CN116568971A - 阻尼装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种阻尼装置，其用于与太阳能电池板阵列和可操作地连接到太阳能电池板阵列以控制太阳能电池板的位置的太阳能跟踪装置一起使用。该阻尼装置可以从太阳能电池板的运动中吸收动能，并将动能转换为热能。该阻尼装置可以包括一个或多个传感器，用于测量对应于热能的收集数据。该阻尼装置可以向太阳能跟踪装置发送指令，以根据对温度数据的分析调整太阳能电池板的位置。

Description

阻尼装置及其使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年10月16日提交的、临时专利申请号为63/092,693的美国临时专利申请的优先权，并且其通过引用并入本文。此外，本申请是2020年1月31日提交的、申请号为16/778,028的美国专利申请的部分延续申请，该美国专利申请要求2019年2月1日提交的临时专利申请号为62/800,147的美国临时专利申请、2019年2月1日提交的临时专利申请号为62/800,217的美国临时专利申请、和2019年6月18日提交的临时专利申请号为62/862,760的美国临时专利申请的优先权。所有上述申请均通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及机械领域。本发明的实施例包括用于与太阳能电池板阵列一起使用的阻尼装置。专利号为10,648,528、8,568,026和4,018,624的美国专利、公开号为2020/0248773的美国专利申请、和公开号为W02020/018532A1的国际公布通过引用并入本文。
背景技术
太阳能可以通过利用太阳能电池板装置收集并转换为电能。包含光伏和/或光电电池的电池板可以连接到旋转结构上，以形成配置成跟随太阳的太阳能电池板阵列。太阳能跟踪设备可以旋转一系列面板，以在一天中与太阳保持对准，从而最大限度地从太阳收集能量。专利号为9,995,506的美国专利，其通过引用并入本文，描述了用于太阳能电池阵列系统的太阳能跟踪的系统。
太阳能电池板可以附接到旋转梁上并用电机旋转。梁的长度使其具有扭转特性。面板可以捕风并导致连接梁偏转。风的各种速度(风抖动)可以在结构中引发谐波运动，从而导致有害负荷。一种阻尼装置，例如公布号为2021/0277973的美国专利申请公布中公开的阻尼装置，其通过引用并入本文，可以与太阳能电池阵列一起使用，以通过将能量转换为热量来耗散能量。公布号为2019/0072150的美国专利申请公布描述了用于阻尼光伏板阵列的系统和方法，并通过引用并入本文。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于与太阳能电池板阵列一起使用的阻尼装置。本发明的另一个目的是提供一种阻尼装置，其能够监测阻尼器的温度、天气条件、速度、加速度、太阳能电池板的角度/位置和/或阻尼器的能量吸收。本发明的这些和其它目的可以在本发明的一个或多个实施例中实现。
本发明的一个实施例包括适于与太阳能电池板阵列一起使用的阻尼装置。
本发明的另一个实施例包括阻尼装置，其包括用于监测阻尼器的温度和/或能量吸收的装置。根据实施例，用于监测温度的装置可以包括一个或多个热电偶。
根据本发明的实施例，阻尼装置包括活塞杆和用于感测该杆在阻尼装置中的位置的装置。根据实施例，该装置包括至少一个位置传感器，例如线性编码器、串电位器、线性可变位移传感器(LVDT)、微机电(MEM)传感器、磁限制装置和/或霍尔效应传感器。
本发明的另一个实施例包括阻尼装置，其包括用于评估阻尼装置的机械健康和剩余寿命的装置。根据本发明的实施例，阻尼装置包括用于检测阻尼装置中的问题并将问题传达给操作员的装置。该装置能够可操作地连接到智能手机和/或智能手表，并且可以发送电子邮件，文本(SMS)消息和/或其他形式的通信。
本发明的一个实施例包括阻尼装置，其从可移动物体的运动中吸收动能，将动能转换为热能，收集有关转换热能的数据、分析数据，并提供与可移动物体的运行相关的指令，以最大限度地提高可移动物体的性能。
本发明的一个实施例包括阻尼装置，其从可移动物体的运动中吸收动能，将动能转换为热能，收集有关转换热能的数据、分析数据，并提供与可移动物体的运行相关的指令，以最大限度地提高可移动物体的性能。
本发明的另一个实施例包括适于与太阳能电池板阵列一起使用的阻尼装置，其中阻尼装置从太阳能电池阵列的面板运动中吸收动能，将动能转换为热能，收集有关转换后的热能的数据、分析数据，并向太阳能电池阵列控制器提供指令，以根据数据分析对太阳能电池阵列进行调整，以最大限度地提高太阳能电池阵列的性能。
本发明的另一个实施例包括用于操作太阳能电池板阵列的方法，该方法包括可操作地将阻尼装置连接到该太阳能电池板阵列的至少一个太阳能电池板。阻尼装置从太阳能电池板的运动中吸收动能，并将动能转换为热能。收集和分析有关转换热能的数据，并根据数据分析对太阳能电池阵列的运行进行调整。
根据本发明的实施例，阻尼装置包括用于测量减震器中温度的装置，并且可以使用有线/无线通信将数据传输到操作员。
根据另一实施例，阻尼装置包括用于测量减震器中速度的装置，并且可以使用有线或无线通信将数据传输给操作员。
本发明的另一实施例包括阻尼装置，其监测和收集有关活塞杆的加速度的数据。根据实施例，阻尼装置包括加速度计。
