專利名稱：太陽(yáng)能發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，其與間接轉(zhuǎn)換大不相同，該間接轉(zhuǎn)換包括產(chǎn)生施加在轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)上的機(jī)械扭矩的高溫中間過(guò)程。已知當(dāng)前在加利福尼亞使用的大型太陽(yáng)能發(fā)電裝置。所有這些最大型的發(fā)電裝置首先聚集陽(yáng)光形成高溫?zé)?，接著使用利用燃燒產(chǎn)生熱的發(fā)電站的已知方法將其部分地轉(zhuǎn)換成電能，剩余的為廢熱。當(dāng)前使用的具有大電力輸出的所有太陽(yáng)能發(fā)電站都覆蓋巨大的區(qū)域，這是由于它們的面積生產(chǎn)率低于3％。它們的高費(fèi)用和相當(dāng)大的高度使得聚能器模塊的大范圍東西分離。它們的高費(fèi)用是由于高度所產(chǎn)生的風(fēng)力荷載所需的大量金屬而導(dǎo)致的，但該高度是必需的，這是為了延長(zhǎng)每一個(gè)模塊在不被其南方的鄰近模塊遮擋的情況下每天工作的小時(shí)數(shù)。其他的費(fèi)用因素是從包含在太陽(yáng)能熱電生產(chǎn)中的較高維修人工所產(chǎn)生的。
大規(guī)模光電發(fā)電站僅僅到最近才是經(jīng)濟(jì)可行的，這是由于逐漸降低的光電池費(fèi)用和逐漸增大的電池效率。但在不聚集的情況下，由成排的單塊太陽(yáng)能電池覆蓋巨大的地面區(qū)域?qū)?dǎo)致在地面布置大量的特殊金屬，所述金屬以大面板形式被提供因此其自身必須具有防風(fēng)結(jié)構(gòu)。由于本發(fā)明具有能有效地將太陽(yáng)光聚集在PV電池上的優(yōu)點(diǎn)，因此本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)有較大的改進(jìn)。
在理論上，一些光電池能夠?qū)⒔咏?0％的輻照直接轉(zhuǎn)換成電能，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中實(shí)際已經(jīng)達(dá)到接近40％的直接光電轉(zhuǎn)換，但這些都是用于太陽(yáng)能聚集。但是太陽(yáng)能聚集的現(xiàn)有技術(shù)仍然具有相同的過(guò)度占地的問(wèn)題，這是由于需要使模塊分離所導(dǎo)致的。現(xiàn)有技術(shù)的用空氣冷卻的PV聚能器仍然很昂貴，以致于需要整天工作以進(jìn)行實(shí)際償還，這是由于它們的聚集度僅是幾十(in the tens)。
現(xiàn)有技術(shù)存在著不實(shí)際的過(guò)度占地的問(wèn)題，這表現(xiàn)為它們的單位面積太陽(yáng)能效率低，其被定義為電力輸出除以設(shè)備所需的所有陽(yáng)光照射的土地面積。本發(fā)明提供了一種在上述現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的有益于環(huán)境的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)緊湊、可維護(hù)的、成本適中(resource-modest)以便于制造和安裝的設(shè)計(jì)。覆蓋87％的劃撥(set-aside)土地而不是5％，每產(chǎn)生十億瓦電力而必須劃撥的土地面積很少。本發(fā)明提供伸縮性很大的結(jié)構(gòu)緊湊的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，改善了安裝、維護(hù)和控制的后勤(logistics)并且提高了制造的經(jīng)濟(jì)性和投資回報(bào)率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明在其直流部分的雙軸跟蹤(two-axis tracking)中使用陽(yáng)光的聚集光電轉(zhuǎn)換，太陽(yáng)光被光學(xué)聚焦到高聚集度(在這里所述的優(yōu)選實(shí)施例中大約為400)并且通過(guò)整體水冷保持高效率。
如下面描述的，采用下列措施以達(dá)到超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)數(shù)量級(jí)的面積效率水平。
