專利名稱：雙槽聚光太陽能光生伏打模塊的制作方法
技術領域：
本公開一般涉及太陽能收集系統(tǒng)，并且特別涉及聚光太陽能收集系統(tǒng) (Concentrating solar energy collecting system)。
背景技術：
太陽能光生伏打(PV)系統(tǒng)的成本最高的部件是通過光電效應將太陽光轉變成電 力的太陽能電池。為了更加有效地使用這些電池，聚光光生伏打(CPV)系統(tǒng)將太陽光從較 大的孔聚焦到較小的電池區(qū)域上。雖然從20世紀60年代的商業(yè)PV工業(yè)的一開始就已經(jīng) 開發(fā)了許多的CPV設計，但是直到2007年年末，還沒有設計實現(xiàn)明顯的商業(yè)成功。雖然CPV 設計使用很少的活性電池材料，但是它們一般需要諸如反射鏡、透鏡和散熱器的附加結構， 并且基本受限于利用比總可用光少的光。這些因素增加成本和系統(tǒng)復雜性，并且降低非聚 光PV系統(tǒng)的光電效率。 雖然現(xiàn)有的聚光太陽能PV系統(tǒng)針對一些應用，但是需要繼續(xù)努力以進一步改善 聚光PV系統(tǒng)的設計和成本有效性。

發(fā)明內容
提供一種適于在沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的太陽能收集系統(tǒng)中使用的光生 伏打太陽能收集器。收集器可具有孔并且具有至少一個反射器面板；至少一個太陽能接 收器，各太陽能接收器包含具有取向基本上與收集器的孔垂直的電池面的多個光生伏打電 池；和支撐所述至少一個反射器面板的支撐結構。 在另一實施例中，提供一種適于在沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的太陽能收集系 統(tǒng)中使用的光生伏打太陽能收集器，所述收集器可具有槽型反射器配置，所述槽型反射器 配置包含一對反射性側壁，縱軸、適于在太陽能收集系統(tǒng)的操作過程中接收入射的太陽光 的槽孔，所述槽孔具有基本上與縱軸垂直的孔軸；和支撐反射性側壁的支撐結構；和多個 太陽能接收器，各太陽能接收器一般位于鄰近相關的側壁并在其之上，使得太陽能接收器 在沿一個軸跟蹤太陽的運動的模式中的操作中不遮蔽反射性側壁。 在另一實施例中，提供一種適于在包含收集器、支撐收集器的臺架和使收集器沿 至少一個軸跟蹤太陽的運動的跟蹤系統(tǒng)的太陽能收集系統(tǒng)中使用的光生伏打太陽能收集器，所述收集器可具有多個反射器面板；支撐反射器面板的支撐結構，其中，所述支撐結構以限定一對相鄰的反射器槽的方式支撐反射器面板，各槽具有基部、一對反射性側壁和適于在收集器的操作過程中接收入射的太陽光的槽孔；多個太陽能接收器，各太陽能接收器一般位于鄰近相關的槽的邊緣并且包含至少一個光生伏打電池，其中，反射器面板被設置為通過在收集器的操作過程中使用單一反射將入射的太陽光引向太陽能接收器，和與鄰近槽的基部的支撐結構耦合以與支撐結構一起限定閉合的反射器支撐桁架框架的框，其中，反射器支撐桁架框架位于反射器槽后面，使得反射器支撐桁架框架在收集器的操作過程中不遮蔽反射器面板。 在另一實施例中，提供一種適于在沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的太陽能收集系
統(tǒng)中使用的太陽能收集器，所述收集器可具有多個反射器面板；支撐反射器面板的支撐
結構，其中，所述支撐結構以限定一對相鄰的反射器槽的方式支撐反射器面板，各槽具有基
部、一對反射性側壁和適于在太陽能收集系統(tǒng)的操作過程中接收入射的太陽光的槽孔；與
鄰近槽的基部的支撐結構耦合以與支撐結構一起限定閉合的反射器支撐桁架框架的框，其
中，反射器支撐桁架框架位于反射器槽后面，使得反射器支撐桁架框架在太陽能收集器的
正常操作過程中不遮蔽反射器面板；和被設置為接收反射的太陽光的多個太陽能接收器。 —種太陽能收集系統(tǒng)可具有具有槽孔、重心、至少一個反射器面板和支撐反射器
面板的支撐結構的槽收集器；以樞軸的方式支撐收集器以使其關于樞軸進行樞軸運動的臺
架；和使收集器在樞軸上相對于臺架轉動以沿樞軸跟蹤太陽的運動的跟蹤系統(tǒng)，其中，收集
器的重心被設置為穿過樞軸。 在另一實施例中，一種太陽能收集器可具有至少一個反射器面板；多個太陽能
接收器；和以限定具有槽基部、一對反射性側壁和適于在收集器的操作過程中接收入射的
太陽光的槽孔的反射器槽的方式支撐至少一個反射器面板的支撐結構，其中，各反射性側
壁具有接近四分之一拋物線段的曲率以由此在多個太陽能接收器上集中入射的太陽輻射。 在另一實施例中，一種太陽能收集系統(tǒng)可具有具有多個反射器和以限定分別具
有縱軸、反射性側壁和槽孔的一對槽的方式支撐收集器的支撐結構的雙槽收集器；以樞軸
的方式支撐收集器以使其關于樞軸進行樞軸運動的臺架；和使收集器在樞軸上相對于臺架
轉動以沿樞軸跟蹤太陽的運動的跟蹤系統(tǒng)，其中，臺架、支撐結構或任何其它的支撐結構中
的任一部分均不位于槽孔的前面，由此，太陽收集系統(tǒng)的部件均不在太陽能收集系統(tǒng)的正
常操作過程中遮蔽反射器。 —種沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的聚光光生伏打太陽能收集器系統(tǒng)，可具有至少一個反射器面板；支撐反射器系統(tǒng)的框架；由框架承載的接收器基座；和至少一個太陽能接收器，各太陽能接收器包含具有取向為接收從反射器面板反射的光的電池面的至少一組光生伏打電池，其中，接收器基座與太陽能接收器接合以便以在機械上從接收器基座將太陽能接收器去耦合的方式支撐太陽能接收器。 在一個實施例中，一種太陽能收集系統(tǒng)可具有在相鄰的收集器的反射性側壁之間以不大于10毫米的間隙沿縱向并排定位的如前面的權利要求中的任一項所述的多個收集器；和一個或多個臺架，各臺架被設置為以樞軸的方式支撐相關的收集器以使其關于縱向的樞軸進行樞軸運動，其中，太陽能收集系統(tǒng)的部件均不在太陽能收集系統(tǒng)的正常操作中遮蔽反射器面板。
—種使用太陽能聚光收集器的方法，可包括組裝一個或多個太陽能聚光收集器，
各太陽能聚光收集器具有至少一個光生伏打電池；和跟蹤一個或多個太陽能聚光收集器，
其中，所述至少一個光生伏打電池中的每一個的面法線與入射的太陽光垂直。 —種用于構建太陽能收集系統(tǒng)的套件，可具有多個反射器結構，各反射器結構包
含多個反射器面板和以限定聚光槽的方式支撐反射器面板的多個肋條，其中，反射器結構
通過嵌套的槽被層疊；和多個太陽能接收器，各太陽能接收器包含至少一個光生伏打電池，
其中，所述多個太陽能接收器被層疊。 在以下的本發(fā)明的詳細描述和相關的附圖中將更加詳細地給出這些和其它的特征。


被加于本說明書中并構成其一部分的附圖示出一個或多個示例性實施例，并與示例性實施例的說明 一起用于解釋原理和實現(xiàn)。
在附圖中 圖1A 1F示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例性雙槽聚光光生伏打太陽能收集
器(dual trough concentrating photovoltaic solarenergy collector)。 圖2A和圖2B示出示例性的太陽能收集器的展開透視圖。 圖3A 3D示出圖2B所示的收集器的詳細的部分。 圖4A 4E示出太陽能接收器的示例性實施例。 圖5示出示例性散熱器。 圖6A和圖6B示出另一示例性散熱器。 圖7A 7C示出另一示例性散熱器。 圖8示出把太陽能接收器固定到支撐結構的示例。 圖9A 9C示出用于太陽能收集器的示例性裝運容器。 圖10A 10D示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的利用太陽能收集器陣列的示例性發(fā)電廠(power generation plant)。
具體實施例方式
這里，在雙槽聚光太陽能光生伏打模塊的上下文中描述實施例。以下的詳細描述僅是解釋性的，并且絕不是要進行限制。受益于本公開的本領域技術人員很容易想到其它的實施例?，F(xiàn)在將詳細參照附圖所示的實現(xiàn)。在附圖和以下的詳細描述中，始終用相同的附圖標記表示相同或類似的部件。 為了清楚起見，不是這里描述的實現(xiàn)的所有例行特征都被示出和描述。當然，可以
理解，在任何這種實際的實現(xiàn)的開發(fā)中，為了實現(xiàn)開發(fā)人員的特定目標，必須做出大量的實
現(xiàn)特定的決定，諸如服從與應用和商業(yè)有關的約束，并且，從一個實現(xiàn)到另一個以及從一個
開發(fā)人員到另一個，這些特定的目標將改變。并且，可以理解，這種開發(fā)工作會是復雜和耗
