專利名稱：具有風(fēng)向標(biāo)的太陽能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及用于最小化施加于太陽能系統(tǒng)的負(fù)載的設(shè)備、系統(tǒng)和方法，尤其當(dāng)這種太陽能系統(tǒng)處于收起構(gòu)造時。
背景技術(shù)：
太陽能系統(tǒng)通常包括支撐用于從太陽能產(chǎn)生電能的各種光電池、日光集中器、反射體、鏡子和/或透鏡的框架。例如，框架可以支撐光電池陣列或日光集中器單元陣列。因此，太陽能系統(tǒng)通常包括日光追蹤器，該日光追蹤器隨著太陽在天空中移動而保持框架與太陽之間的對準(zhǔn)。裝有基架的太陽能系統(tǒng)通常包括被支撐在基架上的框架。因此，裝有基架的太陽能系統(tǒng)能在其追蹤太陽時承受巨大的重力負(fù)載和風(fēng)負(fù)載。在最小化風(fēng)損壞的努力中，當(dāng)風(fēng)速超過閾值(例如35mph)時，裝有基架的太陽能系統(tǒng)被收起為水平構(gòu)造。然而，由于湍流， 風(fēng)幾乎不平行于地面吹。因此，即使在收起構(gòu)造，裝有基架的太陽能系統(tǒng)也承受巨大的彎矩，由此需要能承受風(fēng)負(fù)載的更大且更昂貴的追蹤器和支撐結(jié)構(gòu)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員繼續(xù)尋求新的太陽能系統(tǒng)，包括能承受風(fēng)和重力負(fù)載的更小且更廉價的太陽能系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，所公開的太陽能系統(tǒng)可包括限定縱軸線的基架、被基架支撐且相對于基架圍繞縱軸線可旋轉(zhuǎn)的框架以及風(fēng)向標(biāo)，所述框架包括至少一個日光裝置，所述風(fēng)向標(biāo)可操作地連接至框架，從而響應(yīng)于作用在風(fēng)向標(biāo)上的風(fēng)而相對于基架圍繞縱軸線推動框架。在另一方面，所公開的太陽能系統(tǒng)可包括限定縱軸線的基架、連接至該基架的追蹤器組件、連接至追蹤器組件的框架以及連接至追蹤器組件和框架中的至少一個的風(fēng)向標(biāo)，所述追蹤器組件包括方位角驅(qū)動器，所述框架包括至少一個日光裝置，其中方位角驅(qū)動器被配置為相對于基架圍繞縱軸線旋轉(zhuǎn)所述框架。在另一方面，所公開的太陽能系統(tǒng)可包括限定縱軸線的基架、連接至該基架的追蹤器組件、連接至追蹤器組件的框架以及連接至追蹤器組件和/或框架的風(fēng)向標(biāo)，所述追蹤器組件包括方位角驅(qū)動器和仰角驅(qū)動器，所述框架限定第一平面且包括日光裝置陣列， 其中方位角驅(qū)動器被配置為相對于基架圍繞縱軸線旋轉(zhuǎn)所述框架，所述風(fēng)向標(biāo)包括限定第二平面的主表面，其中第一平面基本垂直于第二平面。所述追蹤器組件進一步包括被配置為使所述框架相對于所述縱軸線樞轉(zhuǎn)的仰角驅(qū)動器。所述框架包括所述日光裝置的陣列。 該日光裝置包括日光集中器和光電池中的至少一個。風(fēng)向標(biāo)包括限定平面的主表面，并且其中所述平面基本垂直于所述框架。風(fēng)向標(biāo)包括限定平面的主表面，且該平面基本平行于所述縱軸線。風(fēng)向標(biāo)具有被定位為平衡所述太陽能系統(tǒng)的質(zhì)量中心。在又一方面中，公開了一種用于減小作用在太陽能系統(tǒng)上的風(fēng)負(fù)載的方法。該方法包括以下步驟(1)提供包括基架和框架的太陽能系統(tǒng)，該基架限定縱軸線，該框架被基架支撐且相對于基架圍繞縱軸線可旋轉(zhuǎn)，該框架支撐至少一個日光裝置，以及( 連接風(fēng)向標(biāo)至框架(或相關(guān)聯(lián)的追蹤器組件)，從而響應(yīng)于作用在風(fēng)向標(biāo)上的風(fēng)而相對于基架圍繞縱軸線推動框架。所公開的具有風(fēng)向標(biāo)的太陽能系統(tǒng)的其它方面將從以下的說明書、附圖和所附權(quán)
利要求中變得清楚。