根据本发明的实施例，基于温度传感器融合信息进行模式分析以预测失效和故障。
根据本发明的另一个实施例，记录所有参数的历史，这导致使用算法检测减震器的劣化。
根据本发明的另一个实施例，对实时数据执行机器学习，以识别异常、异常值并预测减震器的故障。
根据本发明的另一个实施例，阻尼装置包括至少一个电池或能量收集器供电的传感器，以及用于在传感器内收集关于电池状态的信息并在电池需要更换时通知操作员的装置。
本发明的另一个实施例包括用于与太阳能电池板一起使用的阻尼装置和可操作地连接到太阳能电池板以控制太阳能电池板位置的太阳能跟踪装置。阻尼装置适于从太阳能电池板的运动中吸收动能并将动能转换为热能，阻尼装置包括用于测量热能、收集与热能测量相关的数据、分析数据以及向太阳能跟踪装置发送指令，以根据对数据的分析调整太阳能电池板的位置。
根据本发明的实施例，阻尼装置在预定时间量后对热能进行初始测量和至少一次后续热能测量。ΔT值可以通过从至少一次后续热能测量中减去热能的初始测量值来确定。对太阳能跟踪装置的调整太阳能电池板位置的指示基于对ΔT值的分析。
根据本发明的实施例，如果ΔT值是增加大于每分钟5摄氏度并且小于或等于每分钟20摄氏度，则阻尼装置向太阳能跟踪装置提供指令，以将电池板逐渐移动到最佳位置，以减少太阳能电池板上的风谐波并最大化太阳能的收集。如果ΔT值每分钟增加大于20摄氏度，则阻尼装置指示太阳能跟踪装置将太阳能电池板移动到收起位置。
根据本发明的实施例，阻尼装置包括计算设备，所述计算设备包括计算机处理器和非暂时性计算机可读存储介质，该非暂时性计算机可读存储介质包括包含编程指令的软件，当执行编程指令时，使处理器分析数据并向太阳能跟踪装置发送指令，以根据对数据的分析来调整太阳能电池板的位置。
本发明的另一个实施例包括阻尼装置，其包括限定内部区域的壳体，该壳体具有内表面和外表面，以及第一端和与第一端相对的第二端，以及部分位于壳体的内部区域内的活塞杆，该活塞杆具有第一端和相对的第二端。活塞杆的第一端位于壳体的外部，活塞杆的第二端位于壳体的内部区域内。壳体的第一端在其中形成开口，用于接收通过其的活塞杆。活塞杆适用于在延伸行程中移动，其中活塞杆向壳体的第一端移动，以及在延伸行程中移动，其中活塞杆向壳体的第二端移动。活塞位于活塞杆的第二端附近，内部温度传感器构造成测量阻尼装置内部的温度。
根据本发明的实施例，计算设备(例如微控制器)可以可操作地连接到射频发射器，并且计算设备和射频发射器可以连接到活塞杆(活塞杆的第一端附近)。内部温度传感器可以可操作地连接到计算设备和射频发射器，使得射频发射器可以将内部温度传感器产生的温度数据传输到接收设备。
根据本发明的实施例，阻尼装置可以包括一个或多个适于测量阻尼装置外部温度的外部温度传感器。外部温度传感器可以连接到壳体的外表面，并可操作地连接到计算设备和射频发射器，从而射频可以将外部温度传感器产生的温度数据传输到接收设备。
根据本发明的实施例，阻尼装置可以包括位置传感器，其连接到活塞杆并适于生成关于活塞杆的位置数据。位置传感器可以可操作地连接到计算设备和射频发射器，使得射频发射器可以将位置传感器产生的位置数据传输到接收设备。
根据本发明的实施例，阻尼装置可以包括适于测量活塞杆加速度的传感器，该传感器可操作地连接到计算设备和射频发射器，由此射频发射器可以将传感器产生的加速度数据传输到接收装置。
根据本发明的实施例，阻尼装置可以包括连接到活塞杆并适于测量活塞杆位移距离的磁限制传感器，以及时间测量装置。磁限制传感器和时间测量装置可以可操作地连接到计算设备和射频发射器。计算设备可以包括处理器和非暂时性计算机可读存储介质，该非暂时性计算机可读存储介质包括包含编程指令的软件，当执行编程指令时，使处理器使用由磁限制传感器产生的位移数据和由时间测量装置生成的时间数据来计算活塞的速度。射频发射器可以将速度传输到接收设备。
根据本发明的实施例，阻尼装置可以包括至少一个天气传感器，其适于生成与至少一个风速和风向相关的数据。天气传感器可以可操作地连接到计算设备和射频发射器，由此射频发射器可以将由至少一个天气传感器产生的数据传输到接收设备。
根据本发明的实施例，活塞杆是空心的，并且内部温度传感器包括K型热电偶，该K型热电偶包括至少一根导线，该至少一根导线位于活塞杆的内部并连接到连接端子，该连接端子在活塞附近附接到活塞杆。
根据本发明的实施例，阻尼装置包括可操作地连接到射频发射器的计算设备。计算设备和射频发射器可以在活塞杆第一端附近连接到活塞杆，并且内部热电偶可以可操作地连接到计算设备和射频发射器，由此射频发射器向接收设备发送由内部温度传感器产生的温度数据。K型热电偶的至少一根导线可以连接到射频发射器。
在本发明的另一个实施例中，底部阀可以位于壳体的第一端和壳体第二端的中间的壳体的内部区域内。底部阀和壳体的第一端中间的内部区域限定工作腔，底部阀和壳体的第二端中间的内部区域限定补偿腔室。阻尼流体介质(如可生物降解的油)可以设置在工作腔内，当活塞杆处于压缩行程时，底部阀允许工作腔中的阻尼流体进入补偿腔室。根据本发明的实施例，内部温度传感器可以位于靠近底部阀的位置。