1.旋光孔(optically active aperture)將是地面的一大部分(接近90％的面積使用率)。這里公開(kāi)的新穎的雙軸跟蹤構(gòu)造能夠獲得這種效果。
2.在光電池上的輻照將是太陽(yáng)光的幾百倍以達(dá)到理想限度的工作效率，但不能太高(太陽(yáng)光的幾千倍)以致于縮短可靠的使用壽命。
3.利用交迭的電池進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是由于它們的每個(gè)結(jié)構(gòu)層都能限定太陽(yáng)光譜的一部分，這是上述非常理想的轉(zhuǎn)換效率的根本原因。
4.在小的圓形焦點(diǎn)處(幾千倍的太陽(yáng)光)很不均勻分布的聚集通量將被更均勻地分布在較大的方形光電池上。由于透鏡焦距隨著波長(zhǎng)改變，因此焦點(diǎn)在光譜上也是不均勻的，并且在400納米和1100納米處的焦點(diǎn)比在平均折射率(median refractive index)為1.492的通量加權(quán)處的寬。但是，當(dāng)整個(gè)電池具有相同的接收的聚集太陽(yáng)光通量的光譜平衡時(shí)，串聯(lián)的交迭電池達(dá)到最佳工作狀態(tài)。
5.由于效率隨著溫度升高而下降，因此設(shè)有消除強(qiáng)烈的未轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)光熱量的散熱器，其效率足以使光電池底部和散熱器之間的溫度差僅為幾℃。在為太陽(yáng)光的幾百倍時(shí)，這意味著要進(jìn)行水冷。
6.太陽(yáng)光輻照的直流部分的雙軸跟蹤將能夠以節(jié)省成本的形式實(shí)施，同時(shí)保持低的總高度。
具有競(jìng)爭(zhēng)性的大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電的進(jìn)一步要求是與現(xiàn)有技術(shù)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相比增強(qiáng)成本效率。本發(fā)明通過(guò)下列措施來(lái)實(shí)現(xiàn)a)通過(guò)利用浮在冷卻水上的聚能器(concentrator)的浮力支撐水平跟蹤，從而能夠減少每瓦所消耗的材料量；b)使系統(tǒng)的高度達(dá)到最小(確切地，膝蓋高度)從而在強(qiáng)風(fēng)下也不會(huì)損壞；c)使用小的光電池，對(duì)于小的光電池，太陽(yáng)能電能轉(zhuǎn)換僅需要短的導(dǎo)線至低電阻的公共總線。
d)與自然對(duì)流水冷結(jié)合的短焦距聚集透鏡和萬(wàn)花筒混合桿，確保最佳的電池操作。
本發(fā)明利用權(quán)利要求中所述的措施滿足所有這些要求。


圖1示出了通過(guò)兩個(gè)槽的截面。
圖2示出了平臺(tái)構(gòu)架的頂視圖。
圖3示出了太陽(yáng)能場(chǎng)的一部分。
圖4示出了在低太陽(yáng)高度時(shí)兩個(gè)槽的位置。
圖5示出了從上面看一個(gè)槽的視圖。
圖6示出了一個(gè)槽的端壁。
圖7示出了兩個(gè)槽的懸吊。
圖8示出了槽的支撐。
圖9示出了電能收集器。
圖10示出了一束射線的聚焦區(qū)的形狀。
圖11示出了輻照均質(zhì)器(radiation-homogenizer)的使用。
圖12示出了與輻照均質(zhì)器相同的布置。
圖13示出了其進(jìn)入平面大于離開(kāi)平面的輻照均質(zhì)器。
圖14示出了具有偏心焦距的相同的輻照均質(zhì)器。
圖15示出了由液態(tài)金屬?gòu)目梢苿?dòng)的輻照均質(zhì)器消散熱量。
圖16示出了由熱管進(jìn)行的熱量消散。
圖17a、17b和17c示出了細(xì)長(zhǎng)的熱管。