時的，但對于受益于本公開的本領域普通技術人員來說會是例行的工程任務。 描述太陽能收集系統(tǒng)。圖1A 1C示出適于供本發(fā)明的各實施例使用的示例性雙
槽太陽能聚光器(concentrator)或收集器。圖1A是雙槽太陽能收集器的透視圖，圖1B是雙槽太陽能收集器的頂部透視圖，圖1C是雙槽太陽能收集器的側視圖，以及圖1D是雙槽太 陽能收集器的底視圖。收集器100具有雙槽設計，該雙槽設計具有關于平分面105(圖1C) 對稱的兩個光學孔101a和101b。光學孔101允許入射的太陽光入射到反射器面板106上。 支撐結構102被設置為支撐至少四塊反射器面板106。反射器面板106被固定到支撐結構 102上，從而形成反射器結構107 (圖2A)。反射器結構107可具有分別具有基部124a、124b 的一對相鄰的反射器槽120a、120b和由反射器面板106形成的一對反射性側壁。反射器結 構107可被設置為將通過光學孔101進入收集器100的入射的太陽光引向稍高于相對的反 射器面板106的頂邊的區(qū)域。支撐結構102由多個成形肋條(sh即ing rib) 216 (圖2A)和 將在后面進一步詳細描述的其它部件構成。如后面進一步詳細描述的那樣，收集器100還 具有在反射器結構107的頂邊附近耦合的多個接收器或太陽能接收器104。
圖1E和圖1F以圖解法示出槽的示例性形狀。各槽120a、120b可具有將槽分成基 本上對稱的兩半的槽平分面134，每個基本上對稱的一半類似縱向延伸曲線部分。限定槽的 反射器被彎曲以將太陽光引向相關的太陽能接收器。槽的曲率可稍微改變。在一個實施例 中，各基本上對稱的一半具有類似于拋物線132的四分之一部分的曲率的曲率。換句話說， 槽的曲率可接近在目標接收器上提供適當?shù)奶柟饩酃獾膱A弧或任何其它的幾何形狀。在 四分之一部分的實施例中，各槽120a、120b可由具有相同的焦點的"完全"或常規(guī)拋物線的 兩個四分之一部分構成。雖然被描述為拋物線的四分之一部分，但是，由于槽120大致與拋 物線形狀的四分之一部分類似并且不是數(shù)學嚴格完美的拋物線形狀，因此該描述不是要進 行限制。 圖1E示出焦點在135上的常規(guī)中心聚焦全拋物線配置130，所述配置與拋物線 132的兩個四分之一部分的使用重疊并與其相比較。與全拋物線配置130相比，使用拋物 線132配置的基本上四分之一部分提供更深或V形的槽，并且槽的每側具有更小的曲率。 拋物線132的四分之一部分是拋物線的一部分，使得當兩個相對的四分之一部分彼此相鄰 定位時，一個部分的焦點接近相對的部分的頂邊。例如，部分132a的焦點在133a上，部分 132b的焦點在133b上。四分之一拋物線槽132實現(xiàn)與全拋物線聚光器相同的幾何集中 (geometricconcentration)的形狀，但具有更小的曲率并且還可具有更大的剛度。降低的 曲率還減少彎曲的反射器面板106中的應力，并且允許由一般呈平面的面板形成反射器面 板106。增加的剛度源自具有更高的慣性面積矩(area moment of inertia)。具有較深的 槽和/或桁架(truss)(在后面討論)還一般提供剛度比較淺的槽和/或桁架大的收集器。 另外，對于固定的軸向負載，更直的桁條(beam)的剛度會比彎曲的桁條大。這種增加了固 有剛度的設計允許使用諸如鋁、板金屬等的更輕和更便宜的材料制造收集器100。
重新參照圖1A IC，支撐結構102可支撐或保持多個反射器面板106。反射器面 板106可通過對于支撐結構102的成形肋條216 (圖2A和圖2B)的彈性變形成形。在一個 實施例中，反射器面板106可以塑性形成為具有曲率。因此，如后面參照圖2A和圖2B進 一步詳細討論的那樣，反射器面板106可以由具有類似四分之一拋物線配置的曲率的結構 102支撐和保持。 雖然單一的四分之一拋物線槽提供比等同的全拋物線槽高的彎曲剛度，但是它是 開放的形狀并因此會具有較低的扭轉剛度。由于太陽能收集器在白天旋轉以對準太陽，因 此扭轉剛度是所希望的。為了提供附加的扭轉剛度，示出的收集器100具有與成形肋條216的底部124a和124b耦合的加強框108。這樣，如圖IC所示，在槽120a、 120b之間反射器面 板106下面的區(qū)域中，形成閉合的桁架136。閉合的收集器支撐桁架136的框架形成梯形的 轉矩管(torque tube)。雖然被描述為梯形，但是桁架136大致類似梯形，不是數(shù)學上嚴格 完美的梯形。給定大的孔101和重量輕的收集器IOO，那么梯形的轉矩管提供剛性結構。
如圖1F所示，四分之一拋物線槽配置或形狀被設置為將槽120的焦點引向相對的 槽段的遠邊正上的位置。這允許太陽能接收器104位于它們將不會遮蔽反射器面板106的 位置。另外，太陽能接收器104可以在不使用在反射器面板的面上延伸的支柱(strut)的 情況下被固定到槽120的邊緣103上。常規(guī)上，通過在槽開口上安裝支柱產生閉合形狀的 桁架。支柱可在反射器面板上投射陰影，這導致光生伏打電池設計效率低下。如上所述，使 用圖IF的四分之一拋物線槽配置允許在反射器結構107下面以及在反射器面板106下面 使用閉合成形的桁架。并且，如后面參照圖2A進一步詳細描述的那樣，四分之一拋物線槽 配置允許太陽能接收器104位于反射器結構107的邊緣上。太陽能接收器104和諸如臺架 (stand)、支撐結構和框的所有結構元件由此不在反射器面板106上投射陰影，這導致更加 有效的太陽能收集器100。 重新參照圖IB 1D，收集器單元100的尺寸可被大大改變以滿足特定應用的需 要。作為例子，對于許多的應用，適用具有安裝在支撐結構102a、102b的各頂邊附近的至少 三個太陽能接收器104的約5 6米(m)的量級的收集器長度LftA^。在這種系統(tǒng)中，適用 約800 1200毫米(mm)范圍的光學孔寬度(Wl)、約15 250mm的光學孔101間隔(W2)。 因此，收集器的總寬度可以在2 3m之間。支撐結構102的從底部124到頂邊103的各槽 的高度(Hl)可以在約300 400mm之間。頂邊103也可位于收集器的縱向面140中。在 一個特定的例子中，L收集器可以為5. 7m，Wl可以為1010mm，W2可以為200mm，反射器結構107 的總寬度可以為2. 25m，Hl可以為360mm，并且外部接收器支撐軌道204 (圖2A)可具有15mm 的寬度。為了實現(xiàn)大致四分之一拋物線曲率，一般呈平面的面板可以被彈性變形以偏離平 面狀態(tài)約10 40mm。雖然這里提到一些特定的尺寸，但應理解，收集器的尺寸絕不限于這 些范圍。相反，它們可大大改變以滿足特定應用的需要。 如圖1D所示，多個支架(brace) 142可被用于將成形肋條216固定到支撐結構102 上的接收器支撐軌道202上。如后面進一步討論的那樣，支架142可向收集器100提供附 加的支撐和強度。 圖2A和圖2B示出示例性的太陽能收集器的展開透視圖。從這里可以看出，反射器 結構107具有多個成形肋條216。成形肋條216可同時對于反射器面板106提供正確的光 學形狀和結構剛度。鄰近反射器面板106的成形肋條216的表面形成為類似于四分之一拋 物線配置或形狀。成形肋條216可大致類似于四分之一拋物線形狀以實現(xiàn)太陽光在太陽能 接收器104上的充分的聚焦。例如，在一個實施例中，鄰近反射器面板106的成形肋條216 的表面可形成為接近在接收器上提供適當聚光的圓弧或其它的形狀。雖然成形肋條216被 示為處于反射器面板106的邊緣的下面，但是，由于成形肋條216可位于任何縱向位置上以 支撐反射器面板106，因此，成形肋條216的位置或定位不意味著限制。
成形肋條216可通過噴水切割(water jet cutting)、激光切割、沖壓或任何其它 適當?shù)氖侄螐陌辶?sheet stock)形成為單一的雙槽結構。板料可以為任意的形式。例 如，板料可以為平面狀、矩形板料。在另一例子中，板料可形成為"T"形、"D"形、"L"形、