本发明的另一个实施例包括用于收集太阳能的系统，其包括太阳能电池板阵列，电池板阵列包括至少一个适于吸收太阳能以发电的太阳能电池板，太阳能跟踪装置可操作地连接到太阳能电池板阵列并适于将至少一个太阳能电池板定位在多个位置，阻尼装置可操作地连接到至少一个太阳能电池板，并适于从太阳能电池板的运动中吸收动能并将动能转换为热能。阻尼装置包括可操作地连接到太阳能跟踪装置以与太阳能跟踪装置通信的计算设备，以及用于测量热能并将与热能测量相关的数据发送到计算设备的装置。计算设备分析数据，并向太阳能跟踪装置发送指令，以根据对数据的分析来调整太阳能电池板的位置。
根据本发明的实施例，阻尼装置对热能进行初始测量并在预定时间量之后进行至少一次随后的热能测量，由此通过从热能的后续测量中减去热能的初始测量来确定ΔT值。对太阳能跟踪装置的用于调整太阳能电池板位置的指示基于对ΔT值的分析。
根据本发明的实施例，计算设备包括适于运行Modbus传输控制协议的网络控制器单元。网络控制器单元可以可操作地连接到无线互联网路由器，由此网络控制器单元与太阳能跟踪设备通信。
根据本发明的实施例，计算设备包括计算机处理器和包括包含编程指令的软件的非暂时性计算机可读存储介质，当执行编程指令时，使处理器分析数据并向太阳能跟踪装置发送指令，以根据对数据的分析来调整至少一个太阳能电池板的位置。
根据本发明的实施例，如果ΔT值是每分钟增加大于5摄氏度并且小于或等于每分钟20摄氏度，则阻尼装置向太阳能跟踪装置提供指令，以将电池板逐渐移动到最佳位置，以减少太阳能电池板上的风谐波并最大化太阳能收集。如果ΔT值每分钟增加大于20摄氏度，则阻尼装置指示太阳能跟踪装置将至少一块太阳能电池板移动到收起位置。如果ΔT值增加小于或等于每分钟五摄氏度，则阻尼装置不向太阳能跟踪装置发送移动至少一块太阳能电池板的指令。
本发明的另一个实施例包括太阳能跟踪装置，包括吸收太阳能以产生电能和/或热量的太阳能电池板、可操作地连接到太阳能电池板以旋转太阳能电池板朝向太阳能源的旋转轴，以及可操作地连接到旋转轴的阻尼装置。阻尼装置可以包括一个或多个传感器，用于测量一个或多个环境条件。
本发明的另一个实施例包括用于收集太阳能的系统，其包括太阳能电池板阵列，太阳能电池板阵列包括至少一个适于吸收太阳能发电的太阳能电池板，太阳能跟踪装置包括可操作地连接到太阳能电池板阵列的旋转元件，由此太阳能跟踪装置可以旋转至少一个太阳能电池板到相对于太阳能源的多个位置，阻尼装置可操作地连接到至少一个太阳能电池板，其中阻尼装置适于从至少一个太阳能电池板的运动中吸收动能并将动能转换为热能。阻尼装置包括限定内部区域的壳体，该壳体具有内表面和外表面，以及第一端和与第一端相对的第二端。空心活塞杆部分地位于壳体的内部区域。活塞杆的第一端位于壳体的外部，活塞杆的第二端位于壳体的内部区域内。壳体的第一端有开口，用于接收通过其的活塞杆，并且活塞杆在延伸位置和压缩位置之间可移动。活塞位于活塞杆第二端附近，内部温度传感器适于测量阻尼装置内部的温度。内部温度传感器可以部分位于活塞杆内部。计算设备可操作地连接到内部温度传感器和太阳能跟踪设备，其中计算设备分析由内部温度传感器产生的温度数据，并向太阳能跟踪设备发送指令，以根据对温度数据的分析来调整太阳能电池板的位置。
附图说明
图1是根据本发明实施例的阻尼装置的部分截面透视图；
图2是图1的阻尼装置的另一截面透视图；
图2A是图2的放大部分视图；
图3是图1的阻尼装置的透视图；
图4是根据本发明的另一实施例的阻尼装置的部分截面透视图；
图5是根据本发明的实施例的方法的示意图；和
图6是根据本发明的另一实施例的方法的示意图；
图7是根据本发明的另一实施例的系统示意图；和
图8是根据本发明的另一实施例的方法的示意图。
具体实施方式
根据本发明的优选实施例的阻尼装置如图1至3所示，大体上以附图标记100示出。装置100包括活塞杆10，该活塞杆10部分位于空心的、圆柱形的阻尼器壳体20内。壳体20可以是具有近端21和远端22的阻尼器油柱。在阻尼器柱20的近端21处形成圆形开口，以允许活塞杆10通过该圆形开口插入其中。
活塞杆10构造成在壳体20内进行往复滑动运动。活塞杆10在延伸位置和压缩位置之间可移动。活塞杆10可以在延伸行程中移动，延伸行程中活塞杆10向壳体20的近端21移动，以及活塞杆10可以在压缩行程中移动，压缩行程中活塞杆10向远端22移动。
阻尼装置100可以由任何合适的材料(例如金属、塑料、陶瓷和复合材料)制成。阻尼装置100可以使用任何合适的技术(包括但不限于机械加工)制造。用于制造阻尼器装置的示例性方法在专利号为7,631,922的美国专利中有描述，其通过引用并入本文。
阻尼器堆叠垫圈活塞12位于活塞杆10上，如图1和图2所示。底部阀14位于柱20的内部，如图1和图2所示。壳体20的从近端21到底部阀14的内部区域可以限定工作腔室13，而壳体20的从底部阀14到远端22的内部区域可以限定补偿腔室15。阻尼流体介质(如可生物降解油)设置在阻尼器柱20的工作腔室13内。当杆10移动进入壳体20时，真空可以在工作腔室13中的活塞12的一侧产生，其允许空气或其它污染物进入壳体20。底部阀14可以通过允许包含在工作腔室13中的阻尼流体随着杆10行进进入壳体20而膨胀到补偿腔室15中来防止真空的形成。底部阀14还可以允许阻尼流体随着杆10延伸离开壳体20而从补偿腔室15返回工作腔室13。