圖18示出了用于槽的提升裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1以示意圖的形式示出了通過(guò)位于槽(trough)1中的聚能器的垂直截面，槽1被透鏡2覆蓋，透鏡2將平行的單色射線3聚集在焦點(diǎn)4處。槽被支撐在水體5上。利用橫梁6使槽相互之間保持僅幾個(gè)毫米的距離。為了跟蹤太陽(yáng)高度，槽可圍繞水平幾何軸線7樞轉(zhuǎn)。樞轉(zhuǎn)是由太陽(yáng)跟蹤傳感器控制的并且基于氣動(dòng)平衡扭矩。從壓載艙室8將水抽吸到壓載艙室9中，其中兩個(gè)壓載艙室通過(guò)管狀橫梁6氣壓地互通，浮力扭矩使得每一個(gè)槽向上樞轉(zhuǎn)以使透鏡2直接對(duì)準(zhǔn)升起的太陽(yáng)，直至中午太陽(yáng)到達(dá)其最高位置。接著鼓風(fēng)機(jī)(blower)10通過(guò)橫梁6在壓載艙室9中產(chǎn)生正壓力，以使水從壓載艙室9流回到壓載艙室8。這使得槽在下午幾個(gè)小時(shí)中向下樞轉(zhuǎn)透鏡。橫梁的角度與所述正壓或者負(fù)壓是成比例的。
圖2示出了具有多個(gè)槽21的浮動(dòng)平臺(tái)的構(gòu)架20，每一個(gè)槽包括12個(gè)聚能器透鏡。構(gòu)架20包括浮動(dòng)圈22，浮動(dòng)圈22與浮動(dòng)橫梁6’形成一個(gè)單元并且使元件23與橫梁6’垂直地接合。垂直支撐件24設(shè)置在平臺(tái)中心并且與地面相連。環(huán)22可具有通過(guò)盤29轉(zhuǎn)動(dòng)的齒28(諸如在一齒-帶上)，盤29由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。平臺(tái)在太陽(yáng)探測(cè)器的控制下以太陽(yáng)的方位角速度圍繞平臺(tái)的垂直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。聚集透鏡2’因此在水平和垂直軸線上指向太陽(yáng)。在夜晚，平臺(tái)返回到早晨位置，但在有微風(fēng)的夜晚，槽朝向風(fēng)吹方向以增強(qiáng)水的冷卻。
圖3示出了適于任何數(shù)量個(gè)平臺(tái)以密排方式布置的太陽(yáng)能場(chǎng)的一組平臺(tái)。在這樣一種具有多個(gè)平臺(tái)的情況下，將利用在三個(gè)平臺(tái)之間的間隙布置的氣動(dòng)輪胎引導(dǎo)輪30實(shí)現(xiàn)方位跟蹤驅(qū)動(dòng)。每第5個(gè)這樣的輪31是由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的，其扭矩被輸送到外環(huán)22’。另外，在這種情況下，環(huán)22’可具有與引導(dǎo)輪30的齒接合的齒。人行橋34在引導(dǎo)輪30上方延伸使得人員能夠接近以進(jìn)行維修。在太陽(yáng)能場(chǎng)的每一個(gè)平臺(tái)20’下方具有淺的水體，每一個(gè)平臺(tái)20’浮在其上。利用在其頂部的油層保護(hù)該封閉的池不發(fā)生蒸發(fā)。光電池的廢熱被傳導(dǎo)到該水層中。通過(guò)使其暴露在外部空氣中使水層冷卻。在當(dāng)太陽(yáng)很低的幾小時(shí)內(nèi)，特別是在夜晚，平臺(tái)20將轉(zhuǎn)動(dòng)以使槽排面朝風(fēng)吹方向，有利于使其接近池水。
這樣一種太陽(yáng)能場(chǎng)也能被設(shè)置在自然水體上。如果湖底太深，引導(dǎo)輪30的軸33可通過(guò)桿互連且結(jié)合的引導(dǎo)輪30通過(guò)錨定設(shè)備與湖底相連。另外，多種工業(yè)設(shè)備具有適于與本發(fā)明雙重使用的大通風(fēng)池，只要槽由低腐蝕材料制成即可。
圖4以橫截面的形式示出了槽1的內(nèi)部，在該內(nèi)部進(jìn)行太陽(yáng)輻照的轉(zhuǎn)換。這些槽浮在水層5上。在低太陽(yáng)高度時(shí)，槽1’排開(kāi)一定量的水，該水量由虛線40和槽壁54的位于虛線下方的那些部分來(lái)限定。在每一個(gè)仰角處，幾何圓周41與水平面相切。虛線40至42限定了在較高太陽(yáng)高度時(shí)的平面，所有這些平面與圓周41相切。槽1和1’相互之間的距離61是由透鏡2”的寬度加上槽之間的最小寬度間隙而得到的。對(duì)于所示的24°仰角，突出的保護(hù)框架48的邊緣47接觸相鄰的槽的突出部分49。相對(duì)于平分線45，透鏡2的光學(xué)軸線46向下移動(dòng)。該光學(xué)軸線與輻照均質(zhì)器43的進(jìn)入平面的中心相交。被高度聚集的聚集太陽(yáng)光射線束將進(jìn)入桿43并且通過(guò)無(wú)損耗全內(nèi)反射達(dá)到光電池4’。由于這些內(nèi)部反射的萬(wàn)花筒作用，陽(yáng)光在4’上的空間分布更加均勻。在槽1’的所有太陽(yáng)仰角處，光電池4’與位于水面5’下方的擠壓桿50良好地?zé)峤佑|。軟管52的一端開(kāi)口通向外部空氣并且另一端被封閉。線柵53平行于周圍射線39延伸并且防止軟管52進(jìn)入聚能器透鏡的射線39內(nèi)的棱鏡。
