用于安装在平面支承表面（例如，屋顶）上的两部分太阳能收集系统，包括基础结构的永久定位部件和包括被固定地安装在支承框架上的太阳能收集元件的可更换的太阳能收集器部件。每个收集元件包括被布置来把太阳辐射聚焦到焦线的光学元件和被固定地保持在焦线上的线性布置的太阳能收集器（例如，ＰＶ电池）。可更换的太阳能收集器部件被固定到基础结构的旋转平台，以使得太阳能收集元件的焦线保持在基本上平行于支承表面的平面上，以及由定位系统使得旋转平台和可更换的太阳能收集器部件一起围绕旋转轴枢轴地旋转，以便平行于接收的太阳光束而将ＰＶ电池对准。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总的涉及太阳能发电的改进，更具体地，涉及适用于住宅屋顶安装的应用 或包括公用事业规模设施的商业应用的、两部分太阳能发电系统。
技术介绍
对于“绿色”电源(即，不是用基于石油的产品的发电)的需要引起用于商业和住 宅应用的太阳能发电的许多进步。太阳能发电典型地牵涉到把太阳光直接转换成电的光伏(PV)元件(太阳能电 池)的使用。这些太阳能电池典型地通过使用方形或准方形硅晶片而被制成，这些硅晶片 通过使用建立的半导体制造技术被掺杂，并以产生自由电子的方式吸收光辐射(例如，太 阳光)，在存在内建电场的情形下使得这些自由电子流动，创建直流(DC)功率。由包括几个 太阳能电池的阵列生成的DC功率在被放置在电池上的网格上被收集。太阳能发电当前在住宅和商业环境(setting)中执行。在典型的住宅应用中，相 对较小的太阳能电池阵列被安装在房子的屋顶上，生成的电典型地仅仅提供给该房子。在 商业应用中，较大的阵列被布置在太阳照射下，否则在未使用的区域(例如，沙漠)，最终得 到的大量电力通过电力线被输送到企业和住房。把太阳能阵列安装在住宅房子或接近于负 荷的商业设施上的好处是，本地化的发电减小与在长的电力线上的传输相关联的损耗，并 且与诸如在某些公用事业规模太阳能设施中的远离有用负荷的商业的太阳能发电相比较， 它需要较少的资源(即，土地、电力线和塔、变压器等等)来对所发的电进行配电。然而，如 下面阐述的，当前的太阳能发电设备在住宅环境中典型地不是经济可行的。光伏太阳能发电设备通常可被划分成两组平板太阳能阵列和聚集型 (concentrating-type)太阳能设备。平板太阳能阵列包括太阳能电池，该太阳能电池被安 排在大的平板上，受到未聚焦的直接漫射太阳光的照射，由此被转换成电的太阳光量正比 于太阳能电池的面积。相反，聚集型光伏太阳能设备利用把大多数直射的太阳光聚焦(聚 集)到位于光学元件的焦点(或线)上的相对小的太阳能电池的光学元件。平板太阳能阵列比起聚集型太阳能设备有优点也有缺点。平板太阳能阵列的优点在于，它们的重量-尺寸比是相对较低的，易于其在住宅应用中使用，因为它们可以被安装 在大多数房子的屋顶而不用对屋顶支承结构作重大的修改。另外，它们从大的角度接受太 阳，易于相对直截了当地被固定安装在屋顶和其它平的安装地点。然而，平板太阳能阵列具 有相对较低的效率(即，约15% )，它需要大的覆盖面积，以便提供足够的电量，使得它们值 得使用。因此，由于硅的高成本，当前的屋顶平板太阳能阵列成本高于每瓦$5，所以房主要 用25年通过节省他/她的电费帐单而回收投资。在经济上，平板太阳能阵列对于没有补助金的典型的房主来说不是可行的投资。通过提供把太阳光聚焦(聚集)到太阳能电池的光学元件，聚集型太阳能阵列避免平板太阳能阵列的高的硅成本，并且还可以通过使用较小的、更高效率的太阳能电池 而呈现更高的效率。聚集量依赖于光学设备的类型而变化，范围从对于槽式反射器型设备 (在以下另外详细描述)的10X-100X到使用某些卡萨格伦型(cassegrain-type)太阳能设 备的高达600X-10000X。然而，通常，聚集型太阳能设备的问题是系统的接受角度是受限制 的，因此光学元件的取向必须在一天内通过使用二自由度的跟踪系统连续调节，以便保持 峰值效率，这需要坚实的基础结构和电动机来支承和定位光学元件，这个结构还必须设计 制造成抗大风和风暴外力。而且，较高效率的(例如，卡萨格伦型)太阳能设备对于反射器 材料、反射器几何结构和跟踪精度需要甚至更高的工程要求。由于由支承/跟踪系统强加 的工程约束，聚集型太阳能设备很少在住宅或商业屋顶环境中使用，因为大多数房子和建 筑物的屋顶需要很大的翻新改进来支承它们的很大的重量和风负荷结构。相反，聚集型太 阳能设备典型地限于商业环境，其中水泥或金属基础结构布置在地基上。另外，对于所有的 设施，具有相关的风负荷和其它结构支承的此类二自由度跟踪系统的成本会增加聚集器的 成本，因此抵消通过减少所使用的硅PV元件而达到的成本减小。