阻尼器杆导向件5可以位于靠近近端21的壳体20的内部，如图1所示。刮擦密封件(wiper seal)4和主密封件6可以位于杆导向件5的相对两侧，并且导向件5将杆10居中密封件4、6和壳体20内。刮擦密封件4设置在壳体20之间，并且可以具有适于在壳体20和杆10之间形成流体密封的直径。刮擦密封件4可以形成密封，该密封有助于防止污染物在杆10的压缩和拉伸过程中进入壳体20。刮擦密封件4可以由任何合适的材料(例如橡胶、聚氨酯、氟橡胶、尼龙和/或聚四氟乙烯)形成，以提供流体密封。
阻尼装置100可以包括一个或多个温度感测装置(例如K型热电偶)。阻尼装置100可以包括内部温度传感器，该内部温度传感器构造成测量阻尼器壳体20内部的温度并传输温度数据。优选地，内部温度传感器位于活塞12附近，如图1中的附图标记11所示。在替代实施例中，内部温度传感器11可以位于底部阀14附近。在另一实施例中，阻尼装置10包括靠近活塞12的第一内部温度传感器，以及靠近底部阀14的第二内部温度传感器。在又一实施例中，阻尼装置100可以包括位于主密封件6附近的第三内部温度传感器。
内部温度传感器可以包括K型六角螺栓式热电偶11，该热电偶11在活塞12附近与活塞杆10连接，如图1和图2所示。活塞杆10可以是空心的，热电偶11可以包括位于杆10内的热电偶线19，如图1、图2和2A所示。热电偶连接端子11可以位于铝嵌件26中，该铝嵌件26嵌入外部壳体连接元件24中，并且该壳体连接元件24安装在活塞杆10的端部，如图2A所示。铜垫圈30位于杆10的端部附近，如图2A所示。
装置100包括用于传输由温度传感装置收集的温度数据的装置。装置100可以包括可操作地连接到射频(RF)发射器3的微控制器。RF发射器和微控制器可以包含在位于杆10的端部(保持在阻尼器柱20的外部)的壳体2内，如图1所示。
热电偶11与带有RF发射器3的微控制器电连接，并且RF发射器3可以将温度数据从热电偶11发送到接收设备。热电偶11可以经由在活塞杆10内部延伸的热电偶线19连接到RF发射器。热电偶线19的一端连接到热电偶连接端子11，而另一端连接到RF发射器。由热电偶11产生的温度数据传送到RF发射器。RF发射器可以可操作地连接到接收设备(例如计算机、智能手机和/或智能手表)，并且可以将热电偶11收集的温度数据发送到接收设备。
装置100可以执行板载(on-board)计算和/或经由无线网络集线器将计算数据传输到通知节点。
装置100可以包括一个或多个外部温度传感器。装置100可以包括一对外部热电偶31、32，该外部热电偶31、32位于阻尼器柱20的外部。第一外部热电偶连接端子31可以附接到热电偶支架41上，该热电偶支架41附接到柱20的近端21附近的阻尼器柱20的外表面，如图1所示。热电偶导线33连接到热电偶连接端子31。第二外部热电偶连接端子32可以连接到热电偶支架42上，该热电偶支架42附接到在柱20的远端22附近的阻尼器柱20的外表面上，如图1所示。热电偶导线34连接到热电偶连接端子32。热电偶31、32可操作地连接到RF发射器3，使得由热电偶31、32收集的温度数据由RF发射器3传输到接收设备(例如计算机、智能手机和/或智能手表)。
装置100还可以包括适于收集温度以外的数据的传感器。装置100可以包括位置/运动传感器，例如微机电(MEM)传感器18。
如图1所示，装置100可以包括位于阻尼器柱20内的阻尼器间隔件7。阻尼器间隔件7装有磁限制装置，其测量杆10的位移距离。装置100包括时间测量装置(例如数字手表)，其可安装在RF发射器壳体2内。活塞10的速度可以使用由磁限制装置收集的位移数据和时间测量数据来计算。
装置100可以包括用于测量活塞杆10的加速度的传感器，例如加速度计。加速度计可以位于装置100的端部装配件处。
球形连接元件51、52可以位于装置100的相对端部，如图1所示。一个附接元件51可以附接在阻尼器柱20外部的杆10的端部，而另一个附接元件52可以附接在柱20的远端22。MEM传感器18可以位于附接元件52上，在柱20的远端22处，如图1和图3所示。
根据本发明的替代实施例的阻尼装置在图4示出，并且大体上用附图标记101来表示。阻尼装置101与前面描述的阻尼装置100相同，不同之处在于关于内部温度传感器111。阻尼装置101包括内部连接螺柱124(热电偶111位于其中)，如图4所示。通过减少部件的数量，阻尼装置101通常可以以比阻尼装置100更低的成本制造。
根据本发明的实施例，阻尼装置100可以与太阳能电池板阵列一起使用。各种风速(风抖动)可以在太阳能电池阵列的面板中开始谐波运动，从而导致不利负荷。阻尼装置100通过将动能转换为热量来耗散来自面板中谐波运动的动能。这种热负荷随时间推移会缩短阻尼装置100的寿命。
附接元件51、52可用于将阻尼装置100附接到太阳能跟踪阵列。附接部件52可以附接到旋转元件，例如轴、梁或管，其安装在太阳能跟踪阵列的面板上。附接元件51可以附接在太阳能跟踪阵列的固定结构上。连接到太阳能电池板的旋转元件的旋转运动延伸或压缩阻尼器100。在缓慢旋转下，当跟踪器由电机驱动器定位时，阻尼器100具有很小的阻力。当风产生作用于面板的表面区域以引起旋转运动的压力时，阻尼器100的延伸/压缩随着速度的增加而增加其阻力。这种阻力可防止风在太阳能电池板阵列中形成产生破坏性的谐波运动。
阻尼装置100可以包括用于收集有关环境条件(例如天气条件)的数据的装置。装置100可以包括用于检测风速、风向、环境温度和/或湿度的传感器。例如，装置100可以包括气象传感器(例如测量风速和风向的风传感器)。装置100可以包括风速计和/或气压计。除了风速信息外，阻尼装置100还可以确定风速的程度，这在决策是顺时针还是逆时针方向收起(stow)跟踪器时是有用的。在另一实施例中，装置100的微控制器可以从当地气象站接收天气信息。
