專利名稱：具有單個(gè)接合的聚光器件的平面聚光光伏太陽(yáng)能板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏電源系統(tǒng)、光伏聚光器模塊，以及相關(guān)的方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能板通常是公知的。期待制造或者產(chǎn)生更多功率和/或成本更 低的太陽(yáng)能板。
一種方案試圖通過使用效率更高的太陽(yáng)能電池來在每個(gè)面板上 產(chǎn)生更多的功率，如將產(chǎn)品設(shè)計(jì)從使用效率為假設(shè)25%的電池改變?yōu)?使用效率為假設(shè)37%的電池。
另外一種方案用以聚集太陽(yáng)光，從而更小的太陽(yáng)能電池能夠被使 用，同時(shí)仍產(chǎn)生大致相同的功率?，F(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)開發(fā)了在不同程度上 使用這種原理的光伏太陽(yáng)能聚光器。
到今天為止，光伏太陽(yáng)能聚光器通常是以下兩種方案中的一種一 或者建立大的反射槽或盤或反射光線至中心點(diǎn)的接合鏡(articulating mirror )區(qū)域，在該區(qū)域中光線被轉(zhuǎn)換為功率(如澳大利亞Solar System of Victoria的Gross等的申請(qǐng)，美國(guó)專利公開號(hào)為2005/0034751 )， 或者將大量小聚光器緊湊地封裝為緊密接合以跟隨太陽(yáng)的大面板(如 Chen的申請(qǐng)，美國(guó)專利公開號(hào)為2003/0075212或Stewart的申請(qǐng)，美國(guó)專利公開號(hào)為2005/0081908)。還可以參閱Matlock等的參考文獻(xiàn) (美國(guó)專利號(hào)為4000734)，其公開了被安裝為圍繞布置在反射器的 直線中心上的加熱管而移動(dòng)的延長(zhǎng)反射器以及跟蹤機(jī)構(gòu)。
最近在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的第三種方案(Fraas等，美國(guó)專利公開 號(hào)為2003/0201007 )試圖組合將普通太陽(yáng)能板的形狀因子(form factor)的便利性進(jìn)行集中的各種優(yōu)點(diǎn)。Fraas等示出了試圖解決成本 /性能/便利性問題的多種方法。
一種制造平面太陽(yáng)能聚光器的方案是在"lazy susan"旋轉(zhuǎn)環(huán)上放 置多行小聚光器(Chiff，美國(guó)專利號(hào)為4296731 )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供有助于單個(gè)地或以組合的方式來克服和/或減緩在現(xiàn) 有技術(shù)的太陽(yáng)能聚光器中出現(xiàn)的一個(gè)或更多問題的多個(gè)解決方案。
例如，本發(fā)明能夠提供在優(yōu)選實(shí)施例中可以和傳統(tǒng)太陽(yáng)能板大小 相似的聚光太陽(yáng)能板。作為另一個(gè)示例，本發(fā)明在許多代表性實(shí)施例 中能夠產(chǎn)生與大小相同的太陽(yáng)能面板同樣或更多的功率。
作為另一個(gè)示例，如果需要，本發(fā)明能夠允許傳統(tǒng)平面面板安裝 方法的使用。
作為另一個(gè)示例，比按照相互之間相鄰的方式封裝單個(gè)聚光器更 好的是，如果需要，本發(fā)明的許多實(shí)施例可以在單個(gè)聚光器之間留下 一定量的空間，從而它們能夠自由移動(dòng)位置并且跟蹤太陽(yáng)，并且因此 它們?cè)谝荒旰鸵惶斓母鄷r(shí)間內(nèi)的操作不存在相互遮擋。該改進(jìn)可以 允許面板平躺在屋頂而不需要將整個(gè)面板瞄準(zhǔn)太陽(yáng)，并且可以通過增 加它們對(duì)太陽(yáng)光的整體日常暴露而允許對(duì)單個(gè)聚光器的更加成本有效 地使用。
