專利名稱：用于聚集太陽熱能的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明性主題物涉及一種太陽熱能聚集系統(tǒng)，并且更加具體地涉及在ー個(gè)太陽熱能聚集系統(tǒng)中圍繞ー個(gè)中央接收器定位的定日鏡陣列的ー種安排和控制。
背景技術(shù)：
一種用于大規(guī)模收集和聚集太陽能的現(xiàn)有方法是使用多個(gè)定日反射鏡來將太陽的光線反射到ー個(gè)中央接收器上。通過利用多個(gè)定日反射鏡，每ー個(gè)定日反射鏡都反射到ー個(gè)共用的點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)了太陽能的聚集。在多種已知系統(tǒng)中，多個(gè)定日反射鏡可以處于包圍高塔的ー個(gè)固定位置中。這些反射鏡表面典型地地被控制在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度上，以便相對于高塔對反射鏡的表面進(jìn)行定位。每個(gè)定日反射鏡具有一個(gè)控制系統(tǒng)，這個(gè)控制系統(tǒng)追蹤太陽相對于這個(gè)中央定位的接收器的運(yùn)動(dòng)。該反射鏡是在ー個(gè)固定的基座上并且反射鏡的反射表面是連續(xù)運(yùn)動(dòng)的以便保持日光從反射鏡表面反射到這個(gè)接收器上。對這些定日反射鏡進(jìn)行定位的目的是將太陽的光線反射并且引導(dǎo)到ー個(gè)指定的中央聚集點(diǎn)，已知為ー個(gè)中央目標(biāo)接收器或一個(gè)發(fā)電塔。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，該定日反射鏡要求一個(gè)反射鏡的表面積、兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸線、用于每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸線的ー個(gè)伺服電機(jī)、以及用于這兩個(gè)軸線的位置計(jì)算以及運(yùn)動(dòng)控制的一個(gè)控制系統(tǒng)。在一些安裝中，該定日鏡陣列在一個(gè)接收器周圍環(huán)繞成一個(gè)完整的360度的區(qū)域。這是ー種非常昂貴的安裝，因?yàn)橐獦?gòu)成該陣列和包圍該接收器需要大量的定日鏡。同樣，由于太陽的位置在一整天內(nèi)是改變的，在任何時(shí)間點(diǎn)，該陣列的一半以上因它們在陣列中固定的放置而具有非常低的性能。其他安裝已經(jīng)嘗試通過減少反射鏡的數(shù)量來解決定日鏡的成本問題。數(shù)量減少的反射鏡是作為ー個(gè)組群來控制的，其中該定日鏡陣列是ー個(gè)単一的可移動(dòng)單元，它被定位在一條軌道上。該陣列于是在ー個(gè)水平的運(yùn)動(dòng)平面上圍繞該接收器同心地轉(zhuǎn)動(dòng)。在該陣列中的這些反射鏡不僅是作為一個(gè)單ー単元圍繞該接收器來控制的，而且是作為ー個(gè)單ー單元圍繞一條豎直軸線是可移動(dòng)的以便相對于該接收器來轉(zhuǎn)動(dòng)它們的表面位置。這些安裝對于具有離該中央塔一個(gè)大的半徑的安裝而言是不實(shí)用的。同樣，反射鏡的大弧形區(qū)段將不能以足夠的準(zhǔn)確度來瞄準(zhǔn)該接收器。此外，已知的同心設(shè)計(jì)沒有始終考慮到對于圍繞該中央接收器轉(zhuǎn)動(dòng)的完整的360°的要求。在全球?qū)嵤┲?，尤其對于在北回歸線與南回歸線之間的緯度(其中包括對于太陽熱能應(yīng)用的大型全球市場領(lǐng)域)上的太陽追蹤，已知的同心設(shè)計(jì)可能無法追蹤太陽。對于這種特殊情況，太陽路徑并不總是在南或在北的，而二者取決于當(dāng)年的當(dāng)天。事實(shí)上，太陽路徑可以在該中央接收器的北面或南面并且可以在直接在頭頂上方的一點(diǎn)處。沒有陣列的整圈轉(zhuǎn)動(dòng)的能力，已知的同心設(shè)計(jì)在這個(gè)赤道帶內(nèi)就不會運(yùn)行。在太陽熱能聚集系統(tǒng)中的另ー個(gè)主要因素是這種安裝的環(huán)境影響。在已知系統(tǒng)中，必要的是大面積的土地的并且土地必須專供太陽熱能聚集這個(gè)唯一的目的。另外，對于安裝的典型的地面準(zhǔn)備涉及侵害性的平坡(grading)和平整做法，這些做法完全破壞了該地帯的固有棲息地以及生態(tài)環(huán)境。此外，專用的區(qū)域是被該反射鏡陣列永久覆蓋的，從而限制地面暴露于由日光所提供的自然修復(fù)以及光照，這對環(huán)境造成負(fù)面影響。對于ー種太陽熱能聚集系統(tǒng)及方法存在ー種需要，這種系統(tǒng)及方法對于安裝和維護(hù)而言是有成本效益的，完全利用了地球繞太陽軌道運(yùn)行時(shí)的聚集可能性，并且對于環(huán)境具有最小的不利影響
發(fā)明內(nèi)容