隨著在氣象學(xué)上的空氣壓力增大，軟管52充填有外部空氣。該措施確保被透鏡2’、壁54和55以及端壁封閉的艙室始終具有與外部空氣相同的空氣壓力，使得與環(huán)境之間的不受控制的空氣交換達(dá)到最小。為了對(duì)進(jìn)入內(nèi)部的空氣進(jìn)行干燥，在軟管52上的罐37中設(shè)置重復(fù)利用干燥器。干燥內(nèi)部空氣是重要的，這是因?yàn)榻坏碾姵厥俏鼭竦摹?br> 圖5示出了從面對(duì)太陽(yáng)的一側(cè)看的槽的視圖。在端板56和56’處，槽具有短軸57，并且可圍繞水平幾何軸線58在其上傾斜。在所有操作傾斜角度的情況下選擇軸線58的位置以使浮力扭矩為零。透鏡2’在其內(nèi)側(cè)上具有在透鏡的中央一半中的多個(gè)折射溝槽59并且TIR溝槽60圍繞折射溝槽59，從而使由這樣零扭矩槽的形狀所需的焦距較短。如圖4所示，如虛線46表示的，只有在具有這樣的短焦距的情況下，槽間距61能僅大于槽寬度，以接近100％的填充系數(shù)。由于槽是通過(guò)浮在水中來(lái)被支撐的，因此它們的壁材料厚度小于為了防止在離開(kāi)水時(shí)發(fā)生扭曲變形所必需的材料厚度。為了節(jié)省耐腐蝕壁材料的花費(fèi)，對(duì)角的拉線62在每一個(gè)透鏡上形成“X”，確保槽剛度，這對(duì)于所有均質(zhì)器桿在它們各個(gè)焦點(diǎn)上排列是必需的。
每一個(gè)槽可安裝多達(dá)12個(gè)透鏡-桿-電池-單元。圖4中的防護(hù)框架48防止透鏡2’在最低太陽(yáng)位置時(shí)浸入水面5’中。
圖6示出了具有防護(hù)框架48和短軸57’的槽的端板56的視圖。
圖7和圖8示出了具有端板56和56”的兩個(gè)槽，該端板56和56”具有被球形支撐件支撐的短軸57”。壁70在端板56和56’之間伸出，并且球形支撐件66和67以及電收集器71和71’安裝在其上。壁70是擠壓管70’的一部分，擠壓管70’的大部分在水面5’下。該管70’產(chǎn)生浮力，該浮力通過(guò)球形支撐件66和67被輸送到短軸57’和57”，從而支撐槽69和69’。擠壓管70’通過(guò)支撐件75與圖1中所示的平臺(tái)環(huán)22’相連。
圖8示出了垂直于槽的縱向軸線58(圖5)延伸的擠壓管70’。球形支撐件67和67’和電收集器71和71’位于在壁70上。
圖9示出了通過(guò)帶有球形支撐件66和67以及電收集器71的短軸57”的截面，其中接觸體76通過(guò)彈簧72被壓靠在滑動(dòng)環(huán)端部78?；瑒?dòng)環(huán)端部78需要僅在中心處延伸大約70°的角度，以使槽在接觸體76上的重量在所有仰角的情況下保持其與滑動(dòng)環(huán)端部78緊密接觸?；瑒?dòng)環(huán)端部與光電池4’(圖4)串聯(lián)以在槽的相對(duì)兩端獲得相反的電極性。根據(jù)所需的槽輸出電壓，多個(gè)光電池可串聯(lián)以達(dá)到最高電壓，或者并聯(lián)以進(jìn)行氫-水解或者以這兩種方式進(jìn)行混聯(lián)而達(dá)到中間電壓。當(dāng)通過(guò)高柔性電纜將電力引導(dǎo)到外部時(shí)，類似的串聯(lián)-并聯(lián)選擇將確定槽電壓如何結(jié)合以獲得所需的平臺(tái)電壓。
在圖10至14中描述了輻照均質(zhì)器的主要部件。
圖10是聚集透鏡的焦點(diǎn)的強(qiáng)度曲線100，具有為太陽(yáng)光幾千倍的峰值101，剩余的電池區(qū)域是暗的。這樣過(guò)大的通量強(qiáng)度將破壞電池。相反，在電池上均勻的分布將產(chǎn)生460倍太陽(yáng)光的幾何聚集，基本上使電池處于最佳狀態(tài)。
圖11示出了輻照均質(zhì)器桿80在端部81接收透鏡2的聚焦輻照。輻照均質(zhì)器桿80由對(duì)可操作的太陽(yáng)光譜的體積透射系數(shù)最高的玻璃制成，以使其中的可吸收的熱負(fù)荷達(dá)到最小。最常用的玻璃具有足夠密集的太陽(yáng)光吸收帶從而將不可接受的熱負(fù)荷增加到電池上。圖12示出了同樣的輻照均質(zhì)器桿80的側(cè)視圖，桿80的斜面84延伸到導(dǎo)熱的散熱棒85。該斜度對(duì)于在所有太陽(yáng)仰角的情況下使棒85被浸沒(méi)是必需的。