用于阻尼器100的热源包括活塞12、底部阀14和主密封件6。活塞12限制在阻尼器100中产生阻力和热量的油流。底部阀14限制油在压缩方向上的流动。主密封件6通过密封唇缘和杆10的表面的摩擦产生热量。活塞12是最大的热源。
热量和时间可以通过主密封件6的劣化而引起阻尼器100的失效。主密封件6通过保持气缸20中的油对阻尼器100的运行很重要。热量通过分解粘度和减少阻尼来影响油。底部阀14可以承受与热有关的故障。没有底部阀14，阻尼器100在压缩方向上失去阻尼。
当阻尼器100是新的时，它具有阻尼速率，其以给定的速度输入产生一定量的热量。当阻尼器100老化和恶化时，输入速度可以保持恒定，但热负荷降低。这种热负荷降低可归因于阻尼器100的减弱。
利用从其传感器收集的数据，阻尼装置100可以监测太阳能跟踪阵列中由于风引起的有害谐波运动。目前的太阳能电池阵列在每个站点都有风速探测器，当风速超过每小时三十五英里时，跟踪器将太阳能电池板移动到30°或60°的收起位置，以防止由于谐波运动造成的损坏。然而，当面板垂直于太阳光线时，它们在发电方面最有效。
阻尼装置100可以主动监测每个阵列的运动。如果移动超过某个阈值，太阳能电池阵列控制器会指示阵列以移动少量度数。这可能足以或可能不足以破坏(break)产生谐波运动的风。如果足以破坏谐波运动，则面板不在理想位置，但仍可以发电。阻尼装置100向太阳能电池阵列控制器发送指令，以保持移动面板，直到有害的谐波运动停止。
在大风事件中，阻尼装置100可以指示各个行进入收起，但不能指示以某种方式被保护以免受风的谐波效应的那些行，从而最大化能量的产生。利用阻尼装置100通过行的运动来确定输入的能量的能力，它可以与周围的阻尼器进行比较，并确定其中一个阻尼器的故障并通知需要更换它。
用于阻尼装置100的数据采集系统极其灵敏，并且可以在一分钟内从内部热电偶11采样大约120个或更多的数据点，并且可以在一分钟内校准到最多约100,000个数据点。
利用从内部热电偶11收集的数据，阻尼装置100可以计算每次温度的变化，例如每分钟摄氏度(本文中称为ΔT)。或者，可以使用来自内部热电偶11和外部热电偶31、32的数据计算ΔT。ΔT可用于限定用于减少谐波的收起位置/最佳位置，如图5所示。用于活塞安装的热电偶11的散热比安装在气缸20的外壁上的热电偶31、32低。
每分钟ΔT上升值(ΔT)可以计算如下：
ΔT＝Td-Ta，其中Td表示基于每分钟来自内部温度传感器11的120个传感器样本的阻尼装置100中的平均实时温度，而Ta(表示基于每分钟来自外部温度传感器31、32的120个传感器样本的平均实时环境温度。
Td的计算方法如下：
Ta可以计算如下：
根据本发明的实施例，阻尼装置100包括计算设备，该计算设备包括计算机处理器和非暂时性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括具有编程指令的软件，当执行编程指令时，使处理器对执行上述关于ΔT的计算。
阻尼装置100的微控制器可以编程为多种算法，用于分析在微控制器中从装置100的传感器接收的数据。例如，装置100可以包括温度感测算法，该温度感测算法可以检测阻尼器中的油何时被反复加热，引起粘度等性质的变化，并可能导致油经历一系列化学反应(例如氧化、水解和/或聚合)。
除了现场学习适应之外，还可以通过经验模拟建模来定制阻尼器温度感测算法，以最佳地解释热量变化的运动学输入。这些算法可以在计算系统内(例如边缘计算机、微控制器或云计算机)执行。这些算法使用关键数据点，如阻尼器温度、天气条件(如环境温度、风速、阵风、风向、天空状态、湿度)来做出跟踪器单元保护和阻尼器的寿命终止预测的决策。
根据本发明的实施例的温度感测算法每0.5毫秒从阻尼器温度和环境温度收集的数据计算出Δ温度计算。该算法对从这两个变量收集的数据点平均化，以确定每分钟温度的升高。
谐波和收起位置的预测是基于收集的数据点和ΔT/时间(分钟/秒)。计算系统内Δ温度的计算可以在永久循环中执行，以确保系统能够做出正确的决策。
根据本发明优选实施例的温度感测算法如图5中的附图标记200所示。根据本发明的实施例，计算设备包括计算机处理器和非暂时性计算机可读存储介质，该存储介质包括包含图5所示算法的软件。该软件具有编程指令，当执行这些指令时，处理器会执行图5所示的决策树。
内部热电偶11可以在特定时间(t0)提供活塞12的温度。活塞12在一定时间后的温度(tn)可以通过热电偶11来测量，并且Δ温度(ΔT)可以从t0和tn计算。优选地，活塞12的温度是每0.5毫秒(ms)在连续回路中测量，其中tn是t0后的0.5毫秒，tn+1是t0后的1.0毫秒。根据侦听器回路内的流逻辑，计算跟踪器/太阳能电池板的位置。如果跟踪器逐渐移动到最佳位置，则将tn+1与tn的温度值进行比较。如果温度从tn上升到tn+1，则跟踪器/面板将逐渐移动。如果温度从tn下降到tn+1，则跟踪器/面板的位置将保持不变，直到收集下一个tn+1值。如果温度从tn到tn+1没有变化，则跟踪器/面板沿一个方向逐渐移动，以跟随太阳并等待下一个tn+1值。可以使用Modbus TCP通信协议或任何其他网络通信协议，将在装载条件或最佳位置定位的决定传输给跟踪器。