一種太陽熱能聚集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個(gè)接收器；ー個(gè)軌道系統(tǒng)，該軌道系統(tǒng)具有圍繞該接收器環(huán)形布置的多個(gè)同心軌道；一個(gè)定日反射鏡的陣列，該定日反射鏡的陣列被安排在該軌道系統(tǒng)上并且圍繞該軌道系統(tǒng)可移動(dòng)。該陣列被配置成基于ー種余弦效率原理使反射鏡面積最大化，并且ー個(gè)控制器追蹤太陽并且控制相對于該接收器的該陣列的位置并且保持該陣列與太陽相対。一種太陽熱能聚集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一個(gè)接收器；ー個(gè)軌道系統(tǒng)，該軌道系統(tǒng)具有圍繞該接收器環(huán)形布置的多個(gè)同心軌道；多個(gè)可移動(dòng)的小車，該多個(gè)可移動(dòng)的小車被連接成相互鄰近并且橫跨該軌道系統(tǒng)的兩個(gè)同心軌道；電機(jī)裝置，該電機(jī)裝置在散布于該多個(gè)可移動(dòng)的小車中的ー個(gè)可移動(dòng)的小車上；在該多個(gè)可移動(dòng)小車中的每ー個(gè)上的至少ー個(gè)定日反射鏡；其中在這些同心軌道上的該多個(gè)可移動(dòng)的小車限定了一個(gè)定日反射鏡的陣列，該定日反射鏡的陣列具有一個(gè)預(yù)定的弧形尺寸，該預(yù)定的弧形尺寸被配置成基于ー種余弦效率原理使反射鏡面積最大化。一個(gè)控制器追蹤太陽并且控制相對于該接收器的該陣列的位置并且保持該陣列與太陽相対。提出了一種用于收集太陽動(dòng)カ的方法，其中根據(jù)ー種余弦效率的原理配置ー個(gè)定日鏡的陣列以便使該定日鏡的陣列中的每ー個(gè)定日鏡的有效反射面積最大化，并且圍繞ー個(gè)環(huán)形的同心軌道系統(tǒng)該定日鏡的陣列來移動(dòng)以便保持該陣列與太陽相対。


圖I是本發(fā)明性主題物的一種太陽熱能聚集系統(tǒng)的整體視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明性主題物的一個(gè)被支撐抬高的軌道系統(tǒng)的一部分的透視圖；圖3是本發(fā)明性主題物的一個(gè)軌道聯(lián)結(jié)支架的一個(gè)實(shí)施方案的展開視圖；圖4是圖3的支架的俯視圖；圖5是ー個(gè)基座的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖6是ー個(gè)基座的另ー個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖7是ー個(gè)樁臺基座的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖8是ー個(gè)樁臺基座的另ー個(gè)實(shí)施方案的透視圖；圖9是本發(fā)明性主題物的一個(gè)徑向間隔件的端視圖10是本發(fā)明性主題物的一種太陽熱能聚集系統(tǒng)的ー個(gè)單一同心軌道和ー個(gè)單一反射鏡的俯視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明性主題物的ー個(gè)通路車道的側(cè)視圖；圖12是ー個(gè)圓形圖，展示了ー個(gè)單一反射鏡及其圍繞ー個(gè)接收器相對于太陽的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；圖13是ー個(gè)圓形圖，展示了在日出時(shí)本發(fā)明性主題物的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；圖14是ー個(gè)圓形圖，展示了在太陽正午時(shí)本發(fā)明性主題物的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；圖15是ー個(gè)圓形圖，展示了在日落時(shí)本發(fā)明性主題物的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；圖16是ー個(gè)描繪余弦效率的圖形；
圖17是展示在本發(fā)明性主題物的太陽熱能聚集系統(tǒng)中的一個(gè)陣列的實(shí)施方案的圖形；圖18是根據(jù)本發(fā)明性主題物的一列小車的視圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明性主題物的一個(gè)小車的透視圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明性主題物的ー個(gè)反射鏡小車的透視圖；圖21是本發(fā)明性主題物的一個(gè)定日構(gòu)件的透視圖；并且圖22是根據(jù)本發(fā)明性主題物的一個(gè)電機(jī)小車的透視圖。附圖中的構(gòu)件以及步驟是出于簡化性和清晰性而展示的，并且沒有必要根據(jù)任何具體的順序來呈現(xiàn)。例如，在附圖中展示了可以并行地或者以不同順序來執(zhí)行的多個(gè)步驟，以便有助于增進(jìn)對本發(fā)明的實(shí)施方案的理解。
具體實(shí)施例方式盡管參照ー個(gè)具體的說明性實(shí)施方案對本發(fā)明的不同方面進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不受限于這樣的實(shí)施方案，并且可以實(shí)施額外的修改、應(yīng)用以及實(shí)施方案而不偏離本發(fā)明性主題物。在這些圖中，同樣的參考號將被用于展示相同的部件。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到在此提出的不同部件可以進(jìn)行更改而不改變本發(fā)明性主題物的范圍。圖I是根據(jù)本發(fā)明性主題物的一種太陽熱能聚集系統(tǒng)10的完整視圖。多個(gè)定日反射鏡12形成一個(gè)陣列14，這個(gè)陣列是圍繞ー個(gè)中央定位的接收器16來定位的。陣列14具有多個(gè)排18。在定日鏡陣列14中的每ー排18的定日反射鏡12圍繞中央定位的接收器16是水平地可移動(dòng)的。定日鏡陣列14被定位在ー個(gè)軌道系統(tǒng)20上。軌道系統(tǒng)20作為多個(gè)同心定位的軌道22被固定到地面上以便形成圍繞中央定位的接收器16的ー種環(huán)形的圖案。