圖13和圖14示出了具有朝向底表面82向內(nèi)傾斜的壁87’和87以及壁86的輻照均質(zhì)器80。圖13示出了在進(jìn)入平面131的中點(diǎn)130處的射線，而圖14中的射線是偏心的。離開(kāi)平面82通過(guò)光粘結(jié)層83a與光電池83光接觸。光電池83的下側(cè)與由熱膨脹系數(shù)接近電池的材料制成的金屬層85a相連。在電池和桿與其結(jié)合之前，該金屬層被焊接到散熱器88上。
該相同的光學(xué)裝置、均質(zhì)桿執(zhí)行三個(gè)功能a)很不均勻的聚集太陽(yáng)輻照通量在矩形離開(kāi)表面上無(wú)損耗地重新分布，該很不均勻的聚集太陽(yáng)輻照通量在進(jìn)入表面上形成圓點(diǎn)。
b)通過(guò)使桿圍繞其進(jìn)入面傾斜直到20°，使總的輻照通量無(wú)損耗地偏轉(zhuǎn)，以保持散熱器被浸沒(méi)。
c)提供足夠大的擴(kuò)展進(jìn)入表面(比電池寬30％)以便即使在高度跟蹤中存在1°的誤差時(shí)也能夠收集所有聚焦的太陽(yáng)光。
圖15示出了輻照均質(zhì)器桿145被管155封閉的布置，管155通過(guò)散射很少的聚集太陽(yáng)光的尖銳邊緣與桿145單獨(dú)接觸。管155與金屬底座156相連，金屬底座156與散熱器154形成窄的間隙157。間隙157中充滿汞，汞的供給源在波紋管158中。
圖16示出了被波紋管158’包圍的排空熱管。管芯160吸收致冷流體。分隔裝置161防止吸熱平面156’和154’在外部空氣壓力作用下一起移動(dòng)。
圖17a示出了具有短軸57”的槽的側(cè)視圖。光電池4被放置在凸起165中并且與熱管166熱接觸，熱管166的縱向延伸部分在槽的從其第一光電池到最后一個(gè)光電池的整個(gè)長(zhǎng)度上垂直于端板56”向下延伸。圖17c示出了位于熱管166內(nèi)的吸收劑管芯層167，熱交換流體(諸如水)從其一部分169蒸發(fā)。蒸汽通過(guò)艙室170流到壁171，壁171在所有可操作的太陽(yáng)高度仰角的情況下位于水面5下。在該壁處，熱交換流體冷凝并且在管芯層167的毛細(xì)力的作用下與其廢熱一起被輸送回到光電池4。熱管166是空氣密封的并且除了少量的水以外被抽空。
圖17b示出了第二槽，與第一槽類似，可向下傾斜到20°的仰角。
作為上述氣動(dòng)跟蹤的一種可替代的方案，圖17a和圖17b示出了一種用于使透鏡-光電池-單元共同傾斜的機(jī)械方法。
在圖17a和圖17b中，槽的熱管166具有小孔172，繩178被固定在小孔172處。為了使槽圍繞它們的水平軸線傾斜到較低的仰角，利用線性馬達(dá)使繩178在箭頭180的方向上移動(dòng)。用于傾斜到較高仰角的調(diào)節(jié)作用力來(lái)自于與平臺(tái)構(gòu)架相連的螺旋彈簧181。
圖18以縱向視圖182和橫截面圖183的形式示出了槽。手柄185位于大約為總長(zhǎng)度四分之一的距離184處。通過(guò)起重機(jī)(未示出)使矩形管186降至兩個(gè)手柄185之間。接著，舌部187從管186延伸?，F(xiàn)在，帶有短軸57的槽可如圖9中所示從其支撐件上被提升，其中短軸57的扭轉(zhuǎn)剛度低，這是由于它通常浮在水上。
權(quán)利要求
1.一種跟蹤太陽(yáng)聚能器系統(tǒng)，包括成排的水平延伸的密封的線性槽，所述槽排浮在水體上，所述漂浮的槽排包括浸沒(méi)的浮動(dòng)框架，所述槽圍繞一幾何垂直軸線自由地共同轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤太陽(yáng)方位，每一個(gè)所述線性槽圍繞水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤太陽(yáng)高度，所述軸被所述框架支撐，每一個(gè)所述線性槽包括基本上為U形的橫壁、兩個(gè)端壁、在其上側(cè)的多個(gè)太陽(yáng)光聚集透鏡和相應(yīng)的多個(gè)用于接收由所述透鏡聚集的太陽(yáng)輻照的目標(biāo)裝置，在所述跟蹤太陽(yáng)高度的全部過(guò)程中所述目標(biāo)裝置靠近所述水，所述目標(biāo)裝置包括用于將熱量輸送到所述水中的熱傳輸裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)裝置包括光電池，并且所述浮動(dòng)框架包括電傳輸裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)裝置包括用于接收所述聚集的太陽(yáng)輻照的透明的光均質(zhì)桿。