10"C"形或提供更高剛度和更強成形肋條的任何其它類似的形狀。在另一實施例中，成形肋 條216可由多個片段組裝并且通過諸如使用結構粘接劑、焊接和螺栓等的任意手段被耦合 在一起。并且，由于矩形板料件的材料中的大部分被用于形成成形肋條216，因此成形肋條 216的形狀可使制造過程中的廢料(scrap)最少化。 成形肋條的實際幾何尺寸可大大改變。在適于供具有上述尺寸的收集器使用的一 些特定實施例中，各成形肋條216可具有約20 120mm之間的高度(H2)和1 4mm的厚 度。在一個例子中，成形肋條216可具有40mm的高度H2并具有1.5mm的厚度。在一些實 施例中，成形肋條216可在底部124上較厚并且在接近頂邊103的位置上較薄。作為替代 方案，成形肋條216可以為由通過諸如使用結構粘接劑、結構帶、焊接和螺栓等的任何已知 的手段接合在一起的多件金屬板料形成的復合結構。這可使重量最輕化并使各肋條216和 收集器100的強度最大化。 成形肋條216的四分之一拋物線配置允許成形肋條216由更輕、更便宜的結構材 料制成。另外，在一個裝配過程中，平坦的反射器板材被彎曲以符合成形肋條216的四分之 一拋物線配置。如上所述，四分之一拋物線配置的一個優(yōu)點在于，當反射器板材在組裝中被 彎曲以形成反射器面板106時，它不在反射器內產生大的應力。并且，支撐結構102允許對 于沿收集器100的整個長度Lft員^延伸的各半槽由單一連續(xù)的反射器板材制造單一的反射 器面板106。當然，應當理解，在替代性實施例中，各半槽可由并排、端對端或以完全覆蓋半 槽的任意配置布置的多個反射器面板形成。 在一個實施例中，各反射器面板106可由由Alanod of Enn印atal， Germany制
造的Miro-Sun⑧kksp制成。Miro-Sun kksp為o. 5mm厚的鋁條，所述鋁條可具有
在硅光生伏打電池工作的頻帶上提供超過90%的鏡面反射的特制表面?？梢韵蚍瓷淦髅?板106的頂部施加保護漆涂層以增加磨損和耐候性(weather resistance)。在另一實施 例中，反射器面板106可由由Alanod或多個其它的賣主制造的任意的高反射材料制成。 在另一實施例中，反射器面板106可在鋁條上具有銀涂敷聚合物基疊層(silver coated polymer-based laminate)。 一旦銀涂敷疊層的反射性能由于天氣和/或太陽光而劣化，則 銀涂敷疊層可被去除以由此露出新的反射層。這使得收集器100能夠在不必更換的情況下 長期使用，從而便于維護并且成本低廉。反射器面板可具有約1 5層之間的銀涂敷疊層。
可以在連續(xù)的巻體(roll)到巻體過程中制成具有1250mm的寬度的反射器面板 106?？墒褂谜麄€巻體寬度或巻體的寬度的二分之一或三分之一形成各反射器面板106，這 樣，由于可以使用整個巻體形成反射器面板，由此可以減少任何浪費。在一個例子中，反射 器面板106可以是具有625mm寬度的半寬度切開巻體，該巻體形成具有基本上等于!^員^的 長度和基于上等于H1的高度的反射器面板。在另一例子中，長度可以為5.7m，并且高度可 以為360mm。在一個實施例中，各反射器面板可由多個反射器板材形成，各板材以最少的浪 費以基本上利用巻體上的所有反射器材料的方式由反射器材料的巻體制造。
在另一實施例中，反射器面板106可由與適當?shù)谋骋r(backing)結合的回火薄玻 璃反射鏡制成。反射鏡可具有約O. 10mm lmm之間的厚度。當彈性變形以符合支撐結構 102時，反射器面板106的四分之一拋物線配置的曲率小于常規(guī)的全拋物線配置的曲率，從 而允許使用回火薄玻璃反射鏡。在一個實施例中，反射器面板106可在反射鏡上具有上述 的銀涂敷疊層。
11
在另一實施例中，反射器面板106可具有被固定到反射表面(未示出)上以加強 面板組裝的背襯面板。在一個例子中，背襯面板可以是鋁或類似材料的板材。在另一例子 中，背襯面板可具有諸如蜂窩形狀、X形或V形等的復雜結構。背襯面板可具有約0. 5mm 5mm之間的厚度。 在另一實施例中，反射器面板106、支撐結構102和框108可均由諸如鋁的相同的 材料制成。使用相同的材料可保證相近的熱膨脹系數(shù)(CTE)，這允許在沒有有害的機械變形 的情況下使用大面積的反射器面板。如上面參照圖1B示出和描述的那樣，各收集器100可 具有分別趨向于(run)收集器100的全長Lft員^的四個反射器面板106。與當前的太陽能 收集器相比，這更加便于裝配收集器100并且提供剛度更大的整體結構。由于如上面討論 的那樣CTE不匹配會導致變形以及潛在的永久性機械損傷，因此當前的收集器必須安裝較 短的反射器面板或條帶以適應框和反射器之間的CTE不匹配。 如上面和下面詳細描述的那樣，在一些現(xiàn)有的設計中，反射器面板的條帶可在太 陽能電池上投射陰影。由于太陽能電池會被串聯(lián)電連接，因此，太陽能電池上的任何陰影會 由于太陽能電池間的電連接的本質不成比例地降低總體聚光器效率。效率會以陰影寬度與 電池寬度的比率降低，不是以陰影寬度與孔長度的比率降低。例如，反射器條帶之間的5mm 寬間隙或非反射部分會在78mm寬的電池上投射至少5mm寬的陰影，從而使總體效率降低 5/78或6眉。 在示出的實施例中，框108具有多個橫梁(cross beam) 212和至少一對平行支撐 桿件214。平行支撐桿件214可以是通過擠壓形成的細長縱向結構。在另一實施例中，平 行支撐桿件214可具有諸如附加的平行支撐桿件的多個元件，這些元件諸如通過使用結構 粘接劑、焊接、釬焊和銅焊等被耦合在一起，以形成用于框108的單一平行支撐桿件。作為 替代方案，可通過諸如有角支架和位于平行支撐桿件214的中心內的細長棒等其他結構裝 置使得平行支撐桿件214變得更強。橫梁212可以是結合支撐桿件214以在支撐桿件214 之間提供結構支撐和支持的任意構件?？?08可與支撐結構102以及成形肋條216的底部 124a和124b耦合，以對于收集器IOO提供結構支撐。在一個實施例中，橫梁212如圖2A和 圖2B所示的那樣為T部分，并且可基本上等于成形肋條216的數(shù)量。橫梁212可通過擠壓 形成。在另一實施例中，橫梁212可被定位為形成各種幾何形狀，諸如以某角度結合支撐桿 件214以由此如圖1A和圖1B所示的那樣形成三角形。由于橫梁212可沿諸如X形狀等的 支撐桿件214位于任何位置，因此橫梁212的放置不意味著限制。 框108可通過底部124a、124b與反射器結構107連接，以形成上述的閉合梯形轉 矩管結構136。在一個實施例中，框108可通過螺栓、螺釘、配合片和狹槽或任何其它類似的 已知手段通過開口 306(圖3C)與支撐結構102耦合。如后面進一步討論的那樣，可以使用 諸如接線片(lug)的附加的硬件以使框108與反射器結構107耦合。在另一實施例中，框 108可通過被焊接在一起或通過任何其它的手段與反射器結構107耦合。框108可具有基 本上等于或稍小于L收集器的長度和約800 1400mm之間的寬度(W4)。在一個實施例中，W4 可以為1300mm。 雖然圖2B所示的框108是平面的，但是，由于框可具有非平面配置，因此這不是要 進行限制。例如，框108可具有V形，這增加當框108與反射器結構107耦合時產生的轉矩 管的有效直徑。這增加收集器100的扭轉剛度。
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如圖2A所示，支撐結構102可具有內部接收器支撐軌道202a、202b和外部接收器 支撐軌道204a、204b。內部接收器支撐軌道202a、202b和外部接收器支撐軌道204a、204b 可取向為與成形肋條216垂直并且被固定到各支撐肋條216的頂端。如參照圖3A和圖3B 詳細描述的那樣，各接收器支撐軌道202、204可被設置為容納太陽能反射器104。在一個例 子中，各頂部軌道202、204可被設置為沿箭頭A所示的縱向方向可滑動地容納太陽能接收 器104。在另一例子中，太陽能接收器104可通過允許太陽能接收器104和各頂部軌道202、 204之間存在不同的熱膨脹的任何手段與各頂部軌道202、204耦合。太陽能接收器102可 以以允許在不去除相鄰的接收器的情況下去除或安裝中間接收器的方式與反射器結構107
親合o 圖3A 3D示出圖2B所示的收集器的詳細部分。圖3A和圖3B示出圖2B的部分 220的詳細示圖。圖3A示出圖2B的220的詳細示圖，其利用參照圖4D描述的示例性的太 陽能接收器312a、312b。圖3B示出圖2B的220的詳細示圖，其利用參照圖4D描述的示例 性雙側接收器300。雙側接收器300可在兩個相對的側邊上具有多個太陽能電池316并且 具有位于太陽能電池316之間的散熱器318。圖3A和圖3B示出支撐結構102的內部接收 器支撐軌道202a、202b。各反射器面板106的上邊緣可由固定構件302容納?？梢宰鳛橹?撐結構102的一部分在頂部軌道202、204中形成固定構件302。固定構件302可具有狹縫、 溝槽或任何其它類型的接收器以容納和支撐反射器面板106的上邊緣。