在圖I中所示的系統(tǒng)10中排18的數(shù)量以及軌道的22數(shù)量僅是出于舉例的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠確定根據(jù)電廠的規(guī)格確定對于ー種具體的安裝所必需的排的數(shù)量。圖2是本發(fā)明性主題物的軌道系統(tǒng)20的部分細(xì)節(jié)。本發(fā)明性主題物的軌道系統(tǒng)20是ー個(gè)模塊化系統(tǒng)，其中這些同心定位的軌道22各自是由被連接到一個(gè)基座26上的多個(gè)軌道部分24來限定的。在此示出的實(shí)例中，軌道部分24的ー種V形配置僅是出于示例的目的而詳細(xì)說明的。應(yīng)注意的是這些V形的軌道部分24可以用エ字梁、C形通道、或者多得在此無法盡述的其他配置來替代。一個(gè)軌道聯(lián)結(jié)支架28在基座26處支撐并且連接兩個(gè)軌道部分24。軌道部分24可以具有固定的長度和弧形尺寸，從而使得這些部分模塊化而易于安裝。每個(gè)軌道部分是ー個(gè)同心軌道22的一個(gè)整體區(qū)段。軌道部分24的數(shù)量將確定每個(gè)同心軌道22的直徑。在一個(gè)實(shí)例性實(shí)施方案中，這些軌道部分24具有ー個(gè)6 Ji (18. 8485° )的弧長以及ー個(gè)18°的徑向節(jié)距，從而保持一個(gè)恒定的尺寸，使得容易地利用任何數(shù)量的軌道部分24來組裝成多個(gè)同心軌道22。圖3是根據(jù)本發(fā)明性主題物的一個(gè)軌道聯(lián)結(jié)支架28的實(shí)施方案的展開視圖，這個(gè)軌道聯(lián)結(jié)支架端對端地連接兩個(gè)軌道部分，它支撐這些軌道部分24的負(fù)荷，并且它容納這些軌道部分24的熱膨脹和收縮。一個(gè)通道部分30通過ー個(gè)安裝支架27安裝到基座26上并且接收兩個(gè)軌道部分24。每個(gè)軌道部分24具有一個(gè)切開區(qū)段32。ー個(gè)軌道聯(lián)結(jié)接頭34被定位在各軌道部分24之間的通道部分30內(nèi)并且與各軌道部分24的切開區(qū)段32重疊。軌道聯(lián)結(jié)接頭34在與這些軌道部分24的這些切開區(qū)段32相對接的每ー末端處具有切開區(qū)段35。一組襯套36被定位在通道部分30內(nèi)，在該通道部分30的壁與這些軌道部分24和軌道聯(lián)結(jié)接頭34之間。一個(gè)連接器，例如聯(lián)結(jié)銷釘38，或者其他合適的裝置，將通道部分30、襯套36以及軌道聯(lián)結(jié)接頭34保持在位。這組 襯套36在通道部分30內(nèi)與這些軌道24和軌道聯(lián)結(jié)接頭44摩擦地接合?？梢圆捎枚鄠€(gè)設(shè)定螺釘37以便調(diào)整這些襯套36對抗通道部分30的并且與這些軌道部分24的張力。圖4是通過軌道聯(lián)結(jié)支架28連接的這些軌道部分24的俯視圖。在軌道聯(lián)結(jié)接頭34與這些軌道部分24之間存在多個(gè)間隔40以便允許些軌道部分24和聯(lián)結(jié)接頭34的有限運(yùn)動(dòng)，從而容納這些軌道部分24和聯(lián)結(jié)接頭34的可能的膨脹和收縮。這些襯套36也對將這些軌道部分24和聯(lián)結(jié)接頭34對準(zhǔn)以便維持對于同心軌道22的ー個(gè)平的中心線的目的是有用的。再次參見圖2，多個(gè)軌道支撐架42可以根據(jù)需要被放置在多個(gè)基座26之間，以便進(jìn)ー步増加對軌道系統(tǒng)20的支撐。多個(gè)支持撐桿44是在這些軌道支撐架42以及基座26處進(jìn)行連接的。這些軌道支撐架42以及多個(gè)撐桿44増加了該軌道系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且提高了有待由軌道系統(tǒng)20支撐的負(fù)荷。軌道系統(tǒng)20可以被直接附接到地面上。然而，在如圖2所示的本發(fā)明的另ー實(shí)施方案中，軌道系統(tǒng)20被抬高到地面上方ー個(gè)預(yù)定距離處以便使對土地面積的侵?jǐn)_最小化?；?6被定位在這些軌道部分24之下，它對這些軌道部分24進(jìn)行固定并且它被附接到地面上的方式為環(huán)境被最低程度地侵蝕。圖5示出了用于基座26的ー種可能的配置。所示出的是ー個(gè)填充了ー種材料(例如水泥)的、具有一種用于將軌道聯(lián)結(jié)支架28通道部分30附接到基座26上的螺栓圖案46的水泥立管或硬紙板管(sturdy cardboard tube)。圖6是又另ー種可能的配置，其中顯示了基座26的一個(gè)鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠以任何可能的配置的方式來修改該基座與軌道的協(xié)作，而不偏離本發(fā)明性主題物的范圍。在又另ー個(gè)實(shí)施方案中，基座26被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入土壤中使得基座的ー個(gè)部分延伸在地面之下。在圖7和圖8所示的實(shí)施方案中，示出了多個(gè)樁。在圖7中，示出了一個(gè)エ字梁造型的樁48，而在圖8中示出了一個(gè)圓柱形造型的樁50。所顯示的樁的造型僅僅是出于示例的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在能夠替換這種樁的形狀，而不偏離本發(fā)明性主題物的范圍。在每個(gè)樁的配置中，這個(gè)樁上附接了具有一個(gè)用于附接軌道聯(lián)結(jié)支架28的螺栓圖案46的ー個(gè)帽52。