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)裝置包括光電池和透明的光均質(zhì)桿。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述均質(zhì)桿具有用于接收所述聚集的太陽(yáng)輻照的第一橫向表面，通過(guò)全內(nèi)反射以萬(wàn)花筒形式混合所述輻照的多個(gè)縱向的平面壁，以及與所述第一橫向表面相對(duì)的第二橫向表面，所述第二橫向表面與所述光電池光接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光接觸包括透明粘結(jié)劑。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述均質(zhì)桿具有限定縱向壁的縱向軸線，所述縱向壁具有足夠的長(zhǎng)度以在空間上和在光譜上混合所述聚集的太陽(yáng)輻照，所述混合是充分的以相對(duì)于所述光電池的在直接接收所述聚集的太陽(yáng)輻照時(shí)的性能提高所述光電池的輻照利用性能。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述均質(zhì)桿的所述縱向軸線相對(duì)于所述聚集的太陽(yáng)輻照的方向傾斜。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傾斜是向下方向的，所述向下方向在跟蹤操作過(guò)程中在最低的太陽(yáng)高度時(shí)被限定。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述桿的第一橫向表面垂直于所述桿的所述縱向軸線。
11.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述均質(zhì)桿是由玻璃制成的。
12.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述均質(zhì)桿是平行六面體。
13.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)所述縱向壁不平行于所述縱向軸線，以使所述桿沿著所述聚集的太陽(yáng)輻照的方向具有錐度。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃材料具有低的太陽(yáng)輻照的體積吸收率。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃均質(zhì)桿具有拋光表面。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述玻璃均質(zhì)桿具有在接收聚集的太陽(yáng)輻照的橫向表面上的防反射涂層。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，僅與所述桿以點(diǎn)或者線接觸的結(jié)構(gòu)支撐裝置與所述均質(zhì)桿相關(guān)聯(lián)。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)支撐裝置包括內(nèi)徑等于所述桿的對(duì)角線尺寸的管。
19.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述均質(zhì)桿具有在與所述光電池相鄰的壁部上的太陽(yáng)光反射涂層。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水體是由圍擋壁形成的圓形池，所述漂浮的太陽(yáng)聚能器排安裝在所述圍擋壁內(nèi)以使所述太陽(yáng)聚能器排圍繞位于中心的垂直幾何軸線轉(zhuǎn)動(dòng)漂浮。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括大且淺的圓形池，所述池容納多排位置靠近的線性槽以使它們的覆蓋區(qū)域達(dá)到最大。