接收器支撐軌道202可在槽120a、120b之間形成的缺口 314上與成形肋條216和 支撐結構102耦合。接收器支撐軌道202可諸如使用結構粘接劑、焊接、釬焊和銅焊等通 過任何已知的手段與成形肋條216耦合?？梢允褂弥T如接線片、支柱、支架(圖1D所示的 142)等的附加硬件以將成形肋條216固定到接收器支撐軌道202上。支架142可被用于為 成形肋條216和內部接收器支撐軌道202之間的連接提供附加的剛度。成形肋條216以規(guī) 則的間隔沿收集器100的長度定位以提供機械支撐并限定反射面板106的光學形狀。典型 的肋條到肋條間隔可以在約200mm 800mm之間。在一個實施例中，肋條到肋條間隔為約 550mm。也可從反射器面板106側邊向后設置收集器100的端部處的成形肋條，以為在后面 更加詳細地限定的耦合結構和安裝支柱提供空間。固定構件302可用作結構元件，通過約 束反射器面板106的上邊緣提供反射器面板106的形狀。接收器支撐軌道202、204可用于 幫助安裝反射器面板106，并且通過允許很容易地由接收器支撐軌道202、204可滑動地容 納太陽能接收器300、312為太陽能接收器300、312提供無應力的滑動界面。
圖3C示出圖2B的部分222的詳細示圖。在示出的實施例中，各成形肋條216具 有用于容納底部邊緣保護器308的溝槽304。底部邊緣保護器308在支撐結構102的整個 長度的底部124的附近基本上縱向延伸。底部邊緣保護器308可具有狹縫、溝槽(grove)、 缺口或任何其它類型的接收器，以容納和支撐反射器面板106的底邊緣。反射器面板106 可通過包含使用結構粘接劑、焊接或銅焊或類似的手段的任何適當?shù)氖侄螇号涞竭吘壉Ｗo 器308中或被固定到邊緣保護器308上。如圖3C進一步示出的那樣，可以在各反射面板的 下邊緣之間形成排水間隙110，以允許通過收集器100排泄任何水分或水。排水間隙110的 寬度(W5)可以在約5 20mm之間。在一個實施例中，W5可以為約10mm。
在一個實施例中，反射器面板106可通過諸如使用結構粘接劑、焊接、釬焊、銅焊、 螺栓或螺釘?shù)鹊娜魏我阎侄伪还潭ǖ街谓Y構102上。這允許反射器面板106抵抗剪切并且使收集器100的剛度增加。與常規(guī)的全拋物線收集器不同，四分之一拋物線配置由于 其較小的曲率而能夠在屈曲之前耐受更高的剪切負載。另外，對于相同的系統(tǒng)設計負載，各 成形肋條216之間的更寬的間隔是可能的。 當反射器面板106被支撐結構102保持和支撐在固定構件302、底部邊緣保護器 308之間，并且再次被成形肋條216保持和支撐時，反射器面板106以具有基本上四分之一 拋物線配置的曲率彎曲。所述四分之一拋物線配置使得能夠使用圖1F所示的單一反射向 太陽能接收器104引導太陽光135。與多次反射系統(tǒng)相比，僅使用單一反射提高收集器光學 效率。當前的雙槽太陽能收集器一般要求太陽光在被太陽能接收器接收之前被反射多于一 次。 圖1D示出可被用于將成形肋條216固定到框108上的示例性接線片310。雖然被 示為將成形肋條216固定到框108上，但接線片310也可被用于將成形肋條216固定到結 構支撐102的接收器支撐軌道204的下側。如圖所示，接線片310可以為"T"形，使得接線 片310可以可滑動地由框108容納。由于接線片310可很容易地滑入框108和/或接收器 支撐軌道204的下側，因此使用接線片310易于組裝。接線片310可具有用于容納成形肋 條216的狹縫312。在使用中，接線片310可具有與成形肋條216中的孔(未示出)匹配的 多個孔306，使得諸如螺栓、螺釘或桿件等的固定構件可被孔306容納以將成形肋條216固 定到框108上。 在一個實施例中，接線片310通過結構粘接劑與框108和/或接收器支撐軌道204 的下側耦合。結構粘接劑可通過孔306被注入接合處，并且可流過覆蓋所有配合表面的接 合處。通過使用在框108和接線片310的下側之間提供均勻的粘接劑覆蓋和一致的可重復 的粘接劑接合厚度的技術，不存在捕獲的氣隙。這使得接線片310和框108具有較強的結 合固定。 圖4A 4E示出太陽能接收器的示例性實施例。圖1A和圖2A所示的各收集器 IOO可具有位于收集器100的外部接收器支撐軌道204上的外部太陽能接收器104a和位于 收集器100的內部接收器支撐軌道202上的內部太陽能接收器104b。各太陽能接收器104 可具有小于收集器100的長度Lft員^的長度。選擇太陽能接收器長度，使得以最小的間隙沿 縱向彼此相鄰的整數(shù)個接收器具有基本上等于Lft員^的長度。僅出于示例性的目的并且不 是要限制，如果Lft員^為約5. 7m并且使用三個接收器，那么太陽能接收器104的長度可以為 約1.897m。另外，各太陽能接收器104可重約在15 45磅(lbs)之間以允許很容易地組 裝、維護和去除。在一個實施例中，各太陽能接收器的重量可以為約301bs。
參照作為太陽能接收器的展開圖的圖4A和圖4B，各太陽能接收器104可具有基板 408、基板之上的第一密封層404a、第一密封層404a之上的多個PV或太陽能電池406、多個 太陽能電池406之上的第二密封層404b和第二密封層404b之上的頂部保護板402。太陽 能接收器400可由諸如層疊等的任何已知的工藝形成。層疊是包含加熱太陽能接收器疊層 并且施加壓力以將所有部件熔合在一起的工藝。也可以在真空環(huán)境中實施層疊工藝以減少 氣泡。 基板408可在層疊過程中為多個太陽能電池406提供背襯。基板408可由擠壓 的鋁、擠壓的金屬填充聚合物或任何類似的材料形成。在一個實施例中，所形成的基板408 可具有從基板408向外延伸的機械零件(feature)420以在機械上捕獲和定位太陽能電池406中的每一個?；?08可以足夠寬以容納多個太陽能電池406中的每一個。在一個實 施例中，基板的寬度(W6)可以在約80 85mm之間。如以下參照圖8詳細地討論的那樣， 基板408可具有配合零件412以接合軌道202、204。配合零件412可具有約15 50mm之 間的寬度(W7)。作為替代方案，如圖4E所示，基板408可具有位于太陽能電池406下面的 多個夾具508 (圖5)或其它的機械裝置以有利于將基板408固定到軌道202和204上?；?板408的長度L基板可限定太陽能接收器400的長度，并且可以在約1. 0 6. 0m之間。在一 個實施例中，L^g可以為約1. 897m。 基板408可具有較低的質量，使得與常規(guī)的太陽能接收器層疊工藝相比它允許更 短的層疊循環(huán)時間。在一些實施例中，基板408具有被施加以提供冗余的電絕緣的薄保形 電介質涂層。電介質涂層可以是任何已知的聚合物并可作為液體或粉末被施加。電介質涂 層可以較薄以維持較高的熱導率并且可以在約20 100微米之間。 第一和第二密封層404a、404b在多個太陽能電池406和基板408之間提供電絕緣 以防止從基板408導電并防止多個太陽能電池406的電氣短路。密封層404也可保護多個 太陽能電池406以免受天氣和水分的影響。另外，密封層404可補償多個太陽能電池406 和基板408之間的任何不同的熱膨脹。 密封層404可由熱聚氨酯共聚物(TPU， thermo-polymerurethane)、乙烯-醋酸乙 烯共聚物(EVA， ethylene vinyl-polymeracetate)或任何其它類似的材料制成。由于與常 規(guī)的EVA材料相比對于紫外光(UV)輻射具有更大的抵抗力，因此TPU特別適用于太陽能應 用，由于紫外光輻射也被聚光，因此這一點在結合太陽能聚光器利用的接收器中是十分重 要的。密封劑可以為在更強的UV光下具有較高的光透射率和穩(wěn)定性的灌注或熱塑性的硅 酮。 頂部保護板402可保護多個太陽能電池406免于水分、空氣和污染物等的影響。頂 部保護板402可由諸如玻璃、Tefl011⑧(諸如DuPontTeflon Tefzel 、改性的乙烯_四
氟乙烯共聚物(ETFE， ethylene-tetrafluoroethylene fluoropolymer))的任何保護性材 料或任何其它類似的材料形成。可以向頂部保護板402的外表面和/或內表面施加任選的 抗反射或光譜選擇涂層以提高收集器效率。在一個實施例中，玻璃可以為具有約O. lmm lmm之間厚度的薄化學回火玻璃。在另一實施例中，玻璃可以是具有約lmm 3mm厚度的厚 熱回火玻璃。 頂部保護板402可由大量的方格(pane)制成以減少由頂部保護板402和基板408 之間的不同熱膨脹引起的應力。頂部保護板402中的各單個方格可在它們之間具有小的間 隙以允許不同的熱膨脹。所述間隙可以在約0. 2mm 2mm之間。在一個實施例中，間隙可 以為約1. Omm?？蓛?yōu)選用諸如硅、環(huán)氧樹脂、丁基的阻擋材料或柔順、光學透明并且將水分和 水擋在外面的任何其它類似的材料密封方格之間的間隙。 基板408、密封層404、太陽能電池406和頂部保護板402可分別具有在約0. 01 3. 0mm之間的厚度以提供成本低且重量輕的太陽能接收器400。例如，頂部保護板402可比 在一個太陽收集器中使用的常規(guī)的4mm厚玻璃頂部保護板輕和薄。 多個PV或太陽能電池406中的每一個可以被電氣串聯(lián)連接以形成太陽能電池組 410。可通過諸如通過互連導線414將各太陽能電池焊接在一起的任何已知的手段形成太 陽能電池組410。各太陽能電池406可具有約78X78mm的電池尺寸，并且可以為由單晶硅晶塊制造的正方形晶片。作為替代方案，太陽能電池可以為諸如多晶、單晶、后部接觸、發(fā)射 體纏繞通過(emitter wr即-through) 、 LGBC (激光開槽埋置接觸)、PERL(具有后部橫向擴 散電池的鈍化發(fā)射體)、多接頭、硅帶和薄膜PV電池等的任何類型的已知太陽能電池。雖然 各太陽能電池406被示為正方形，但是，由于可以使用諸如矩形、具有一個或多個修圓或截 去的角的正方形和六邊形等的任何形狀，因此，太陽能電池406的形狀不是要進行限制。