再次參見圖2，在任何給出的安裝中，這些基座26的數(shù)量以及定位將改變，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠進(jìn)行這種確定。盡管抬高的軌道系統(tǒng)20的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境的最小侵蝕，而其他優(yōu)點(diǎn)也是可以實(shí)現(xiàn)的，例如對于這種軌道系統(tǒng)和/或定日鏡陣列的容易的安裝、維護(hù)以及修理。軌道系統(tǒng)20還可以包括多個(gè)徑向隔離件54。軌道內(nèi)的隔離件54維持了軌道系統(tǒng)20的多個(gè)同心軌道22的位置以及穩(wěn)定性?，F(xiàn)在參見圖9，示出了一個(gè)軌道內(nèi)的徑向隔離件54的端視圖。一個(gè)支架56將ー個(gè)撐桿部分58附接到每個(gè)通道部分30上。可以使用一個(gè)單ー的撐桿部分58，不過在圖9所示的實(shí)施方案中，ー個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)搭扣60連接了兩個(gè)撐桿部分58以便提供徑向間距，而仍舊容納軌道系統(tǒng)20中可能發(fā)生的任何運(yùn)動(dòng)。返回參見圖1，軌道系統(tǒng)20覆蓋了包圍接收器16的ー個(gè)區(qū)域并且是ー個(gè)完整的圓圏。圖10是示出了在一個(gè)完整的360°軌道系統(tǒng)20中的多個(gè)同心軌道的俯視圖。這個(gè)完整的圓圈的軌道系統(tǒng)20可以具有ー個(gè)通路部分104，其中一條車道106被定位在多個(gè)基座26之間，并且多個(gè)軌道部分24被插入車道106內(nèi)。這允許這些定日鏡在整個(gè)圓圈上移動(dòng)而
仍然為接收器16提供ー個(gè)通路點(diǎn)。圖11是帶有多個(gè)凹入的軌道部分24的車道106的側(cè)視圖。本發(fā)明性主題物提供一種用于追蹤太陽的一種兩維度模型，在此將參照如圖12所示的一個(gè)單ー的同心軌道22的俯視圖對該模型進(jìn)行說明。一個(gè)單ー的同心軌道22被示出為具有ー個(gè)任意的半徑r，并且是定中心在點(diǎn)T處的。假定ー個(gè)單ー的反射鏡12被安裝在軌道22上的點(diǎn)M處。ー個(gè)角度Θ被限定成是
，其中O被指定為ー個(gè)零角，T是該中心點(diǎn)，M是該反射鏡的位置，并且順時(shí)針運(yùn)動(dòng)為正向的轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)箭頭66直接指向太陽。一個(gè)矢量(S M)指明太陽輻射或光通量的一條光線，并且它是與太陽光通量的所有其他光線平行的。在這種配置中，該反射鏡點(diǎn)M可以永久地是定位成沿著該路徑(Μ T)將太陽光通量光線(S M)反射到瞄準(zhǔn)點(diǎn)T。當(dāng)反射鏡12圍繞該中心點(diǎn)T自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該反射鏡點(diǎn)M沿著軌道22圍繞點(diǎn)T以半徑r移動(dòng)。一個(gè)控制系統(tǒng)可以被用于將箭頭66保持在直接指向太陽的ー個(gè)位置中。角Θ將保持恒定，并且反射鏡點(diǎn)M將始終被定位成將該太陽光通量光線(S M)反射到該中間點(diǎn)T。現(xiàn)在參見圖13、圖14以及圖15，在此示出了當(dāng)反射鏡在ー個(gè)逆時(shí)針方向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軌道22以及反射鏡12的三個(gè)位置。在現(xiàn)實(shí)中，太陽是通過方位角以及太陽高度進(jìn)行追蹤的。在這個(gè)兩維度實(shí)例中，太陽高度始終是零，而且圓圈64被轉(zhuǎn)動(dòng)朝向太陽以便使該系統(tǒng)相對于該方位角保持一個(gè)恒定的180度。這種轉(zhuǎn)動(dòng)是在圖13至圖15中所示的這三個(gè)位置中展示的，這些示圖追蹤了反射鏡12的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即它從日出200時(shí)(圖13)開始，經(jīng)過太陽正午202時(shí)(圖14)并且在日落204(圖15)時(shí)對準(zhǔn)太陽的位置。一個(gè)單ー的追蹤軸線是必要的以便使得反射鏡12朝向太陽的位置對準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明性主題物，形成陣列14的多個(gè)反射鏡12被安裝在軌道系統(tǒng)20上，并且它們被定位以便轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)陣列14，并且它們仿效如圖13至圖15所示的運(yùn)動(dòng)。對于任何數(shù)量的反射鏡而言，可以要求一個(gè)單ー的控制電機(jī)以便簡單地旋動(dòng)該陣列來追蹤太陽的位置。返回參見圖1，陣列14是由多個(gè)排18構(gòu)成的，在每ー排中具有多個(gè)定日反射鏡12。陣列14占據(jù)該軌道系統(tǒng)的ー個(gè)部分，該區(qū)段是小于軌道系統(tǒng)20中完整的360度圓圈的。當(dāng)反射鏡位置延伸經(jīng)過該接收器的多個(gè)象限點(diǎn)時(shí)，用于將太陽光反射到該接收器上的反射鏡傾斜角減小了該反射鏡的有效面積，由此降低了其有效性。