如图5所示，在算法200的第一步201中，活塞12的初始温度t0由内部热电偶11测量。随后的温度tn可以在0.5毫秒(ms)后测量。如果ΔT值是小于或等于每分钟(min)5摄氏度(C)(或小于或等于每秒0.083摄氏度)的增量202，并且天气条件是晴朗/晴天，则跟踪器/太阳能电池板保持在正常循环中以发电203。如果ΔT值是小于或等于每分钟5摄氏度(或小于或等于每秒0.083度)的增量202并且是多云的，那么面板可以移动到收起位置204。已经确定，当ΔT是小于或等于每分钟(min)5摄氏度(C)(或小于或等于每秒0.083摄氏度)的增量202时，则活塞12的速度小于或等于每秒(sec)50毫米(mm)。在这些条件下，没有识别出谐波，因此阻尼装置100不需要向跟踪器提供指令以移动面板的位置来最小化谐波。如果ΔT值是大于每分钟5摄氏度且小于或等于每分钟20摄氏度(或大于每秒(sec)0.083摄氏度且小于或等于每秒(sec)0.67摄氏度)的增量206，则阻尼装置100发送信号，指示跟踪器将太阳能电池板逐渐移动到最佳位置以减少谐波并最大化太阳能采集207。跟踪器确定太阳能电池板的最佳位置并相应地移动电池板。在这些温度条件下206，谐波被识别并且活塞12以大于每秒(sec)50毫米(mm)并小于或等于125mm/秒的速度移动。如果ΔT值是大于每分钟20摄氏度且小于或等于每分钟70摄氏度(或每秒1.15摄氏度)的增量208，则阻尼装置100指示跟踪器将面板移动到收起位置214。这可以通过顺时针或逆时针旋转面板来完成。
已经确定，100mm/秒的活塞速度可以是关键的，因为它在达到热输入＝热输出平衡时为阻尼器100提供最大可持续温度。活塞速度高于100mm/秒可能会导致阻尼器100随着时间的推移失效。
活塞12的速度与阻尼器温度之间的关系如图6所示。速度和ΔT之间的关系如下表A所示。
表A
系统的ΔT值可以被校准和改变以适应其安装的跟踪器应用。例如，跟踪器应用的ΔT收起位置可以是每分钟10摄氏度，而另一个跟踪器应用的ΔT收起位置可以是每分钟7摄氏度或每分钟20摄氏度。因此，可以调整系统以更改适合跟踪器应用的ΔT的条件值。用于确定太阳能电池阵列理想位置或收起位置的算法可以针对特定的太阳能场进行定制。如果某个领域的设备或阻尼器设置导致阻尼器的机械功能发生变化，则可以更改算法(ΔT)以适应这些变化。
算法平台可以具有可插拔的组件和接口，用于扩展传感器技术。例如，系统可以使用另一种传感技术(如加速度计、压力传感器、线性位置传感器、霍尔计数传感器、串电位计和/或LVDT)对跟踪器单元进行保护和/或故障检测。
计算系统可以连接到当地气象站和/或现场气象站，以获得有关风速、环境温度和/或湿度的信息。
系统可以具有针对阻尼器的预构造历史数据模式，其已经针对应用进行了调整大小。这种信息可以存储在安装在计算设备内的数据库中。该系统可以具有部署在计算设备内的机器学习算法，该机器学习算法在其运行期间对阻尼装置100执行深度学习。机器学习算法可以通过将实时数据与历史模型中的模式进行比较来研究异常、异常值条件并预测结果。与预测结果的偏差可以通知操作员，操作员提供关于阻尼装置100中故障或故障的可能性的附加信息，这些故障或故障可能在系统安装时被识别，也可能没有被识别。
算法可以集成到软件中，该软件可以下载到装置100的微控制器中。地面站软件的平台更新可以使用无线(OTA)协议从云中闪存。无线更新可以是使用运行系统内置的功能通过Wi-Fi或移动宽带分发的软件更新，“无线”方面是指其使用无线互联网，而不是要求用户通过USB将设备连接到计算机以执行更新。可以从OTA服务下载阻尼器的固件更新。这可用于将任何软件更新或软件修补程序上传到客户位置。该系统可以采用不同的OTA技术(如GSM和ZigBee)来通过无线刷新软件。
表B
如图7所示，本发明实施例包括系统300，该系统300包括可操作地连接到网络控制器单元320的太阳能发电厂310。太阳能发电厂310包括多个太阳能跟踪装置301、302、303，其分别可操作地连接到太阳能电池板311、312、313。太阳能发电厂300包括多个类似的阻尼装置100、100'、100”。每个阻尼装置100、100'、100”分别可操作地连接到太阳能电池板311、312、313。网络控制器单元320适于运行Modbus传输控制协议(TCP)或其它合适的通信协议322，并且可操作地连接到无线因特网(WiFi)路由器324。每个太阳能跟踪器301、302、303在Modbus TCP中被分配相应的唯一地址。网络控制器单元310可以通过无线(WiFi)路由器324与太阳能跟踪设备301、302、303和阻尼装置100、100'、100”通信。
太阳能发电厂310由网络控制器单元320控制，其向每个太阳能跟踪器301、302、303发送关于跟踪器应被限定的角度和位置的信息，以优化能量产生。每个阻尼器100、100'、100”可操作地连接到太阳能跟踪装置301、302、303及其对应的太阳能电池板311、312、313。每个阻尼器100、100'、100”收集有关ΔT随时间变化的信息，并验证任何谐波事件。如果识别到谐波事件，则与谐波事件相关的跟踪器301、302、303将询问网络控制单元320，以从跟踪器301、302、303获取信息，例如相应的太阳能电池板311、312、313的位置/角度，并向网络控制单元320发送更新的信号。网络控制单元320可以处理来自跟踪器301、302、303和阻尼器100、100'、100”的数据，并向跟踪器301、302、303发送更新的位置指令，以将太阳能电池板311、312、313的位置/角度移动到最大化太阳能收集的位置。