图15㈧到(C)是显示传统的槽式反射器太阳能发电设备50的简化的透视图，它 代表一种类型的传统的聚集型太阳能设备。设备50总的包括槽式反射器51，该槽式反射 器51具有被成形为把太阳(光)束B反射在焦线FL上的镜射(反射)表面52 ；拉长的光 感受器53，该光感受器53通过支承臂55以固定关系沿焦线FL安装在槽式反射器51上； 以及跟踪系统(未示出)，用于支承槽式反射器51和围绕平行于焦线FL的水平轴X旋转 槽式反射器51。在传统的环境中，槽式反射器51被放置成X轴对准在南北方向，并且如图 15(A)到(C)所示，跟踪系统在一天的过程期间沿东到西方向旋转槽式反射器51，这样，光 束B被引导到反射镜表面52。如上所述，在住宅环境中这种布置的问题是，跟踪系统(即， 对于旋转槽式反射器51所需要的支承结构和电动机)需要对普通的住宅房子屋顶作很大 的修改。另一方面，如果槽被做得很小，并且被并排地包装在一起，多个槽由一个电动机驱 动，那么要使得多个铰链和联动装置一起枢轴地旋转以精确地聚焦太阳光在工程上是困难 的。所需要的是能够克服上述的与传统的太阳能发电系统相关联的问题的、经济可行 的住宅或商业屋顶安装的或地面安装的太阳能发电系统。具体地，所需要的是利用比传统 平板太阳能阵列更少的PV材料的、避免传统的聚集型太阳能设备的笨重的昂贵的跟踪系 统的、且在安装与维护上便宜的太阳能发电设备。
技术实现思路
本专利技术涉及两部分太阳能收集(例如，太阳能发电)系统，其包括永久(即，不能 更换的)定位部件和低成本、可更换的太阳能收集器部件。定位部件包括具有框架的基 础结构，易于永久连接到支承表面(例如，住宅房子的屋顶)；被安装在框架上的像转台样 的旋转平台，用于可拆卸地支承太阳能收集器组件；和旋转定位(运动/跟踪)系统，用于 调节旋转平台围绕垂直于基础支承表面的旋转轴的旋转角度。定位系统通过使用被设计成 为了太阳能收集系统的寿命永久附着到支承表面(例如，屋顶)的一组鲁棒的元件而被构建。相比之下，太阳能收集器组件包括一个或多个太阳能收集元件，它们通过使用低成本制 造技术而被安装在平的支承框架上。平面(平的)支承框架被可拆卸地安装到定位系统的 旋转平台，由此太阳能收集元件的重量通过平的支承结构被散布在大的面积上，并且组装 的系统的低轮廓(low-profile)避免不必要的风力。通过把鲁棒的、永久定位部件与低成 本、可更换的太阳能收集器组件相组合，本专利技术提供经济可行的太阳能发电系统，因为倾向 于在相对短的时间量内用坏的部件(例如，光伏电池)被放置在低成本太阳能收集器组件 上，它可以容易周期地更换，以使得发电效率最大化。 按照本专利技术的一个实施例，所述一个或多个太阳能收集元件通过槽式反射器被实 施，槽式反射器由旋转定位系统围绕非平行于(例如垂直于)由槽式反射器限定的焦线的 旋转轴而进行旋转(即，不是像传统的槽式反射器系统那样是水平的)。另外，旋转定位系 统包括跟踪系统，其控制被耦合到旋转平台的电动机，以便调节太阳能收集元件的角位置， 这样，由槽式反射器限定的焦线对准得大体上平行于入射太阳光束(例如，在日出时大体 上对准本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于安装在平面支承表面上的两部分太阳能收集系统，所述两部分太阳能收集系统包括：永久定位部件，包括：基础结构，包括框架和可旋转地布置在框架上的旋转平台，以使得旋转平台可以相对于框架围绕旋转轴旋转，以及旋转定位系统，包括用于调节旋转平台围绕旋转轴的旋转角度的装置；以及可更换的太阳能收集器部件，包括被固定地安装在支承框架上的一个或多个太阳能收集元件和被固定地保持在焦线上的线性布置的太阳能收集器，其中所述一个或多个太阳能收集元件中的每一个包括光学元件，该光学元件被布置来把太阳辐射聚焦到焦线，其中当基础结构的框架在工作时被固定到平面支承表面时，旋转轴保持为基本上垂直于所述支承表面，以及其中当可更换的太阳能收集器部件的支承框架在工作时被固定到旋转平台时，所述一个或多个太阳能收集元件的焦线保持在基本上平行于平面支承表面的平面上，而旋转平台和可更换的太阳能收集器部件一起围绕旋转轴旋转。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：KA利陶，PY梅达，PC钟，N帕雷克，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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