這種效應(yīng)被稱作余弦效應(yīng)，并且它是該反射鏡相對于太陽、接收器16的位置以及ー個(gè)太陽高度角的函數(shù)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，陣列14的尺寸可以是通過應(yīng)用余弦效率的概念來確定。在對必要的反射鏡的數(shù)量進(jìn)行確定過程中所要回答的問題是成本對增加收集的問題。在太陽正午期間，即便是定位在接收器16南側(cè)的反射鏡也因太陽的仰角而具有足夠的性能。但是，當(dāng)太陽不在一個(gè)最佳的位置(不幸的是在一天當(dāng)中大多是這樣的)時(shí)性能水平急劇下降。圖16是ー個(gè)圖形，示出了基于相對于接收器16和太陽的ー個(gè)反射鏡12的位置的余弦效率的位置梯度。用于收集太陽光通量光線的最佳地點(diǎn)是位于包圍中央接收器16的、與太陽相對的一個(gè)半圓中或者ー個(gè)邊界線68中。邊界線68，基于余弦效率優(yōu)選的是百分之75。陰影區(qū)域代表陣列14的形狀。根據(jù)本發(fā)明性主題物，陣列14圍繞接收器16同心地運(yùn)動(dòng)，這樣使得它始終是與太陽70相対的。本發(fā)明的系統(tǒng)提供了超出固定位置的定日鏡的ー個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于它在一整天中都使得整個(gè)陣列14的余弦效率最大化。圖17是根據(jù)本發(fā)明性主題物的一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)陣列形狀的描述，其中陣列14是圓圈的ー個(gè)扇形弧段，該扇形弧段圍繞接收器16大約160度。在這個(gè)實(shí)施方案中，整個(gè)陣列14的余弦效率被最大化而處在大約百分之75。 陣列14圍繞接收器16在軌道系統(tǒng)20上移動(dòng)，以便總是與太陽相対。通過使用這種追蹤模型，可以實(shí)施ー種更加簡化的定日鏡控制系統(tǒng)。根據(jù)這種追蹤，在整個(gè)太陽日中每個(gè)定日鏡12相對于太陽的方位以及接收器16保持ー個(gè)固定的位置。在這種環(huán)境下，該定日反射鏡只是必須對太陽的高度角進(jìn)行補(bǔ)償。至少ー個(gè)定日反射鏡12可以被定位在ー個(gè)可移動(dòng)的小車72上。現(xiàn)在參見圖18，可以將多個(gè)可移動(dòng)的小車72定位在軌道系統(tǒng)20中的每個(gè)軌道22上。應(yīng)該注意的是圖18中所示的這些小車的數(shù)量以及位置僅是出于舉例的目的。雖然，出于效率和成本的考慮，小于360度的陣列配備有反射鏡和小車，但有可能的是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明性主題物的ー種使用軌道系統(tǒng)20的整個(gè)圓周的簡化的定日鏡設(shè)計(jì)。每ー排的小車72的數(shù)量可以是使用余弦效率的概念通過離開該中央接收器地點(diǎn)的這ー排的位置以及該陣列的所希望的尺寸來確定的。在每ー排中的這些小車72是連接在一起的，類似于火車車廂，而且在任一端處具有一個(gè)機(jī)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)小車94，或者在每ー排中散布著一個(gè)或更多的機(jī)動(dòng)小車94。這些機(jī)動(dòng)小車94將受到控制以便沿著軌道22前后移動(dòng)這些小車72。每ー排的小車72與一個(gè)控制器(未示出)連通以便控制它們的運(yùn)動(dòng)并且追蹤太陽；這排小車72是可移動(dòng)到以下多個(gè)位置中，在這些位置中這排小車72的取向保持在相對于太陽的方位固定的配置中。圖19是在ー個(gè)軌道20上的一個(gè)小車72的透視圖。小車72被安裝在該軌道上，并且該小車與其他附接的小車72協(xié)作而如對于陣列進(jìn)行14進(jìn)行定位以便基于使得余弦效率最大化的目標(biāo)來追蹤太陽所需要地沿著軌道移動(dòng)。如圖19中所示，小車72可以橫跨兩個(gè)同心軌道22。ー個(gè)小車框架76在每個(gè)軌道22上方具有安裝表面78。在小車框架76上提供了多個(gè)車輪80并且它們與軌道22相接觸。出于穩(wěn)定性，ー個(gè)或多個(gè)支持撐桿82可以被附接到框架76上。圖19中所示的支持撐桿82的配置僅僅是出于舉例的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠重新配置這些支持撐桿的位置以及附接，而不偏離本發(fā)明性主題物的范圍。如圖20所示，小車框架76可以支撐ー個(gè)或多個(gè)定日反射鏡12并且它包括ー個(gè)反射鏡小車74。小車框架76在這些安裝表面78之間在框架76的兩側(cè)上具有多個(gè)連接器，即內(nèi)連接器84和外連接器86。這些連接器允許沿著該同心軌道連接任何數(shù)量的小車。定日鏡12可以是具有兩個(gè)調(diào)整軸線的常規(guī)定日鏡。在該替代方案中，并且因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明性主題物的定日鏡陣列的這種配置及轉(zhuǎn)動(dòng)，該定日鏡可以具有一個(gè)控制單ー軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)。參見圖21，示出的是本發(fā)明性主題物的ー個(gè)定日鏡12。該定日鏡具有ー個(gè)反射構(gòu)件88。該反射構(gòu)件被安裝到該小車框架(未示出)上的一個(gè)安裝基座90處。反射構(gòu)件88具有ー個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線91以及三種固定的調(diào)整Λ，E和Ω。