這些改進(jìn)是很重要的突破，因?yàn)樗鼈儗⒃试S具有更高效率和更低 成本的聚光太陽(yáng)能板滲透當(dāng)前由傳統(tǒng)平面太陽(yáng)能板占有的市場(chǎng)，大大 減少成本并且增加拓展太陽(yáng)能市場(chǎng)的加速度。在優(yōu)選實(shí)施例中，這允 許當(dāng)前平面太陽(yáng)能板安裝者使用他們已有的安裝硬件和安裝方法，并且甚至是銷售和市場(chǎng)方法，以拓展聚光太陽(yáng)能。因此本發(fā)明將市場(chǎng)認(rèn) 可的聚光太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)(例如，成本優(yōu)點(diǎn))和傳統(tǒng)平面光電板的形狀 因子優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面， 一種光伏電源系統(tǒng)包括支撐結(jié)構(gòu)，多個(gè) 光伏聚光器模塊，以及自供電源。多個(gè)光伏聚光器模塊以使模塊相對(duì) 于支撐結(jié)構(gòu)可移動(dòng)的方式耦接至支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)包括被構(gòu)造成與 已有的太陽(yáng)能板安裝硬件相配合的至少一個(gè)接口 。每個(gè)模塊包含至少 一個(gè)光伏接收器和將入射光光學(xué)地聚集到至少一個(gè)對(duì)應(yīng)光伏接收器上 的至少一個(gè)光學(xué)聚光器。自供電源可操作地耦接至光伏電源系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種光伏電源系統(tǒng)包括支撐結(jié)構(gòu)，多個(gè) 光伏聚光器模塊，以及散熱器件。多個(gè)光伏聚光器模塊由支撐結(jié)構(gòu)以 使模塊相對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)可獨(dú)立地移動(dòng)的方式支撐。每個(gè)模塊包括至少 一個(gè)光伏接收器和將入射光聚集到至少 一個(gè)對(duì)應(yīng)光伏接收器上的至少 一個(gè)光學(xué)器件。散熱器件包括與模塊的光學(xué)器件的光學(xué)軸平行的至少
一個(gè)鰭片(fin)。散熱器件至少部分位于在模塊接合時(shí)模塊所掃描過 的模塊容積內(nèi)，該模塊容積與在光學(xué)系統(tǒng)中具有入射光線的聚光器的 容積相交叉。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種光伏聚光器模塊包括至少一個(gè)光伏 接收器、至少一個(gè)光學(xué)器件、以及散熱器件。至少一個(gè)光伏接收器將 入射太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能。至少一個(gè)光學(xué)器件將入射光聚集至光伏接收 器。散熱器件至少部分位于在模塊接合時(shí)模塊所掃描過的模塊容積內(nèi)， 該模塊容積與在光學(xué)系統(tǒng)中具有入射光線的聚光器的容積相交叉。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種提供光伏電源系統(tǒng)的方法，該 方法包括將光伏電源系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)配置為具有與預(yù)先存在的、非聚 光的、平面太陽(yáng)能板相兼容的形狀因子的步驟。光伏電源系統(tǒng)包括支 撐結(jié)構(gòu)和由支撐結(jié)構(gòu)以至少一個(gè)模塊相對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)可移動(dòng)的方式來 支撐的多個(gè)光伏聚光器模塊。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種安裝光伏電源系統(tǒng)的方法，該 方法包括步驟l)提供平面太陽(yáng)能板的安裝硬件，2)提供具有與平面太陽(yáng)能板的安裝硬件相兼容的形狀因子的光伏電源系統(tǒng)，以及3)使 用平面太陽(yáng)能板的安裝硬件安裝光伏電源系統(tǒng)。光伏電源系統(tǒng)包括1) 固定的、剛性的支撐結(jié)構(gòu)，以及2)可移動(dòng)地支撐在固定的、剛性的 支撐結(jié)構(gòu)上的多個(gè)光伏聚光器模塊。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種光伏聚光器模塊組件包括框架、光 伏聚光器模塊陣列、跟蹤系統(tǒng)、以及電源。光伏聚光器模塊陣列以使 模塊相對(duì)于框架接合的方式安裝至框架，每個(gè)模塊包括將入射太陽(yáng)光 轉(zhuǎn)換為電能的至少一個(gè)光伏接收器以及將入射光聚集至光伏接收器的 至少一個(gè)光學(xué)器件。跟蹤系統(tǒng)可操作地耦接至該組件并且基于入射太 陽(yáng)光的方向移動(dòng)至少一個(gè)模塊。電源可操作地耦接至跟蹤系統(tǒng)。


圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的光伏電源系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的頂部透視圖。
圖1B示出了圖1A中的光伏電源系統(tǒng)的底部透視圖。 圖2A示出了圖1A中的光伏電源系統(tǒng)中所示的聚光器模塊的側(cè) 面透視圖。
圖2B示出了圖2A中所示的聚光器模塊的底部透視圖。 圖2C示出了圖2A中所示的聚光器模塊的散熱鰭片相對(duì)于入射 太陽(yáng)光的方向。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的光伏電源系統(tǒng)的另一實(shí)施例的透視圖。 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的光伏電源系統(tǒng)的另一實(shí)施例的透視圖。 圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的光伏電源系統(tǒng)的另一實(shí)施例的電源電 路的示意圖。
圖5B示出了圖5A中提及的光伏電源系統(tǒng)中包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和控 制單元的部分的放大透視圖。
圖6A示出了圖5A中所示的聚光器模塊的側(cè)面透視圖。 圖6B示出了圖6A中所示的聚光器模塊的底部透視圖。 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的光伏電源系統(tǒng)的另一實(shí)施例的透視圖。
9圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的光伏電源系統(tǒng)的另 一實(shí)施例的透視圖。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的光伏電源系統(tǒng)的另 一實(shí)施例的透視圖。
圖IO示出了另一控制共享體系結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖11示出了圖5A中提及的光伏電源系統(tǒng)的可選頂蓋。
圖12示出了圖5A中所示的聚光器模塊的可選頂蓋。
具體實(shí)施例方式
在下面所描述的實(shí)施例中，相同的標(biāo)號(hào)被用來描述實(shí)施例中相同 的特征。
根據(jù)本發(fā)明的光伏電源系統(tǒng)的第一實(shí)施例顯示在圖1A-2C中。 光伏電源系統(tǒng)1包括多個(gè)可移動(dòng)的太陽(yáng)能聚光器模塊2。每個(gè)太陽(yáng)能 聚光器模塊2的直徑大約是9.5英寸。如圖所示，太陽(yáng)能聚光器模塊2 包括反射器4,其作為用以將太陽(yáng)光聚集至能夠被用來產(chǎn)生電流的高 密度的光學(xué)器件。反射器4將聚集的太陽(yáng)光導(dǎo)向接收器6，其包括一 個(gè)或更多太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池可以是將光線轉(zhuǎn)換為電流的任何 種類的光伏電流生成器。
在這個(gè)實(shí)施例中，聚集的太陽(yáng)光被用來產(chǎn)生電流，但太陽(yáng)光可以 被替代地用于任何目的，例如，加熱水或烹飪食物。本發(fā)明的聚光光 伏電流產(chǎn)生器使用光學(xué)器件來將光線聚集至太陽(yáng)能電池，與電池在正 常光照下可以產(chǎn)生的電流相比產(chǎn)生相應(yīng)更大量的電流。
除太陽(yáng)能聚光器模塊2之外，實(shí)施例包括連桿12、電動(dòng)機(jī)14、 控制單元16、框架20、自供電面板22、以及電路26。
太陽(yáng)能聚光器模塊是使用一些光學(xué)器件(例如，反射器4)，如 透鏡、反射器，或太陽(yáng)能捕集器(solar trap)，來將太陽(yáng)光聚集至目 標(biāo)的任何裝置，其中該目標(biāo)可以執(zhí)行一些有用的功能。