圖1是以追蹤構(gòu)造示出的所公開的具有風(fēng)向標(biāo)的太陽能系統(tǒng)的第一方面的側(cè)視圖；圖2是以收起構(gòu)造示出的圖1中的太陽能系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖3是以追蹤構(gòu)造示出的所公開的具有風(fēng)向標(biāo)的太陽能系統(tǒng)的第二方面的側(cè)視圖；圖4是以收起構(gòu)造示出的圖3中的太陽能系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖5是以追蹤構(gòu)造示出的所公開的具有風(fēng)向標(biāo)的太陽能系統(tǒng)的第三方面的側(cè)視圖；以及圖6是以收起構(gòu)造示出的圖5中的太陽能系統(tǒng)的側(cè)視圖。
具體實施例方式已經(jīng)發(fā)現(xiàn)太陽能系統(tǒng)可被改進為包括風(fēng)向標(biāo)，以使得在收起構(gòu)造中，風(fēng)向標(biāo)可以有利地相對于風(fēng)向定向所述系統(tǒng)。具體地，太陽能系統(tǒng)可以包括縱橫比大于1的框架(即， 框架包括短邊和長邊)且所述系統(tǒng)可以被改進為包括風(fēng)向標(biāo)。在收起構(gòu)造中，風(fēng)向標(biāo)可以定向所述框架，以使得風(fēng)向垂直于長邊且平行于短邊，由此最小化作用在框架上的彎矩。如圖1和圖2所示，總體標(biāo)記為10的所公開的太陽能系統(tǒng)的第一方面可以包括基架12、追蹤器組件14、框架16和風(fēng)向標(biāo)18?？蛇x地，例如計算機、微處理器或類似裝置的控制器(未示出)可以與追蹤器組件14通信，從而控制追蹤器組件14的致動并且最終控制框架16的構(gòu)造?；?2可以是能在有風(fēng)的戶外環(huán)境中支撐追蹤器組件14和框架16的質(zhì)量的細(xì)長的剛性結(jié)構(gòu)，例如中空鋼柱?；?2可以限定縱軸線A，且可以包括第一端20和第二端 22。基架12的第一端20可以被連接至支撐結(jié)構(gòu)M。例如，基架12可以被嵌入地下?；?12的第二端22可以被連接至追蹤器組件14。追蹤器組件14可以是能相對于基架12圍繞至少一個軸線鉸接框架16的任意的設(shè)備和系統(tǒng)。例如，追蹤器組件14可以被致動以相對于基架12鉸接框架16，從而隨著太陽在天空中移動而保持框架與太陽之間的對準(zhǔn)。在第一方面的第一實施例中，追蹤器組件14可以是兩軸線追蹤器，且可以包括方位角驅(qū)動器沈和仰角驅(qū)動器觀。安裝表面(未示出)可以提供用于連接框架16到追蹤器組件14的結(jié)構(gòu)。例如，可以使用例如螺釘或螺栓/螺母等緊固件或通過焊接將框架16連接到安裝表面。但是，在這點上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白多種技術(shù)和設(shè)備可以用于將框架16 固定到追蹤器組件14。
方位角驅(qū)動器沈可以促進框架16相對于基架12圍繞基架12的縱軸線A旋轉(zhuǎn)。 因此，方位角驅(qū)動器沈可以使框架16相對于基架12圍繞縱軸線A旋轉(zhuǎn)一定角度(例如， 180度或360度)。作為示例，方位角驅(qū)動器沈可以包括引起圍繞縱軸線A旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動器。在第一實施例的一個表述中，方位角驅(qū)動器26可能能夠被脫離(例如，通過離合器或類似物) 以允許框架16相對于基架12圍繞基架12的縱軸線A自由旋轉(zhuǎn)。仰角驅(qū)動器觀可以促進框架16圍繞鉸鏈點32旋轉(zhuǎn)，從而促進框架16相對于基架12的縱軸線A樞轉(zhuǎn)。因此，仰角驅(qū)動器觀可以控制框架16相對于基架12的縱軸線A 的角度B。雖然圖1示出了 45度的角度B且圖2示出了 90度的角度B，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會明白仰角驅(qū)動器觀可以被構(gòu)建為實現(xiàn)框架16相對于基架12的縱軸線A的各種角度構(gòu)造。作為示例，仰角驅(qū)動器觀可以包括連接至基架12的一個或更多個致動器，其中致動器的延伸和收縮控制框架16相對于基架12的縱軸線A的角度B。在這點上，本領(lǐng)域技術(shù)人員會明白可以控制追蹤器組件14的方位角驅(qū)動器沈和仰角驅(qū)動器觀以將框架16定位為各種構(gòu)造，包括收起構(gòu)造。例如，如圖2所示，追蹤器組件14的方位角驅(qū)動器沈和仰角驅(qū)動器觀可能能夠?qū)⒖蚣?6收起為水平構(gòu)造(即，角度 B等于90度的角度)以最小化風(fēng)負(fù)載?？蚣?6可以是包括至少一個日光裝置38的任意結(jié)構(gòu)，無論日光裝置38是被框架 16支撐還是形成框架16的一部分。例如，框架16可以是日光陣列且可以包括日光裝置38 的陣列40。