22.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述池的水中保持運(yùn)動(dòng)。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)包括所述水上的表面波紋。
24.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水被防蒸發(fā)裝置覆蓋，該防蒸發(fā)裝置包括密度低于水的不混溶流體的薄層，所述流體在實(shí)際存在的期間內(nèi)具有足夠低的蒸汽壓力。
25.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括支持所述線性槽排的浮動(dòng)框架，所述框架包括相對(duì)于所述池使其可控轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，所述轉(zhuǎn)動(dòng)響應(yīng)于每日的太陽(yáng)方位運(yùn)動(dòng)，所述響應(yīng)是由太陽(yáng)方位檢測(cè)裝置控制的。
26.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，每一個(gè)所述太陽(yáng)聚能器包括聚集透鏡和光電池，所述電池與用于將熱量輸送到所述水中的散熱裝置熱接觸。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述散熱裝置包括與所述水熱接觸的金屬蓋。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬蓋具有大于所述光電池面積的浸沒(méi)的表面積。
29.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述散熱裝置包括與所述水熱接觸的熱管。
30.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線性槽的所述端壁具有與其相連的軸，所述軸包括限定了太陽(yáng)跟蹤的水平軸線的短突出圓柱體，并且其中所述框架包括用于所述圓柱體的支撐裝置。
31.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線性槽的每一個(gè)所述端壁具有一個(gè)或者多個(gè)在與所述軸偏心的位置處機(jī)械相連的纜線，所述位置是這樣設(shè)置的，即，使所述纜線可產(chǎn)生圍繞所述軸的轉(zhuǎn)矩。
32.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在于，關(guān)于所述軸的浮力平衡轉(zhuǎn)矩和浮力平衡重量是由相對(duì)于所述線性槽的重心偏心設(shè)置的分布重量施加的。
33.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在于，關(guān)于所述軸的轉(zhuǎn)矩是由在所述線性槽內(nèi)的多個(gè)腔室內(nèi)的水的重量施加的，所述腔室具有可控制的水位，所述腔室通過(guò)平行于所述U形橫壁延伸的縱向壁形成在所述槽內(nèi)。
34.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述含水腔室成對(duì)布置在所述槽的相對(duì)側(cè)上，所述腔室對(duì)通過(guò)含水的支撐管相連。
35.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述容納的水可以在所述成對(duì)的腔室之間被傳送。
36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括在所述腔室之間傳送空氣的裝置。
37.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣傳送裝置包括鼓風(fēng)機(jī)和使鼓風(fēng)機(jī)與所述腔室上部相連的管。
38.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括太陽(yáng)跟蹤裝置，所述太陽(yáng)跟蹤裝置包括太陽(yáng)高度感測(cè)裝置和用于為所述鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生適合的控制信號(hào)的裝置。