這三種固定的調(diào)整各自是在每一個(gè)陣列排中的反射鏡小車74的位置的函數(shù)。反射構(gòu)件88的小方位E、該軸線的傾斜Ω，以及角偏移△是使用計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行計(jì)算的，并且是在安裝時(shí)相對于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線91進(jìn)行調(diào)整的。這三種固定調(diào)整是該中央接收器的高度以及該小車位置的ー個(gè)因素。一個(gè)控制伺服電機(jī)92被附接到反射構(gòu)件88的單一可移動(dòng)軸線91上并且它使得該反射構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)以便追蹤太陽并且將反射構(gòu)件的反射瞄準(zhǔn)到該接收器上。ー個(gè)機(jī)動(dòng)小車94可以被發(fā)現(xiàn)在ー排反射鏡小車中的任何一點(diǎn)處。這個(gè)機(jī)動(dòng)小車顯示在圖22中。ー個(gè)電機(jī)單元96被安裝在小車框架76上。ー個(gè)車輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)98被連接在電機(jī)單元96與小車框架76上的每個(gè)車輪或ー組車輪之間。小車72，94橫跨兩個(gè)同心軌 道。在具有一個(gè)較小直徑的軌道22上的小車端處的車輪80的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)將比在具有ー個(gè)較大直徑的軌道22上的小車端處的車輪80的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)稍低些。因此，電機(jī)單元96具有兩個(gè)電機(jī)以及兩個(gè)齒輪箱，這樣使得小車框架76的每一端是獨(dú)立于另一端進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的。機(jī)動(dòng)小車94可以配備有一個(gè)或更多的電池供電100以便給電機(jī)單元96充電。為了在該陣列的ー排中移動(dòng)ー排小車，可以將ー個(gè)機(jī)動(dòng)小車94放置在這ー排的任一端處，或者將ー個(gè)或多個(gè)機(jī)動(dòng)小車散布在這排小車之內(nèi)?；谟嘞倚矢拍畹倪@種可移動(dòng)的定日反射鏡陣列在每單位反射器面積上聚集了更多的太陽熱能。因?yàn)樵撽嚵凶粉櫶枺谡麄€(gè)太陽日中都以其最大效率來收集太陽熱能。因?yàn)楸景l(fā)明性主題物的這些定日鏡只要求ー個(gè)單ー的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，所以在這種簡化設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了顯著的成本節(jié)約。這種成本節(jié)約不僅在該定日鏡的硬件方面可以實(shí)現(xiàn)，而且在降低控制該系統(tǒng)的以及維護(hù)該系統(tǒng)的復(fù)雜性方面也可以實(shí)現(xiàn)。通過在相對于太陽以及該中央接收器的一個(gè)最佳的位置運(yùn)行該陣列實(shí)現(xiàn)了ー種較高的熱能聚集率。將實(shí)現(xiàn)的是較高的エ作溫度，從而由此轉(zhuǎn)化為在該接收器處的較高的效率。本發(fā)明的軌道部分的這種模塊化設(shè)計(jì)通過減少施工時(shí)間以及減少在安裝中所涉及的人工量而簡化了安裝。這些模塊化的軌道部分允許預(yù)先制作許多部件并且易于安裝。這些定日反射鏡小車在該軌道系統(tǒng)上通過這些機(jī)動(dòng)小車而被安置在位，從而由此迅速和容易地對多個(gè)定日鏡單元進(jìn)行定位。本發(fā)明性主題物還減低了運(yùn)行和維護(hù)該系統(tǒng)的維修成本。每ー排小車可以是從該陣列中獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)出來以便允許與維修相關(guān)的接觸。備用的定日鏡和/或小車可以作為需要維修的小車或反射鏡的替換件來提供。在現(xiàn)場的可工作的替換件允許了該系統(tǒng)在受損的反射鏡和/或小車在車間進(jìn)行維修之時(shí)繼續(xù)起作用。停機(jī)時(shí)間被顯著減少。這種抬高的軌道設(shè)計(jì)允許在坡上安裝，由此使得環(huán)境的影響最小化并且使得對地面的侵?jǐn)_最小化。根據(jù)本發(fā)明性主題物，受影響的地面小于百分之ニ。此外，通過在整個(gè)太陽日中使得該反射鏡陣列移動(dòng)，太陽可以在這一天當(dāng)中的一些時(shí)間點(diǎn)照射到地面所有的區(qū)域。同樣，對土地的最小侵蝕消除了使得土地被指定用于太陽的光線這個(gè)唯一目的的需要，這允許混合使用土地面積。根據(jù)本發(fā)明性主題物，現(xiàn)場的其他地面可以被開發(fā)成休閑娛樂用區(qū)域，例如野餐區(qū)。