多個太陽能電池可被修改，使得它們當被電連接時具有較低的串聯(lián)電阻。在一個 實施例中，太陽能電池的后表面場強可增加，并且，頂表面導電網(wǎng)格可被加厚或增加數(shù)量以 降低常規(guī)的非后接觸太陽能電池中的串聯(lián)電阻。在另一實施例中，對于后接觸PV電池，可 以加厚太陽能電池的背部金屬化(back metallization)。 各太陽能電池406可被定位為在相互之間具有小的間隙，以為電連接、不同的熱 膨脹和機械容限留有空間。單一的太陽能接收器400可具有任意數(shù)量的太陽能電池406以 形成電池組。在一個實施例中，一個太陽能接收器400可具有約二十四個太陽能電池406， 并且可采用電氣串聯(lián)連接、電氣并聯(lián)連接或任意的組合。各太陽能電池406當被照射時會 產生約l/2伏的電壓。因此，如果所有的電池被串聯(lián)連接，那么單個的太陽能接收器400會 產生共12伏的電壓。 接線箱428可通過互連導線414與太陽能電池組410耦合。接線箱428可位于前 表面、與太陽能電池組410相鄰、處于太陽能接收器400的各端部。將接線箱428放在基板 408上與太陽能電池組410的相同側有利于這些元件之間的電連接并且改善接收器400的 可制造性。 圖4B表示接收器400布線的一部分的示例性電氣示意圖。在本例子中，各單個太 陽能電池被電氣串聯(lián)連接。在電池組的任一端上電連接接線箱。接線箱428可以與太陽 能接收器400的一側上的相鄰太陽能接收器的接線箱電連接，并且可與位于太陽能接收器 400的相對端的第二接線箱電連接。在一個實施例中，如后面進一步詳細討論的那樣，接線 箱428可具有旁路二極管。 一些接線箱可有利于向諸如后面描述的發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)傳送 從收集器100中每一個產生的電力，這些電氣系統(tǒng)會對于任何最終用途提供電能。
圖4C示出太陽能接收器400的后表面。太陽能接收器400可在接線箱428后面 具有固定到太陽能接收器400的基板408或配合零件(feature) 412上的接地夾具430。接 地夾具430可通過電線432提供從基板408到結構支撐102的電氣路徑。導線可使用10 計量銅導線。結構支撐102又可與接地連接，由此使接收器400接地并且保護用戶以免于 可能出現(xiàn)的電氣短路。 圖4D示出具有向外延伸并且與太陽能接收器400的基板408耦合的散熱器416 的示例性的太陽能接收器。散熱器416可具有垂直定位并且與基板408垂直的多個散熱片 418。當太陽能接收器400與接收器結構107耦合時，多個散熱片418可基本上與框108、縱 向面140和平分面105垂直。散熱器416允許在太陽能電池406中產生的熱在不妨礙或干 涉太陽能電池組410的情況下通過多個散熱片418通過自然自由對流向上散失。這使太陽 能電池406經(jīng)受的溫度上升最小化，從而提高效率并且防止由于高溫導致的翹曲、電氣短 路或任何其它故障。本實施例可被用于圖1A和圖1B所示的外部太陽能接收器104a和內 部太陽能接收器104b。在圖3A中還詳細示出本例子被用作內部太陽能接收器312a、312b 的情況。由于只需要對于收集器100制造一個太陽能接收器配置，因此這使得更加易于制造。 圖4E示出具有耦合在兩個太陽能電池組400a、400b之間的共用散熱器416的另 一示例性太陽能接收器。本實施例可被用作圖3B所示的內部太陽能接收器300。散熱器 416可被用于允許由太陽能電池組400a、400b產生的熱通過多個散熱片418通過自然自由 對流向上散失，以使操作效率最大化并防止由于高溫導致的翹曲、電氣短路和任何其它故 障。并且，熱可以在任何不妨礙或干涉太陽能電池組400的情況下向上散失。由于用戶僅 需要將單個的內部太陽能接收器300固定到反射器結構107上，因此，本實施例使得更加易 于組裝。 圖5示出示例性的散熱器。散熱器500位于基板408與電池組相對的背部。散熱 器500具有多個互連的散熱片502以形成散熱器500。多個散熱片502中的每一個可具有 基本上等于基板408的寬度(怖+W7)或者可以在約25 150mm之間的寬度(W8)。高度(H 散熱片)可以為約25 150mm。 散熱器500可具有通過形成連續(xù)的巻材產生的多個互連的散熱片502來形成蛇紋 狀配置。這使得不再需要使用各單個散熱片組裝散熱器，并且成本低廉且易于制造。并且， 散熱器500可在太陽能電池406被安裝到基板408上并且基板/太陽能電池組件作為單一 單元層疊在一起之后與基板408耦合。這可避免對于容納散熱器的層疊工藝的需要，由此 允許使用標準層疊設備。散熱器500可通過諸如使用結構熱粘接劑、螺栓、螺釘、型鍛、鉚接 (staking)、焊接、釬焊和銅焊等的任何已知手段與基板408的背部耦合。
如圖5所示，在一個實施例中，太陽能接收器512可具有有利于固定到反射器結構 107上的夾具508。夾具508可允許太陽能接收器512沿頂部軌道202、204滑動或通過搭 扣配合(sn即fit)、壓力配合(pressure fit)或任何其它的手段可去除地固定到頂部軌 道202、204上。這允許用戶在不必可滑動地移除任何相鄰的接收器的情況下很容易地、快 速高效地移除太陽能接收器512。另外，由于僅在太陽能接收器512和反射器結構107之間 存在很小的接觸面積，因此使用夾具508可為太陽能接收器512和反射器結構107之間提 供良好的熱絕緣。 圖6A和圖6B示出另一示例性熱散器。散熱器600具有多個非互連的單獨散熱片 602。基板408的背部可具有切入其中以容納多個單獨散熱片602中的每一個的多個錐形 溝槽604。為了組裝，在一個實施例中，散熱器600和基板408被壓力配合在一起。散熱片 板608可被用于接合散熱片602以防止壓力配合過程中的彎折。多個太陽能電池可由此經(jīng) 受壓力配合所需要的全部壓力，由此，基板408提供均勻支撐各太陽能電池所需要的支撐， 以防止太陽能電池的破裂。在另一實施例中，散熱器600和基板408可通過使用結構粘接 劑、螺栓、螺釘、焊接、釬焊和銅焊等被耦合在一起。 如上所述，散熱片板608可防止基板408的翹曲。在壓力配合中，可從多個散熱片 602壓縮基板408的后表面，這會引起基板408彎曲并在太陽能電池側變凹。因此，散熱片 板608可約束多個散熱片602的遠端，并且各散熱片602沿各散熱片602的遠邊緣施加小的 反作用力矩，這可防止這種彎曲。所述散熱器600設計或配置使散熱片602的基部接近太 陽能電池，以使太陽能電池和散熱片之間的熱流阻最小化。在一個實施例中，散熱器片602 可以離開電池組約1 15mm。 圖7A 7C示出另一示例性散熱器。圖7A示出示例性散熱器700的散熱片702