根据本发明的实施例的操作太阳能电池板以最大化收集太阳能的方法如图8所示。ΔT用于决定是否将太阳能电池板移动到收起位置。
阻尼装置100的有益特征是，它降低了太阳能电池板被移动到收起位置(当实际上没有必要这样做时)的频率，称为“假收起位置”。一些太阳能跟踪器上的回转驱动器由电池供电，该电池由其自身的太阳能电池板充电，独立于电网。跟踪器系统可能会在白天收到错误的收起命令，并将跟踪器运行到收起位置，然后必须运行返回至运行位置。回转驱动电池的存储能量有限，很容易耗尽必要的能量来返回跟踪器，使面板搁浅，直到充电。阻尼装置100可以通过最小化面板不必要地移动到收起位置(假收起)的实例来防止这种情况。
虽然阻尼装置100与根据上述本发明的各种实施例的太阳能电池板阵列一起使用，但该装置100可用于其它应用。例如，阻尼装置100可以与农业设备(例如农业喷洒臂或收割机甲板)一起使用。该设备可用于调整农业喷洒臂或收割机甲板的位置，以实现精确的施用或采集深度。
阻尼装置及其使用方法如上所述。可以在不脱离其范围的情况下对本发明进行各种更改。以上对本发明各种实施例的描述仅用于说明目的，而不是限制——本发明由权利要求书及其等同体限定。

Claims (24)

1.一种阻尼装置，其用于与太阳能电池板和可操作地连接到太阳能电池板以控制太阳能电池板位置的太阳能跟踪装置一起使用，所述阻尼装置适于从太阳能电池板的运动中吸收动能并将动能转换为热能，所述阻尼装置包括用于测量热能、收集与热能测量相关的数据、分析数据并向所述太阳能跟踪装置发送指令的装置，以根据数据的分析来调整太阳能电池板的位置。
2.根据权利要求1所述的阻尼装置，其中所述阻尼装置对热能进行初始测量并在预定时间量后进行至少一次后续的热能测量，从而能够通过从至少一次后续的热能测量中减去热能的初始测量来确定ΔT值，并且对太阳能跟踪装置的用于调整太阳能电池板的位置的指令是基于对ΔT值的分析。
3.根据权利要求2所述的阻尼装置，其中如果ΔT值是大于每分钟5摄氏度且小于或等于每分钟20摄氏度的增量，则阻尼装置向太阳能跟踪装置提供指令，以将电池板逐渐移动到最佳位置，以减少太阳能电池板上的风谐波并最大化太阳能收集。
4.根据权利要求3所述的阻尼装置，其中如果所述ΔT值是大于每分钟20摄氏度的增量，则阻尼装置指示所述太阳能跟踪装置将太阳能电池板移动到收起位置。
5.根据权利要求4所述的阻尼装置，其中所述阻尼装置包括计算设备，所述计算设备包括计算机处理器和非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括包含编程指令的软件，当执行编程指令时，处理器分析数据并向太阳能跟踪装置发送指令，以根据对数据的分析来调整太阳能电池板的位置。
6.一种用于收集太阳能的系统，其包括：
(a)太阳能电池板阵列，其包括适于吸收太阳能以发电的至少一个太阳能电池板；
(b)太阳能跟踪装置，其可操作地连接到太阳能电池板阵列并适于将至少一个太阳能电池板定位在多个位置；
(c)阻尼装置，其可操作地连接到至少一个太阳能电池板，所述阻尼装置适于从至少一个太阳能电池板的运动中吸收动能并将动能转换为热能，所述阻尼装置包括可操作地连接到太阳能跟踪装置以与太阳能跟踪装置通信的计算设备，所述阻尼装置还包括用于测量热能并将与热能测量相关的数据发送到计算设备的装置，其中，所述计算设备分析数据，并根据对数据的分析向太阳能跟踪装置发送指令，以调整太阳能电池板的位置。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述阻尼装置对热能进行初始测量并在预定时间量之后进行至少一次热能的后续测量，从而通过从至少一次热能的后续测量中减去热能的初始测量来确定ΔT值，并且对太阳能跟踪装置的用于调整太阳能电池板的位置的指令是基于对ΔT值的分析。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述计算设备包括适于运行Modbus传输控制协议的网络控制器单元，所述网络控制器单元可操作地连接到无线因特网路由器，由此所述网络控制器单元与所述太阳能跟踪设备通信。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述计算设备包括计算机处理器和非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括包含编程指令的软件，当执行编程指令时，处理器分析数据，并根据对数据的分析向太阳能跟踪装置发送指令，以调整至少一个太阳能电池板的位置。
10.根据权利要求9所述的系统，其中如果ΔT值为大于每分钟5摄氏度且小于或等于每分钟20摄氏度的增量，则阻尼装置向太阳能跟踪装置提供指令，以将电池板逐渐移动到最佳位置，以减少太阳能电池板上的风谐波并最大化太阳能收集，并且其中如果ΔT值是大于每分钟20摄氏度的增量，则阻尼装置指示太阳能跟踪装置将至少一个太阳能电池板移动到收起位置。