對于在北回歸線以北的安裝而言，本發(fā)明性主題物的完整的360°同心軌道允許該陣列圍繞該中央接收器在ー個(gè)順時(shí)針方向上運(yùn)動(dòng)，而對于南回歸線以南的安裝而言，允許圍繞該中央接收器在ー個(gè)逆時(shí)針方向上運(yùn)動(dòng)，并且對于在北回歸線與南回歸線之間的赤道帶內(nèi)的緯度而言，允許任意轉(zhuǎn)動(dòng)方向的ー種組合。在前面的說明書中，已經(jīng)參照具體的示例性實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了說明?？梢宰龀霾煌男薷暮透淖?，而不偏離在權(quán)利要求中所提出的本發(fā)明的范圍。本說明書以及這些附圖是說明性的，而不是限制性的，并且g在本發(fā)明的范圍內(nèi)包括多種修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)是由權(quán)利要求書及其法定等效物來確定的而不是僅僅由所說明的這些實(shí)例來確定的。例如，在任何方法或過程權(quán)利要求中所陳述的這些步驟是可以用任何順序來執(zhí)行的，并且不受限于權(quán)利要求書中所提出的具體的順序。在任何裝置權(quán)利要求中陳述的部件和/或構(gòu)件可以是組裝的或者以其他方式以各種排列來運(yùn)行性地配置的，并且因此不受限于權(quán)利要求書中所陳述的具體配置。
以上已經(jīng)關(guān)于具體實(shí)施方案說明了其他優(yōu)點(diǎn)以及問題的解決方案；但是可以導(dǎo)致任何具體益處、優(yōu)點(diǎn)或者解決方案出現(xiàn)或者變得更加顯著的任何益處、優(yōu)點(diǎn)、問題的解決方案或者任何構(gòu)件將不被解釋為任何或所有權(quán)利要求的重要的、必須的或者實(shí)質(zhì)的特征或組成部分。術(shù)語“包括”、“包括了”、“包括的”、“具有”、“包含的” “包含”或者它們的任何變形
旨在是指ー種非排他性包括，這樣使得包括ー個(gè)要素列表的ー種過程、方法、物品、組合或裝置不是僅僅包括所陳述的那些要素，而是還可以包括任何其他未明確列出的那些要素或者繼承到此類過程、方法、物品、組合或裝置的其他要素。除了那些未明確陳述的之外，在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的上述結(jié)構(gòu)、安排、應(yīng)用、比率、構(gòu)件、材料或部件的其他組合和/或修改可以改變或者以其他方式具體地適配特定環(huán)境、制造規(guī)格、設(shè)計(jì)參數(shù)或者其他運(yùn)行要求，而不偏離它們的這些一般原理。
權(quán)利要求
1.一種太陽熱能聚集系統(tǒng)，包括 一個(gè)接收器； 一個(gè)軌道系統(tǒng)，該軌道系統(tǒng)具有圍繞該接收器環(huán)形布置的多個(gè)同心軌道； 一個(gè)定日反射鏡的陣列，該定日反射鏡的陣列被安排在所述軌道系統(tǒng)上并且在該軌道系統(tǒng)上可移動(dòng)，并且該陣列被配置成基于一種余弦效率原理使反射鏡面積最大化；以及 一個(gè)控制器，該控制器用于追蹤太陽并且控制相對于該接收器的該陣列的位置并且保持該陣列與太陽相對。
2.如權(quán)利要求I所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該定日反射鏡的陣列進(jìn)一步包括至少一個(gè)可移動(dòng)的小車，該可移動(dòng)的小車由該多個(gè)同心軌道中的至少一個(gè)軌道支撐，該至少一個(gè)可移動(dòng)的小車支撐該定日反射鏡的陣列中的至少一個(gè)定日反射鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 多個(gè)可移動(dòng)的小車，該多個(gè)可移動(dòng)的小車被連接成相互鄰近并且限定了一列可移動(dòng)的小車；以及 電機(jī)裝置，該電機(jī)裝置在被散布于該列小車中的一個(gè)可移動(dòng)的小車上并且與該控制器連通用于相對于該接收器和太陽來移動(dòng)該列小車。
4.如權(quán)利要求I所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該反射鏡的陣列中的每一排在該多個(gè)同心軌道中的每個(gè)軌道上具有一個(gè)預(yù)定的弧形區(qū)段。
5.如權(quán)利要求4所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該預(yù)定的弧形區(qū)段被設(shè)計(jì)成將余弦效率保持在大于百分之75。
6.如權(quán)利要求2所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)可移動(dòng)的小車橫跨該多個(gè)同心軌道中的兩個(gè)同心軌道。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該至少一個(gè)可移動(dòng)的小車橫跨兩個(gè)同心軌道并且支撐至少兩個(gè)定日反射鏡，其中一個(gè)定日反射鏡被定位在一個(gè)同心軌道之上。
8.如權(quán)利要求I所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該定日反射鏡的陣列中的每個(gè)定日反射鏡具有一個(gè)單一的伺服電機(jī)，該伺服電機(jī)被連接到該控制器上用于對該定日反射鏡的三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸線進(jìn)行控制。
9.如權(quán)利要求I所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該軌道系統(tǒng)進(jìn)一步包括多個(gè)軌道部分，每個(gè)軌道部分具有一個(gè)預(yù)定的弧形尺寸，其中每個(gè)同心軌道具有限定該同心軌道的圓周的一個(gè)預(yù)定數(shù)量的軌道部分。