17的透視圖。散熱器700可具有基部704，所述基部704具有從散熱片702的側邊708向外 延伸的階梯狀邊緣706。圖7B示出耦合在一起的多個散熱片702。階梯狀邊緣706被設置 為向著其它散熱片702的階梯狀邊緣706層疊，但仍然保持它們之間的空間以形成散熱器 700。散熱片706可通過諸如使用結構粘接劑、螺栓、螺釘?shù)娜魏我阎氖侄伪获詈显谝黄?或被焊接在一起，等等。圖7C示出與基板408耦合的散熱器700。本實施例可允許使用由 可以處于電池組和多個散熱片706之間的中間的柔性箔制成的基板408。這可降低太陽能 接收器710的成本和重量。并且，由于基板的厚度已被減小，因此太陽能接收器710可具有 較低的熱阻。 圖8示出太陽能接收器800對于反射器結構107的頂部軌道202的示例性固定。 示出使用圖5A的散熱器的太陽能接收器800。太陽能接收器800可滑動地與支撐結構102 耦合。太陽能接收器800的配合零件412可沿頂部軌道202滑動。作為替代方案，可通過使 用夾具508、螺釘、對開夾(split-clamp)、滑動鎖銷(sliding detent)、機械接口或這些項 目的一些組合使太陽能接收器800與頂部軌道202耦合，以允許在不去除相鄰的接收器的 情況下安裝和去除接收器800。圖4E所示的接收器的設計可有利于這種類型的耦合。當太 陽能接收器800與太陽對準以開始操作時，太陽能接收器400會升溫到環(huán)境溫度之上介于 10°C 3(TC之間，確切的溫度上升依賴于風和日照。該溫度上升會導致太陽能接收器400 的長度由于熱膨脹而增加。但是，由于配合零件412和頂部軌道202不直接暴露于集中的 太陽光并且它們和接收器具有不良的熱接觸，因此它們的溫度上升將較少。在一個實施例 中，太陽能接收器可以以約0. 01 10mm之間的標稱間隙被相互鄰近定位，以在不對各太陽 能接收器800造成任何應力的情況下適應熱膨脹、電氣互連和機械容限。太陽能接收器800 可被定位，使得電池組位于反射器面板106的光學焦點的前面(圖1F)。這避免太陽光在電 池上的極端聚光區(qū)域，這種極端聚光區(qū)域會損傷電池并且對其性能造成有害的影響。這還 避免將太陽光帶到太陽能接收器的前面的焦點，這會引起安全問題。 如上面討論的那樣，由于太陽能接收器可位于收集器的頂邊或邊緣上，因此在本 發(fā)明中使用的雙槽配置使得在收集器上具有較小的陰影。并且，使閉合的桁架低于反射器 面板避免在反射器面板上形成陰影。但是，如果在太陽能電池中的一個或多個上存在陰影 或者如果太陽能電池中的一個出現(xiàn)故障，那么電池組中的電池變得失配并且電池組的輸出 急劇下降。如果太陽能電池406被串聯(lián)連接，那么通過組中所有太陽能電池的電流必須相 同，意味著來自電池組的電流等于最低的電池電流。 為了應對可能的電池失配，可以使用旁路二極管。可以使用任何已知的旁路二極 管以保護太陽能電池的熱破壞并且在全部或部分遮蔽、太陽能電池破斷或電池組失效的情 況下維持有用的電力輸出。在一個實施例中，單一的旁路二極管可與各單個太陽能接收器 104耦合。在另一實施例中，旁路二極管可與各太陽能接收器104中的各太陽能電池406或 太陽能電池群組耦合。在另一實施例中，旁路二極管可與一系列連接的太陽能接收器耦合。 在使用中，旁路二極管可確定太陽能電池或太陽能電池群組是否限制輸出并且在限制太陽 能電池周圍使電流轉向。在一個例子中，如果由于陰影、太陽能電池失效或任何其它原因不 滿足閾值電流，那么旁路二極管可允許電流在電池組周圍流動，由此防止輸出電力的損失。
太陽能光生伏打系統(tǒng)的經(jīng)濟競爭力不僅依賴于收集器設計，而且依賴于與制造各 種系統(tǒng)部件、將系統(tǒng)裝運到操作地點、安裝系統(tǒng)和在安裝后維護和操作系統(tǒng)有關的成本。圖
189A 9C示出包含適于組裝一組太陽能收集器的套件的示例性裝運容器。也可以使用諸如二十或四十英尺容器的幾種標準裝運容器。作為例子，圖9A示出封裝有二十五個收集器的一個二十英尺標準箱(TEU)容器的透視圖。TEU的內部尺寸可以為約5. 8X2. 3X2. 3m，使得體積為約33m3。最大有效負荷可以為約21，710千克(kg)。太陽能接收器902、反射器結構904和框906被封裝、并單獨地在TEU容器中被裝運并且被現(xiàn)場組裝。由于可在標準裝運容器內將部件嵌套在一起，因此這些部件的現(xiàn)場固定允許高效地裝運到安裝地點。圖9B示出圖9A的908的詳細示圖。圖9B示出當將反射器結構904層疊在一起時軌道912在裝運過程中承受疊層的重量并且?guī)椭乐乖诜瓷淦?14上刮擦。圖9C示出圖9A的910的詳細示圖。圖9C示出層疊框906的示例性配置。框906的斷面或T斷面916使得能夠通過將每個其它框906翻轉和錯開而在裝運中嵌套框906。 在單一容器內裝運各種收集器部件的替代方案是在不同的容器內裝運不同的收集器部件。如前面的例子那樣，可以使用諸如TEU容器的標準裝運容器。這種裝運方法有利于可在不同的位置上制造不同的收集器部件并然后將其裝運到安裝地點的制造生產系統(tǒng)。例如，接收器902需要相對復雜的制造過程，并且，它們的生產可位于勞動力技術熟練的區(qū)域。反射器結構904和框906不需要復雜的制造技術，并且，它們的生產可有利地位于接近面板制造位置和/或接近安裝地點的勞動力成本低的區(qū)域。通過使用這種替代性制造和裝運系統(tǒng)，可以使得整個太陽能光生伏打系統(tǒng)成本最低化。 圖10A 10D示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的利用太陽能收集器陣列的示例性發(fā)電廠。雙槽設計允許在位于兩個槽1014a、1014b之間的樞軸1002上支撐收集器的結構。樞軸1002可以位于收集器100重心上或附近的平分面105 (圖1C)中。重心也可位于平分面105 (圖1C)中稍低于縱向面140。重心的確切位置依賴于接收器902、反射器結構904和框906的重量。這與樞軸必須位于反射器前面或后面的單槽設計不同。單槽從反射器后面的樞軸伸出懸臂，或者被位于反射器前面的重心上的樞軸支撐。在懸臂單槽設計中，必須沿槽的結構從跟蹤致動器傳送較大的扭矩，或者必須使用昂貴和麻煩的配重。當被重心上的樞軸支撐時，支柱必須在反射器之上延伸，從而在反射器中需要規(guī)則的間隙以容納支柱。從反射器面突出的支柱部分和反射器自身中的間隙在電池上投射陰影。雙槽配置通過同時在反射器后面以及收集器的重心緊鄰位置放置樞軸消除這種問題。名義上，通過處于重心10厘米(cm)內的樞軸，收集器1000可旋轉120度。但是，通過到重心的距離超過10cm的樞軸，收集器1000也可旋轉更大的角度。 特定的雙槽系統(tǒng)的設計人員可在運動范圍和扭矩之間進行小的權衡。為了增加旋轉范圍，樞軸可以以增加保持轉矩為代價向后運動以遠離重心和縱向面140。相反，通過將樞軸放在重心上，具有零保持轉矩和稍微減小的運動范圍的設計是可能的。移動樞軸使得能夠優(yōu)化特定安裝的收集器。例如，在土地便宜的地面安裝中，更大的結構間隔和更大的運動范圍可以以或多或少地更剛硬的結構和跟蹤器為代價允許操作更長的白天時間。但是，對于各行被更加緊密地間隔開的屋頂安裝，可以使用平衡的配置以使結構和跟蹤器重量最小化。 雙槽配置使得重心和樞軸1002均接近太陽能接收器的孔101。重心可穿過樞軸1002和平分面105 (圖1C)或位于它們附近。當安置在具有水平的孔的低阻力(low-drag)配置中時，這允許整體結構比相同孔的常規(guī)的全拋物線槽低。較低的高度會在收集器支撐
19支柱1018中導致來自風載的較小的彎曲力矩。 只要可允許使最終損失最小化，就可按照行安裝收集器或模塊1000。并且，太陽能接收器不需要與收集器的整個長度耦合。例如，在遠離入射的太陽光的一側，太陽光被反射到槽的端部的外面并且不在太陽能接收器上被捕獲。在向著入射的太陽光的一側，最接近入射的第一接收器可不接收或僅接收部分的太陽光。因而，可在所述收集器中省略第一接收器。 模塊行的間隔距離可以為收集器寬度的約2.4倍以減少來自相鄰的行的陰影。圖IOA示出利用以多個行放置的太陽能收集器陣列的示例性發(fā)電廠1001的頂部透視圖。在本例子中，收集器場包含4行的收集器1000，每行包含6個收集器1000。由于收集器全天跟蹤太陽，因此這些行稍微間隔開以避免相鄰收集器的遮擋。單個的跟蹤器機構可驅動一行和/或多個行中的各收集器。在任何行內，收集器之間具有幾mm或更小的量級的最小的間隙，從而使接收器的遮蔽最小化。沒有機械零件阻擋射向場中的任何收集器的太陽光?？赏ㄟ^接線箱428(圖4A)傳送從所有收集器1000收集的能量，并將其傳送到任何已知的電氣系統(tǒng)1020以為任何最終用途提供電能。 圖10B 10D示出關于樞軸1002旋轉以在白天保持面向太陽的兩行的模塊。跟蹤器機構可具有固定軌道1006、滑動鏈路或軌道1008和傳送鏈路1010。固定軌道1006可與收集器行垂直，并且在收集器1000的旋轉范圍上位于收集器100的平面的下面。固定軌道1006可為滑動軌道1008提供引導，所述滑動軌道1008可在一端被致動器1012致動?；瑒榆壍?008可在第一端1014上通過樞軸與各傳送鏈路1010耦合。如圖所示，各傳送鏈路1010的遠端或第二端1016可在一個槽1000的谷底或底部1016附近與模塊1000連接。所述鏈路配置允許單一的致動器1012控制多行的收集器并在不損失太多的杠桿作用的情況下在整個白天實現(xiàn)希望的運動范圍。圖10C示出跟蹤器鏈路1010在模塊1000上具有最大杠桿作用的示例性配置，而圖10D示出跟蹤器鏈路1010具有最少杠桿作用的示例性配置。對于120°的運動范圍，圖IOB和圖IOC所示的位置之間的關于樞軸1002的傳送鏈路1010的轉矩差比2比1的比小。在替代性的實施例中，跟蹤器機構可允許90。 