在本文所使用的“日光裝置”，無論是單個還是復(fù)數(shù)個，都寬泛地指用于集中或?qū)б柲艿娜我庠O(shè)備或系統(tǒng)，尤其是為了產(chǎn)生電能的目的，無論是通過熱方式、通過光電過程還是其它方式。例如，日光裝置38可以是或可以包括光電電池、日光集中器、反射體、 鏡子、透鏡及其組合?？蚣?6可以是限定外周邊44和可選上表面42和下表面43的大體平面的框架。 在第一方面的一個具體實施例中，框架16可以是大體平面的矩形框架，其中外周邊44包括兩個對置的長邊46和兩個對置的短邊48。風(fēng)向標(biāo)18可以是具有主表面50的相對薄、剛性的基本平面的結(jié)構(gòu)，該主表面50 相對于橫截面厚度具有相對大的表面積。例如，風(fēng)向標(biāo)18可以由金屬片材例如鋁壓制而成。在第一實施例中，風(fēng)向標(biāo)18可以被連接至框架16的底面43，以使得由風(fēng)向標(biāo)18的主表面50限定的至少一個平面基本平行于基架12的縱軸線A。在第二實施例中，風(fēng)向標(biāo)18 可以被連接至框架16的底面43，以使得風(fēng)向標(biāo)18的主表面50基本垂直于框架16或框架 16限定的至少一個平面。風(fēng)向標(biāo)18的主表面50的表面積可以由相對于基架12旋轉(zhuǎn)框架16所需的力的大小決定，其中較大的表面積將提供更大的旋轉(zhuǎn)力，而較小的表面積將提供較小的旋轉(zhuǎn)力。具體地，風(fēng)向標(biāo)18的主表面50的表面積可以由克服摩擦力、重力負(fù)載、空氣動力力矩和類似負(fù)載以及允許相對于基架12圍繞縱軸線A旋轉(zhuǎn)框架16所需的力的大小決定。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員會明白，風(fēng)向標(biāo)18的表面積不應(yīng)該如此大以至于在正常操作過程中不需要的力被施加到追蹤器組件14上。參照圖2，風(fēng)向標(biāo)18的主表面50可以被定位以相對于風(fēng)向(箭頭C)根據(jù)期望定向框架16。作為示例，當(dāng)框架16為典型的8ft (英尺)乘18ft的目光陣列，當(dāng)風(fēng)平行于長邊(即，18ft的邊)時，具有60000in-lb (英寸-磅)的彎矩，且當(dāng)風(fēng)平行于短邊(即，8ft 的邊)時，具有30000in-lb (英寸-磅)的彎矩。因此，風(fēng)向標(biāo)18可以被連接至框架16以定向框架16，從而使風(fēng)(箭頭C)平行于框架16的短邊48且垂直于框架16的長邊46，由此顯著減小彎矩。風(fēng)向標(biāo)18的形狀可以由許多因素決定。例如，風(fēng)向標(biāo)18可以被定形為使得風(fēng)向標(biāo)18的重心52被定位在期望位置，從而通過移動整個陣列40的重心使其盡可能接近鉸鏈點32而最小化彎矩。換言之，風(fēng)向標(biāo)18也可以作為平衡物?？蛇x地，額外的平衡物討可以連接至框架16或追蹤器組件14，從而平衡風(fēng)向標(biāo)18的重量。在第一方面的第一可選實施例中，可以使用多個風(fēng)向標(biāo)(未示出)。例如，系統(tǒng)10 可以被改進為包括兩個或更多個風(fēng)向標(biāo)18，其中風(fēng)向標(biāo)18基本互相平行。在第一方面的第二可選實施例中，風(fēng)向標(biāo)18可以在鉸鏈(未示出)或類似物處連接至框架16，由此允許風(fēng)向標(biāo)18從圖1和圖2所示的展開構(gòu)造(即，垂直于框架16)選擇性地運動至其中風(fēng)向標(biāo)18平行于框架16的收起構(gòu)造(未示出)(例如，折疊緊靠框架16)。因此，所公開的太陽能系統(tǒng)10可以用于最小化風(fēng)負(fù)載。具體地，當(dāng)風(fēng)速低于閾值時，系統(tǒng)10以普通方式運轉(zhuǎn)。但是，一旦風(fēng)速超過閾值，追蹤器組件14可以使框架16運動至收起構(gòu)造(例如，如圖2所示)。在收起構(gòu)造中，或可選地在處于收起構(gòu)造之前，可以使方位角驅(qū)動器沈脫離，由此允許風(fēng)(圖2中的箭頭C)作用在風(fēng)向標(biāo)18上，從而有利地定向框架16。一旦在風(fēng)中完成定向，則可以再次接合方位角驅(qū)動器沈，由此相對于風(fēng)固定框架 16的位置。可替換地，方位角驅(qū)動器沈可以保持脫離，由此允許框架16在風(fēng)中搖擺。