部容积内的循环，使所述球形框架绕旋转轴线旋转。

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