160°之間的運動范圍。在一個實施例中，運動范圍可以為140° 。除了在晴天時跟蹤太陽以夕卜，跟蹤器機構還被用于在例如強風暴雨的不利天氣下使收集器水平取向。這種取向允許很容易地通過排泄間隙110排水并使收集器1000上的風載最小化。 收集器設計有利于在各種類型的安裝地點上安裝。例如，收集器場可被安裝在地面上。作為替代方案，場可被安裝在房頂上、特別是商業(yè)建筑的平整房頂上。安裝從以大致等于收集器長度的間隔安裝的多行支柱1018開始。支柱位于兩個收集器之間的接合處。多個支柱統(tǒng)一形成臺架，所述臺架支撐收集器并允許它們關于樞軸旋轉。沿縱向相鄰的收集器1000之間的間隙可以是標稱的，例如，在0. 5 10mm之間。沿縱向相鄰的收集器1000之間的間隙的最小化保證在接收器上具有最小的陰影。作為替代方案，收集器反射器表面可相互滑動重疊以消除任何陰影。與當前的聚光太陽能PV模塊不同，收集器1000沒有在反射器面板之上延伸的安裝硬件或支撐結構。 在組裝太陽能收集器系統(tǒng)的一個實施例中，反射器結構107可具有低于2401bs的重量，并且可在跟蹤器樞軸1002上被螺栓固定到支柱1018上。然后，十二個太陽能接收器沿接收器支撐軌道中的每一個滑入位置_每個軌道上三個太陽能接收器。太陽能接收器通過單一的插頭被電氣串聯(lián)連接，所述插頭包含用于組電路(string circuit)的兩個端子和
用于結構接地的一個。在用接收器組裝收集器之后，下一個相鄰的收集器被安裝并且通過
使用任何已知的耦合結構與其它相鄰的收集器耦合。耦合結構可使用曲折以在沿所有其它
方向保持高的剛度的同時適應由于熱膨脹導致的縱向運動。所有收集器的這種耦合過程繼
續(xù)，直到組裝希望數(shù)量的接收器并在收集器之間制成適當?shù)碾娺B接。行長度由最大的可容
許的絞線確定并且依賴于現(xiàn)場布局、最大設計風速和所使用的跟蹤器致動器。 —旦被安裝，各行就將在整個白天旋轉以跟蹤太陽。雖然大多數(shù)的地方會利用
南_北取向，但是收集器1000可沿任意的方向取向。如果槽軸是南_北取向，那么槽會在
夏天的清晨和傍晚時分部分遮蔽相鄰的槽，從而有效地將場尺寸減小一半。在這些時間，被
遮蔽的接收器上的旁路二極管允許不被遮蔽的那些接收器繼續(xù)產生電力。散熱器性能將根
據(jù)模塊的旋轉角度改變。例如，大致在太陽最亮的中午，多個散熱片將大致垂直取向，并且，
由于流過散熱器空氣通道的自然對流空氣不被任何的光生伏打電池或收集器的任何其它
的器件、元件或零件阻擋，因此，散熱器將以最小的熱阻工作。雖然性能在整個白天改變，但
是電池溫度將保持相對恒定。這與散熱片在中午沿最低效的方向取向并在早晨和下午沿最
高效的方向取向的當前的太陽能PV收集器系統(tǒng)形成對照。 太陽能接收器可能需要服務、修理，或者用戶可能希望將太陽能接收器升級為使用更高效率的太陽能電池的接收器。太陽能接收器的模塊設計使得便于太陽能接收器的更換、修理、維護和服務。在電池組在電氣上被斷開之后，可將單個的接收器與相鄰的接收器去耦合并使其滑出。當安裝新的接收器時，太陽能接收器可很容易地被重新固定到相鄰的太陽能接收器上。因此，收集器1000的模塊設計使得成本低廉并且便于收集器的維護、修理、更換或服務。并且，與當前的太陽能收集器系統(tǒng)相比，在更長的時間周期上可能需要更少的維護。
例子 以下的例子僅出于解釋性的目的，并且，由于可以使用任意數(shù)量的太陽能電池、太陽能收集器的長度可改變并且其它的實施例會是可能的，因此不是要進行限制。
重新參照圖1A，太陽收集器可具有約5. 7m的長度LftAp以允許至少三個太陽能接收器104位于支撐結構102的頂側202、204(圖2A)?？梢允褂蒙厦鎱⒄請D4D討論的總共允許十二個太陽能接收器的太陽能接收器。各太陽能接收器104可具有電氣串聯(lián)連接的約二十四個太陽能電池。由于各太陽能電池可產生約1/2伏的電壓，因此各太陽能接收器104可產生約12伏的電壓。各接收器包含二十四個太陽能電池，因此收集器100中的電池的總數(shù)為288。 收集器的總光學孔為各槽的寬度(Wl)乘以槽長度，從而產生約11. 4m2的面積。假
定lkW/m2的日照和17. 5%的收集器效率，那么收集器將產生約2kW的電功率。為了獲得該
輸出功率，產生約1/2伏的標準硅太陽能電池將分別產生稍低于14安的電流。 在該設計中，光學聚光為約20 : 1的因子，而幾何聚光為約6.5 : l的因子。兩
個值之間的大致三倍的差值源于以約3的因子增加太陽能電池尺寸以適應跟蹤器不對準
和收集器100中的機械誤差或變形。這種設計僅需要+/-1. 7°的適中的跟蹤精度以在其最
大值的+/_10%內實現(xiàn)光學效率。可通過標準方法很容易地實現(xiàn)這種跟蹤精度。 雖然已示出和描述了本發(fā)明的實施例和應用，但受益于本公開的本領域技術人員很容易理解，在不背離這里的發(fā)明概念的情況下，以上提到的修改以外的許多更多的修改 是可能的。例如，作為上述的被動冷卻空氣散熱器的替代，可以使用流動的水、流體或空氣 的主動冷卻散熱器?？梢允褂迷诹黧w中包含的能量作為熱能的來源。作為替代方案，可以 加入熱管作為散熱器的一部分。雖然已描述了雙槽收集器，但是，可以用單槽收集器或諸如 三個、四個或者甚至更多個槽的多槽收集器實現(xiàn)邊緣收集四分之一拋物線反射器的許多優(yōu) 點。并且，雖然通過使用PV電池描述和示出接收器，但是，可以設想和使用其它的接收器， 諸如使用流體、混合PV和熱系統(tǒng)、生物收集(藻類漿料等)系統(tǒng)和其它的化學和生物能量 系統(tǒng)等。
權利要求
一種適于在沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的太陽能收集系統(tǒng)中使用的光生伏打太陽能收集器，所述收集器具有孔并且包含至少一個反射器面板；至少一個太陽能接收器，各太陽能接收器包含具有取向基本上與收集器孔垂直的電池面的多個光生伏打電池；和支撐至少一個反射器面板的支撐結構。
2. —種適于在沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的太陽能收集系統(tǒng)中使用的光生伏打太 陽能收集器，所述收集器包含槽型反射器配置，所述槽型反射器配置包含一對反射性側壁；縱軸；適于在太陽能收 集系統(tǒng)的操作過程中接收入射的太陽光的槽孔，所述槽孔具有基本上與縱軸垂直的孔軸； 和支撐反射性側壁的支撐結構；禾口多個太陽能接收器，各太陽能接收器一般位于鄰近相關的側壁并在其之上，使得太陽 能接收器在沿一個軸跟蹤太陽的運動的模式中的操作過程中不遮蔽反射性側壁。
3. —種適于在太陽能收集系統(tǒng)中使用的光生伏打太陽能收集器，所述太陽能收集系 統(tǒng)包含所述收集器、支撐收集器的臺架和使收集器沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的跟蹤系 統(tǒng)，所述收集器包含多個反射器面板；支撐反射器面板的支撐結構，其中，所述支撐結構以限定一對相鄰的反射器槽的方式 支撐反射器面板，各槽具有基部、一對反射性側壁和適于在收集器的操作過程中接收入射 的太陽光的槽孔；多個太陽能接收器，各太陽能接收器一般位于鄰近相關的槽的邊緣并且包含至少一個 光生伏打電池，其中，反射器面板被設置為通過在收集器的操作過程中使用單一反射將入 射的太陽光引向太陽能接收器，禾口與鄰近槽的基部的支撐結構耦合以與支撐結構一起限定閉合的反射器支撐桁架框架 的框，其中，反射器支撐桁架框架位于反射器槽后面，使得反射器支撐桁架框架在收集器的 操作過程中不遮蔽反射器面板。
4. 一種適于在沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的太陽能收集系統(tǒng)中使用的太陽能收集 器，所述收集器包含多個反射器面板；支撐反射器面板的支撐結構，其中，所述支撐結構以限定一對相鄰的反射器槽的方式 支撐反射器面板，各槽具有基部、一對反射性側壁和適于在太陽能收集系統(tǒng)的操作過程中 接收入射的太陽光的槽孔；與鄰近槽的基部的支撐結構耦合以與支撐結構一起限定閉合的反射器支撐桁架框架 的框，其中，反射器支撐桁架框架位于反射器槽后面，使得反射器支撐桁架框架在太陽能收 集器的正常操作過程中不遮蔽反射器面板；禾口被設置為接收反射的太陽光的多個太陽能接收器。
5. —種太陽能收集系統(tǒng)，包括具有槽孔、重心、至少一個反射器面板和支撐反射器面板的支撐結構的槽收集器； 以樞軸的方式支撐收集器以使其關于樞軸進行樞軸運動的臺架；禾口使收集器相對于臺架樞轉以沿樞軸跟蹤太陽的運動的跟蹤系統(tǒng)， 其中，收集器的重心被設置為穿過樞軸。