39.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于將太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能從所述槽送出的導(dǎo)電裝置。
40.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)電裝置包括在所述軸上的導(dǎo)電帶和在所述框架上的電刷裝置，所述電刷裝置從下方與所述導(dǎo)電帶接觸。
41.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述浮動(dòng)框架的結(jié)構(gòu)元件包括空氣導(dǎo)管。
42.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述槽包括用于安裝所述聚集透鏡的空氣密封裝置。
43.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述槽包括空氣干燥裝置。
44.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述槽包括用于使內(nèi)部空氣壓力和外部空氣壓力平衡的波紋管裝置。
45.一種雙軸跟蹤太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)，包括水平延伸的密封的線性槽排，所述槽排浮在容納的圓形水體上，所述槽圍繞一垂直軸線自由地共同轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤太陽(yáng)方位，每一個(gè)所述線性槽圍繞水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤太陽(yáng)高度，每一個(gè)所述線性槽包括縱向U形的橫壁、兩個(gè)平的端壁、在其上側(cè)的多個(gè)太陽(yáng)光聚集透鏡，和在所述橫壁內(nèi)的相應(yīng)的多個(gè)用于接收由所述透鏡聚集的太陽(yáng)輻照的光電池，在所述跟蹤太陽(yáng)高度的全部過(guò)程中所述電池被定位成靠近所述水，所述U形壁包括用于將熱量從所述電池輸送到所述水中的熱傳輸裝置。
46.一種雙軸跟蹤太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)，包括水平延伸的密封的線性槽排，所述槽排浮在容納的圓形水體上，所述槽圍繞一垂直軸線自由地共同轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤太陽(yáng)方位，每一個(gè)所述線性槽圍繞水平軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤太陽(yáng)高度，每一個(gè)所述線性槽包括縱向U形的橫壁、兩個(gè)平的端壁、在其上側(cè)的多個(gè)太陽(yáng)光聚集透鏡，和在所述橫壁內(nèi)的相應(yīng)的多個(gè)光電池，所述光電池位于在一透明的光均質(zhì)桿下方以接收由所述透鏡聚集的太陽(yáng)輻照，在所述跟蹤太陽(yáng)高度的全部過(guò)程中所述電池靠近所述水，所述U形壁包括用于將熱量從所述電池輸送到所述水中的熱傳輸裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種浮動(dòng)的點(diǎn)聚焦透鏡的方位跟蹤陣列，所述透鏡直接將太陽(yáng)光聚集在與高效的交迭的光電池結(jié)合的光均質(zhì)桿的上端上。所述電池設(shè)在支持多個(gè)透鏡－桿－電池組件的高度跟蹤線性槽中的散熱器上。所述槽通過(guò)在水平軸上旋轉(zhuǎn)使得它們的散熱器總是浸沒(méi)在圓形池的水中?？偣矁H有膝蓋高的槽和它們的浮動(dòng)框架在淺的池中轉(zhuǎn)動(dòng)以跟蹤方位。密排的浮動(dòng)平臺(tái)包括具有最大土地使用率的太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)。
文檔編號(hào)H01L31/042GK1568550SQ02820173
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者尼古拉斯·約翰尼斯·萊恩, 威廉·A·小帕爾昆, 英奇·萊恩 申請(qǐng)人:尼古拉斯·約翰尼斯·萊恩