11.根据权利要求10所述的系统，其中如果ΔT值是小于或等于每分钟5摄氏度的增量，则阻尼装置不向太阳能跟踪装置发送移动至少一个太阳能电池板的指令。
12.一种阻尼装置，其包括：
(a)限定内部区域的壳体，所述壳体具有内表面和外表面，以及第一端和与第一端相对的第二端；
(b)部分位于壳体的内部区域的活塞杆，所述活塞杆具有第一端和相对的第二端，活塞杆的第一端位于壳体的外部，活塞杆的第二端位于壳体的内部区域内，壳体的第一端具有在其中形成的开口，用于接收活塞杆通过开口，活塞杆适于在延伸行程和延伸行程中移动，延伸行程中活塞杆向壳体的第一端移动，而延伸行程中活塞杆向壳体的第二端移动；
(c)活塞，其位于活塞杆的第二端附近；和
(d)内部温度传感器，其配置成测量阻尼装置内部的温度。
13.根据权利要求12所述的阻尼装置，还包括可操作地连接到射频发射器的计算设备，所述计算设备和射频发射器在活塞杆的第一端附近连接到活塞杆，其中，所述内部温度传感器可操作地连接到所述计算设备和所述射频发射器，由此射频发射器能够将内部温度传感器产生的温度数据传输到接收设备。
14.根据权利要求13所述的阻尼装置，还包括适于测量阻尼装置外部的温度的外部温度传感器，所述外部温度传感器附接在壳体的外表面并可操作地连接到计算设备和射频发射器，由此射频能够将外部温度传感器产生的温度数据传输到接收设备。
15.根据权利要求13所述的阻尼装置，还包括位置传感器，所述位置传感器连接到活塞杆并适于生成关于活塞杆的位置的位置数据，所述位置传感器可操作地连接到计算设备和射频发射器，由此射频发射器能够将位置传感器产生的位置数据传输到接收设备。
16.根据权利要求13所述的阻尼装置，还包括适于测量活塞杆的加速度的传感器，该传感器可操作地连接到计算设备和射频发射器，由此射频发射器能够将传感器产生的加速度数据传输到接收设备。
17.根据权利要求13所述的阻尼装置，还包括：
(a)磁限制传感器，其连接到活塞杆并适于测量活塞杆的位移距离；和
(b)时间测量装置；和
(c)其中，磁限制传感器和时间测量装置可操作地连接到计算设备和射频发射器，所述计算设备包括处理器和非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括包含编程指令的软件，当执行编程指令时，处理器使用由磁限制传感器产生的位移数据和由时间测量装置产生的时间数据来计算活塞的速度，并且其中射频发射器能够将速度传输到接收装置。
18.根据权利要求13所述的阻尼装置，还包括至少一个天气传感器，其适于生成与风速和风向中的至少一个相关的数据，所述至少一个天气传感器可操作地连接到计算设备和射频发射器，由此所述射频发射器能够将由至少一个天气传感器生成的数据传输到接收设备。
19.根据权利要求12所述的阻尼装置，其中所述活塞杆是空心的并且限定在其中的内部，并且内部温度传感器至少部分地位于活塞杆的内部。
20.根据权利要求19所述的阻尼装置，其中所述内部温度传感器包括K型热电偶，所述K型热电偶包括至少一根导线，所述至少一根导线位于活塞杆的内部并连接到连接端子，所述连接端子在活塞附近附接到活塞杆。
21.根据权利要求20所述的阻尼装置，还包括可操作地连接到射频发射器的计算设备，其中，所述内部温度传感器可操作地连接到计算设备和射频发射器，由此射频发射器向接收设备发送由内部温度传感器产生的温度数据，并且其中所述K型热电偶的至少一根导线连接到射频发射器。
22.根据权利要求12所述的阻尼装置，还包括位于所述壳体的第一端和壳体的第二端中间的壳体的内部区域内的底部阀，其中，所述底部阀和所述壳体的第一端中间的内部区域限定工作腔室，而底部阀和所述壳体的第二端中间的内部区域限定补偿腔室，并且还包括设置在工作腔室内的阻尼流体介质，其中底部阀允许设置在工作腔室内的阻尼流体的至少一部分在活塞杆以压缩行程移动时进入补偿腔室。
23.根据权利要求21所述的阻尼装置，其中内部温度传感器位于靠近底部阀的位置。
24.一种用于收集太阳能的系统，包括：
(a)太阳能电池板阵列，其包括适于吸收太阳能以发电的至少一个太阳能电池板；
(b)太阳能跟踪装置，其包括可操作地连接到太阳能电池板阵列的旋转元件，由此太阳能跟踪装置能够旋转至少一个太阳能电池板至相对于太阳能源的多个位置；
(c)阻尼装置，其可操作地连接到至少一个太阳能电池板，所述阻尼装置适于从至少一个太阳能电池板的运动中吸收动能并将动能转换为热能，所述阻尼装置包括：
(i)壳体，其限定内部区域，所述壳体具有内表面和外表面，以及第一端和与第一端相对的第二端，
(ii)活塞杆，其部分位于壳体的内部区域内，所述活塞杆为空心并限定其中的内部，所述活塞杆具有第一端和相对的第二端，所述活塞杆的第一端位于壳体外部，所述活塞杆的第二端位于壳体的内部区域内，壳体的第一端具有用于通过其接收活塞杆的开口，所述活塞杆在延伸位置和压缩位置之间是可移动的，
(iii)活塞，其位于活塞杆的第二端附近，
(iv)内部温度传感器，其适于测量阻尼装置内部的温度，所述内部温度传感器至少部分位于活塞杆的内部，以及
(v)计算设备，其可操作地连接到内部温度传感器和太阳能跟踪装置，其中计算设备分析由内部温度传感器产生的温度数据，并根据对温度数据的分析向太阳能跟踪装置发送指令，以调整太阳能电池板的位置。
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