如圖3和圖4所示，總體標(biāo)記為200的所公開的太陽能系統(tǒng)的第二方面可以包括基架212、追蹤器組件214、框架216以及風(fēng)向標(biāo)218。太陽能系統(tǒng)200可以基本與系統(tǒng)10 相同。但是，在系統(tǒng)200中，風(fēng)向標(biāo)218可以與框架216對置地連接至追蹤器組件214。如圖5和圖6所示，總體標(biāo)記為300的所公開的太陽能系統(tǒng)的第三方面可以包括基架312、追蹤器組件314、框架316以及風(fēng)向標(biāo)318。太陽能系統(tǒng)300可以基本與系統(tǒng)200 相同。但是，在系統(tǒng)300中，風(fēng)向標(biāo)318的幾何構(gòu)型使得風(fēng)向標(biāo)318的主表面350的表面積中的更多部分比框架316更接近支撐結(jié)構(gòu)3 (例如，地面)，由此最小化在非收起位置中風(fēng)向標(biāo)318能夠被框架316擋住的可能性。雖然已經(jīng)顯示和描述了所公開的具有風(fēng)向標(biāo)的太陽能系統(tǒng)的多個方面，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀說明書可想到多種修改。本申請包括這些修改且只受到權(quán)利要求的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種太陽能系統(tǒng)，包括限定縱軸線的基架；被所述基架支撐且相對于所述基架圍繞所述縱軸線可旋轉(zhuǎn)的框架，所述框架支撐至少一個日光裝置；以及風(fēng)向標(biāo)，其可操作地連接至所述框架，從而響應(yīng)于作用在所述風(fēng)向標(biāo)上的風(fēng)而相對于所述基架圍繞所述縱軸線推動所述框架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能系統(tǒng)，進一步包括設(shè)置在所述基架和所述框架之間的追蹤器組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述追蹤器組件包括被配置為相對于所述基架圍繞所述縱軸線推動所述框架的方位角驅(qū)動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述方位角驅(qū)動器是可脫離的，以允許所述框架響應(yīng)于所述風(fēng)而相對于所述基架圍繞所述縱軸線旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述追蹤器組件包括仰角驅(qū)動器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述追蹤器組件是兩軸線追蹤器組件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述風(fēng)向標(biāo)被物理連接至所述框架。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述風(fēng)向標(biāo)限定第一平面且所述框架限定第二平面，并且其中所述第一平面垂直于所述第二平面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述風(fēng)向標(biāo)包括限定平面的主表面，并且其中所述平面平行于所述縱軸線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述風(fēng)向標(biāo)被形成為基本平坦且平面的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述日光裝置包括日光集中器和光電池中的至少一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能系統(tǒng)，其中所述風(fēng)向標(biāo)具有被定位以平衡所述太陽能系統(tǒng)的質(zhì)量中心。
全文摘要
一種太陽能系統(tǒng)，包括限定縱軸線的基架、被基架支撐且相對于基架圍繞縱軸線可旋轉(zhuǎn)的框架以及可操作地連接至框架從而響應(yīng)于作用在風(fēng)向標(biāo)上的風(fēng)而相對于基架圍繞縱軸線推動框架的風(fēng)向標(biāo)，所述框架包括至少一個日光裝置。
文檔編號G05D3/00GK102195524SQ20111007047
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者R·E·格里普 申請人:波音公司