10.如權(quán)利要求9所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該軌道系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于連接兩個(gè)軌道部分的一個(gè)軌道聯(lián)結(jié)接頭。
11.如權(quán)利要求10所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該軌道聯(lián)結(jié)接頭進(jìn)一步包括用于容納這些軌道部分的膨脹和收縮的裝置。
12.如權(quán)利要求I所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該軌道系統(tǒng)進(jìn)一步包括多個(gè)圍繞每個(gè)同心軌道定位的基座裝置以便支撐并且將這些同心軌道中的每一個(gè)保持在一個(gè)預(yù)定的圓周處。
13.如權(quán)利要求11所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該多個(gè)基座裝置進(jìn)一步包括一個(gè)基座高度，該基座高度使每個(gè)同心軌道在地面上方保持一個(gè)預(yù)定的距離。
14.如權(quán)利要求12所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該基座裝置是一個(gè)樁，該樁在地面上方延伸一段預(yù)定的距離的一部分的樁，由此限定該基座高度。
15.如權(quán)利要求12所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該基座裝置進(jìn)一步包括一個(gè)支撐件，該支撐件用于一個(gè)用于連接兩個(gè)軌道部分的軌道聯(lián)結(jié)接頭。
16.如權(quán)利要求15所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該軌道聯(lián)結(jié)接頭進(jìn)一步包括用于容納這些軌道部分的膨脹和收縮的裝置。
17.一種太陽熱能聚集系統(tǒng)，包括 一個(gè)接收器； 一個(gè)軌道系統(tǒng)，該軌道系統(tǒng)具有圍繞該接收器環(huán)形布置的多個(gè)同心軌道； 多個(gè)可移動(dòng)的小車，該多個(gè)可移動(dòng)的小車被連接成相互鄰近并且橫跨該軌道系統(tǒng)的兩個(gè)同心軌道； 在至少一個(gè)可移動(dòng)的小車上的電機(jī)裝置，該至少一個(gè)可移動(dòng)的小車被散布于該多個(gè)可移動(dòng)的小車中； 在包括該具有電機(jī)裝置的至少一個(gè)可移動(dòng)的小車的該多個(gè)可移動(dòng)的小車中的每一個(gè)上的至少一個(gè)定日反射鏡，其中在這些同心軌道上的該多個(gè)可移動(dòng)的小車限定了一個(gè)定日反射鏡的陣列，該定日反射鏡的陣列具有一個(gè)預(yù)定的弧形尺寸，該預(yù)定的弧形尺寸被配置成基于一種余弦效率原理使反射鏡面積最大化；以及 一個(gè)控制器，該控制器用于追蹤太陽并且控制相對于該接收器的該陣列的位置并且保持該陣列與太陽相對； 其中，每個(gè)定日反射鏡和每個(gè)具有電機(jī)裝置的可移動(dòng)的小車是與該控制器連通的用于相對于該接收器和太陽來移動(dòng)這些小車和定日反射鏡。
18.如權(quán)利要求17所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，在該反射鏡的陣列中的每一排定日反射鏡在該多個(gè)同心軌道中的每個(gè)軌道上具有一個(gè)預(yù)定的弧形區(qū)段。
19.如權(quán)利要求18所述的太陽熱能聚集系統(tǒng)，其中，該預(yù)定的弧形區(qū)段被設(shè)計(jì)成將余弦效率保持在大于百分之75。
20.一種用于收集太陽能的方法，該方法包括以下步驟 根據(jù)一種余弦效率原理配置一個(gè)定日鏡的陣列以便使該定日鏡的陣列中的每個(gè)定日鏡的有效反射面積最大化；并且 圍繞多個(gè)同心軌道的一個(gè)環(huán)形系統(tǒng)來移動(dòng)該定日鏡的陣列以便保持該陣列與太陽相對。
全文摘要
一種太陽熱能聚集系統(tǒng)，它具有一個(gè)接收器；一個(gè)軌道系統(tǒng)，該軌道系統(tǒng)具有圍繞該接收器環(huán)形布置的多個(gè)同心軌道；多個(gè)可移動(dòng)的小車，該多個(gè)可移動(dòng)的小車被連接成相互鄰近并且橫跨該軌道系統(tǒng)的兩個(gè)同心軌道；一個(gè)可移動(dòng)的小車上的電機(jī)裝置，該可移動(dòng)的小車被散布于該多個(gè)可移動(dòng)的小車中；在該多個(gè)可移動(dòng)的小車(其中有具有這些電機(jī)裝置的這些可移動(dòng)的小車)上的至少一個(gè)定日反射鏡，其中在所有這些同心軌道上的該多個(gè)可移動(dòng)的小車限定了一個(gè)定日反射鏡的陣列，該定日反射鏡的陣列具有一個(gè)預(yù)定的弧形尺寸，而該預(yù)定的弧形尺寸被配置成基于一種余弦效率原理使反射鏡面積最大化；以及一個(gè)控制器，該控制器用于追蹤太陽并且控制相對于該接收器的該陣列的位置并保持該陣列與太陽相對。每個(gè)定日反射鏡和每個(gè)具有電機(jī)裝置的可移動(dòng)的小車是與該控制器連通的用于相對于該接收器和太陽來移動(dòng)這些小車和定日反射鏡。
文檔編號F24J2/00GK102667361SQ201080053545
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月7日
發(fā)明者羅伯特·奧爾塞洛 申請人:羅伯特·奧爾塞洛