6. —種太陽能收集器，包括 至少一個反射器面板； 多個太陽能接收器；禾口以限定具有槽基部、一對反射性側壁和適于在收集器的操作過程中接收入射的太陽光 的槽孔的反射器槽的方式支撐至少一個反射器面板的支撐結構，其中，各反射性側壁具有 接近四分之一拋物線段的曲率以由此在多個太陽能接收器上聚光入射的太陽輻射。
7. —種太陽能收集系統(tǒng)，包括雙槽收集器，所述雙槽收集器具有多個反射器和以限定分別具有縱軸、反射性側壁和 槽孔的一對槽的方式支撐收集器的支撐結構；以樞軸的方式支撐收集器以使其關于樞軸進行樞軸運動的臺架；禾口 使收集器相對于臺架樞轉以沿樞軸跟蹤太陽的運動的跟蹤系統(tǒng)，其中，臺架、支撐結構或任何其它的支撐結構中的任一部分均不位于槽孔的前面，由此 太陽能收集系統(tǒng)的部件均不在太陽能收集系統(tǒng)的正常操作過程中遮蔽反射器。
8. —種沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的聚光光生伏打太陽能收集器系統(tǒng)，所述收集器 系統(tǒng)包含至少一個反射器面板； 支撐反射器系統(tǒng)的框架； 由框架承載的接收器基座；禾口至少一個太陽能接收器，各太陽能接收器包含具有取向為接收從反射器面板反射的光 的電池面的至少一組光生伏打電池，其中，接收器基座與太陽能接收器接合以便以在機械上從接收器基座將太陽能接收器 去耦合的方式支撐太陽能接收器。
9. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，太陽能接收器一般位于相關的反 射性側壁之上并被設置為接收從相對的反射性側壁反射的太陽輻射。
10. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，太陽能接收器位于槽孔的外部， 使得它們在操作過程中不遮蔽反射性側壁中的任一個。
11. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，反射器面板在單一反射中將入射 的太陽輻射引向太陽能接收器。
12. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，支撐結構具有多個彎曲的肋條， 并且反射器面板為一般呈平面的面板，所述面板彈性彎曲以匹配彎曲肋條的曲率以有利于 在接收器上聚光入射的太陽光。
13. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，所述多個反射器面板和支撐結構 由相同的材料制成。
14. 如權利要求13所述的裝置，其中，反射器面板和支撐結構由鋁制成。
15. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，反射器面板具有接近拋物線段的 曲率。
16. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，還包括包含一對平行的支撐桿件和在支撐桿件之間延伸的多個橫梁的框，并且其中，支撐桿件被固定到支撐結構上以向支撐結 構提供扭轉剛度。
17. 如權利要求16所述的裝置，其中，支撐桿件和橫梁以基本上呈平面的配置被設置。
18. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，支撐結構和任何其它支撐結構均 不位于槽孔的前面，由此，在太陽能收集系統(tǒng)的正常操作過程中，太陽能收集系統(tǒng)的部件均 不遮蔽反射器面板。
19. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，支撐結構和任何其它支撐結構沿 縱向均基本上不伸出反射器面板，由此可以沿縱向并排定位多個太陽能收集器。
20. —種光生伏打太陽能收集系統(tǒng)，包括 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置；禾口以樞軸的方式支撐收集器以使其關于縱向的樞軸進行樞軸運動的臺架， 其中，收集器的重心在縱向樞軸的附近穿過。
21. 如權利要求20所述的光生伏打太陽能收集系統(tǒng)，其中，收集器的重心穿過樞軸。
22. 如權利要求20或21所述的光生伏打太陽能收集系統(tǒng)，還包括用于控制收集器相 對于臺架的樞軸運動以有利于沿一個軸將收集器向太陽引導的跟蹤系統(tǒng)。
23. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，還包括多組所述收集器，其中，收集器 被設置成多個行，各行具有沿縱向并排定位的多個收集器，由此形成收集器陣列。
24. —種太陽能收集系統(tǒng)，包括在相鄰的收集器的反射性側壁之間以不大于10毫米的間隙沿縱向并排定位的如前面 的權利要求中的任一項所述的多個收集器；禾口一個或多個臺架，各臺架被設置為以樞軸的方式支撐相關的收集器以使其關于縱向的 樞軸進行樞軸運動，其中，太陽能收集系統(tǒng)的部件均不在太陽能收集系統(tǒng)的正常操作過程 中遮蔽反射器面板。
25. 如權利要求24所述的太陽能收集系統(tǒng)，其中，多個收集器中的每一個之間的間隙 小于10mm。
26. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，還包括至少一個接收器支撐軌道，各接 收器支撐軌道被設置為以沿軌道沿縱向在機械上從接收器支撐軌道將太陽能接收器去耦 合的方式可滑動地支撐至少一個相關的太陽能接收器。
27. 如權利要求26所述的裝置，其中，各接收器支撐軌道可滑動地接收多個太陽能接 收器，由此，沿單一的軌道沿縱向在機械上將由接收器支撐軌道中的單一的一個接收器支 撐軌道保持的多個太陽能接收器去耦合。
28. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，各太陽能接收器包含 在基板的前表面上承載光生伏打電池中的至少一個的基板；禾口在基板的后表面上承載的多個傳熱散熱片，其中，散熱片從基板向外延伸，以限定基本 上與槽孔垂直并且基本上與縱軸垂直的多個空氣流動通道。
29. 如權利要求28所述的裝置，其中，散熱片具有蛇紋狀配置并且多組散熱片由連續(xù) 的金屬板形成。
30. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，各太陽能接收器還包含覆蓋與接 收器相關的光生伏打電池的光學透明密封層和覆蓋密封層的透明保護板。
31. 如前面的權利要求中的任一項所述的裝置，其中，各側壁由單一、獨立的反射器面 板形成。
32. —種使用太陽能聚光收集器的方法，包括組裝一個或多個太陽能聚光收集器，各太陽能聚光收集器具有至少一個光生伏打電 池；和跟蹤一個或多個太陽能聚光收集器，其中，至少一個光生伏打電池中的每一個的面法 線與入射的太陽光垂直。
33. 如權利要求32所述的方法，還包括將至少一個光生伏打電池定位于所述一個或多 個太陽能聚光收集器的光學焦點的前面。
34. —種用于構建太陽能收集系統(tǒng)的套件，包括多個反射器結構，各反射器結構包含多個反射器面板和以限定聚光槽的方式支撐反射 器面板的多個肋條，其中，反射器結構通過嵌套的槽被層疊；禾口多個太陽能接收器，各太陽能接收器包含至少一個光生伏打電池，其中，多個太陽能接 收器被層疊。
35. 如權利要求34所述的套件，其中，所述多個肋條限定一對相鄰的槽。
36. 如權利要求34或35所述的套件，還包括多個框，各框被定尺寸和設置為適于固定 到反射器結構中的一個上以產生閉合的收集器桁架框架。
37. 如權利要求34 36中的任一項所述的套件，其中，反射器結構具有至少五米長的 長度和至少2米寬的寬度。
38. 如權利要求34 37中的任一項所述的套件，其中，反射器結構還包含一般鄰近相 關的槽側壁定位的多個接收器支撐軌道，其中，各接收器支撐軌道可滑動地接收多個相關 的太陽能接收器。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙槽聚光太陽能光生伏打模塊。提供一種適于在沿至少一個軸跟蹤太陽的運動的太陽能收集系統(tǒng)中使用的光生伏打太陽能收集器。收集器可具有孔并且具有至少一個反射器面板；至少一個太陽能接收器，各太陽能接收器包含具有取向基本上與收集器孔垂直的電池面的多個光生伏打電池；和支撐至少一個反射器面板的支撐結構。
文檔編號F24J2/54GK101796653SQ200880105717
公開日2010年8月4日 申請日期2008年9月4日 優(yōu)先權日2007年9月5日
發(fā)明者E·C·約翰遜, M·利茲 申請人:地平線太陽能公司