除反射器4之外，每個(gè)太陽(yáng)能聚光器模塊2還包括接收器6、散 熱器7，以及連接機(jī)構(gòu)(yoke mechanism) 10。圖2A示出了在系統(tǒng)1 中使用的單個(gè)太陽(yáng)能聚光器模塊2的透視圖，而圖2B示出了單個(gè)太陽(yáng) 能聚光器模塊2的底部透視圖。圖2A和2B中所示的太陽(yáng)能聚光器模塊2可以包括非必需的跟蹤傳感器單元18,其將太陽(yáng)的位置通知給電 子控制單元16;其優(yōu)選地只出現(xiàn)在某些聚光器2，例如， 一個(gè)、兩個(gè)、 三個(gè)，或四個(gè)太陽(yáng)能聚光器模塊2上。
單個(gè)太陽(yáng)能聚光器模塊2的反射器4被顯示為圓角矩形，并且本 實(shí)施例的聚光器模塊按照矩形網(wǎng)格布置。在其它實(shí)施例中，聚光器反 射器可以是任何形狀，并且聚光器模塊可以被布置為任何適當(dāng)?shù)牟季郑?包括但不限于菱形、六邊形、正方形、圓形，或橢圓形(參見圖7-9)。 如圖2C所示，入射太陽(yáng)光58被反射器4反射并被導(dǎo)向至接收器6。
所描述的本發(fā)明能夠使用任何種類的光伏設(shè)備，包括但不限于傳 統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池、所謂的熱能光伏電池、高技術(shù)多結(jié)電池，或者甚至 是其它技術(shù)，如多種太陽(yáng)能電池的組合。圖1A-2C所示的優(yōu)選實(shí)施 例假設(shè)在接收器6中使用可以從加利福尼亞州西馬(sylmar)市的 Spectrolab ,>司商業(yè)獲得的三結(jié)(triple - junction )電池，或類似產(chǎn) 品，以達(dá)到峰值超過200瓦特的功率輸出，其與目前市場(chǎng)上大小相同 的平面光伏面板的輸出相當(dāng)。
由于聚集在太陽(yáng)能電池上的太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度，期望的電池溫度由 一個(gè)冷卻系統(tǒng)來管理。盡管在優(yōu)選實(shí)施例中使用被動(dòng)散熱器7來冷卻 太陽(yáng)能電池和接收器，但本發(fā)明并非特定于被使用的這種冷卻系統(tǒng)， 而同樣可以使用強(qiáng)迫空氣或液體冷卻。
散熱器7具有的特征包括被動(dòng)散熱的多個(gè)鰭片8,安裝接收器 6的平面，以及允許光線到達(dá)接收器6的切口 (cutout) 9。如圖1A以 及2A-2C所示，在優(yōu)選實(shí)施例中，完整的散熱器7被設(shè)計(jì)成鰭片8與 模塊的光學(xué)軸平行放置。通過這種方式，只有邊緣，例如，散熱鰭片 8的厚度，實(shí)際上阻擋太陽(yáng)光。這允許獲得非常大的鰭片面積而很少 地減少收集的太陽(yáng)光的數(shù)量。優(yōu)選地，至少部分，并且更加優(yōu)選地至 少全部鰭片8位于聚集的太陽(yáng)光所照射的聚光器模塊的容積內(nèi)，或者 參考例如圖2C所示的光線被朝向焦點(diǎn)會(huì)聚的容積內(nèi)。
如結(jié)合所示例的模塊所示，該容積通常至少包括大約是反射器4 以上和接收器6以下的圓柱形區(qū)域，以及接收器以上區(qū)域的一部分。在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2C所示，散熱器7的鰭片與相鄰的太陽(yáng)光射 線58平行排列并且放置在聚光器模塊的容積，或"光學(xué)容積"內(nèi)，因而 在不增加風(fēng)廓線(wind profile)和模塊整體容積的情況下允許大鰭片 面積。在優(yōu)選實(shí)施例中，這通過垂直放置鰭片并且將它們圍繞接收器 徑向地取向來實(shí)現(xiàn)，從而通常只有碰撞到鰭片的薄邊的光線被阻擋， 被阻擋的光線是整個(gè)入射光線的^f艮小一部分。
如在本文中所用的，術(shù)語(yǔ)"光學(xué)容積"通過參考圖2C被定義為在 模塊接合時(shí)模塊所掃描過的容積，該容積與光學(xué)系統(tǒng)中具有入射光線 的聚光器的容積相交叉。
在優(yōu)選實(shí)施例中，鰭片的中心對(duì)從準(zhǔn)確徑向微微傾斜以允許連桿 12的機(jī)構(gòu)間隙。因此，它們可能阻擋聚集光束中的少量太陽(yáng)光；為此， 切口 9被特別成形以避免不當(dāng)?shù)刈钃踅?jīng)過靠近這些中心鰭片的反射器 的部分的太陽(yáng)光。
如圖1B-2C中所示，系統(tǒng)1中的每個(gè)聚光器模塊2包括連接機(jī)構(gòu) 10，其保持并接合聚光器模塊2。系統(tǒng)l包括驅(qū)動(dòng)一系列連接10的簡(jiǎn) 單機(jī)械連桿12，但本發(fā)明不特定于被使用的這種類型的機(jī)構(gòu)。任何驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)、連桿和機(jī)構(gòu)組合能夠被使用，包括但不限于直接驅(qū)動(dòng)、齒輪、 絲杠、繩雙動(dòng)、萬(wàn)向接頭、萬(wàn)向節(jié)，以及撓曲部。在優(yōu)選實(shí)施例中， 模塊通過連桿耦接在一塊從而它們?nèi)客揭苿?dòng)，然而每個(gè)模塊被適 當(dāng)?shù)貑蝹€(gè)接合，而不是作為固定組而一同接合。連桿12包括多個(gè)方位 桿30和多個(gè)上升桿36。方位桿30連接至方位橫拉桿32，其由多個(gè)方 位橫鏈接34支撐。上升桿36連接至上升橫拉桿38。
代表性實(shí)施例期望合并被同步接合的單個(gè)聚光器以定位和跟蹤 太陽(yáng)來產(chǎn)生功率。代表性實(shí)施例可以使用許多跟蹤方法，包括但不限 于開環(huán)(基于模型)定位、基于本地傳感器的閉環(huán)定位、基于優(yōu)化面 板功率輸出的閉環(huán)定位，或者基于由多個(gè)面板共享的傳感器的閉環(huán)定 位。實(shí)施例的控制能夠通過多種方式完成，包括被動(dòng)控制(如基于制 冷的跟蹤器)、使用每個(gè)面板一個(gè)電子控制單元的主動(dòng)控制，或者使 用控制多個(gè)面板的單個(gè)控制單元的主動(dòng)控制。類似的，許多驅(qū)動(dòng)方法能夠被使用，包括但不限于電動(dòng)機(jī)、螺線 管，或鎳鈦諾絲。每個(gè)聚光器能夠有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器(例如，每個(gè)聚光 器兩個(gè)電動(dòng)機(jī))，或者面板能夠使用連桿、繩雙動(dòng)，或其它機(jī)構(gòu)以允 許單個(gè)驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)兩個(gè)或更多，或甚至全部聚光器。類似的，對(duì)繞軸 旋轉(zhuǎn)的技術(shù)沒有限制，軸承、套管、撓曲部或其它方法都適合于在代 表性實(shí)施例中使用。
在圖1A-2C的實(shí)施例中， 一對(duì)電動(dòng)機(jī)14驅(qū)動(dòng)用以同步移動(dòng)全部 聚光器2的連桿12。電子控制單元16驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)14。圖1A-2C的優(yōu) 選實(shí)施例使用在電子控制單元16中實(shí)現(xiàn)的單面板主動(dòng)電子控制方案。
與系統(tǒng)1類似，代表性實(shí)施例將多個(gè)聚光器件聚集為單個(gè)設(shè)備， 并且優(yōu)選地為大小和傳統(tǒng)太陽(yáng)能板接近的設(shè)備。傳統(tǒng)面板通常寬度為 2.5至4英尺而長(zhǎng)度為4.5至6英尺。然而，設(shè)備的大小不是特定的并 且能夠由客戶或終端用戶在實(shí)際限制內(nèi)配置成任何期望的大小。這樣 的限制通常從小至6英寸乘6英寸到大至20英尺乘20英尺，或者甚 至更大，其中上限實(shí)際只取決于客戶怎樣能夠容易配置和在目標(biāo)地點(diǎn) 上安裝。
例如，優(yōu)選實(shí)施例在大小上和傳統(tǒng)太陽(yáng)能板接近并且被顯示為包 括圖1A和1B中的框架20?？蚣?0具有48英寸的寬度W以及72英 寸的長(zhǎng)度L，并且可以允許系統(tǒng)1生成峰值超過200瓦特的電流。
框架(或基部，優(yōu)選的是平坦的和剛性的)20支撐電子控制單元 16、電動(dòng)機(jī)14、連桿12、聚光器模塊2、為自供電面板22提供安裝 位置，并且使用標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能板安裝硬件來提供實(shí)施例的安裝。如圖1A 和1B所示，出于示例的目的，系統(tǒng)1包括24個(gè)單獨(dú)的光伏聚光器2。 如果需要，比這數(shù)量更多或更少的聚光器2可以被使用。同樣更大或 更小的聚光器可以被使用。請(qǐng)注意單個(gè)聚光器模塊2優(yōu)選地相互分離 而不是緊密相鄰。這種分離有利于單個(gè)聚光器在，例如，跟蹤太陽(yáng)時(shí) 的耦合運(yùn)移，并且其還有利于更加成本有效的太陽(yáng)能板，因?yàn)檫@些單 元由此可以在一年和一天的大部分時(shí)間中在單個(gè)聚光器基本上不遮擋 其它聚光器的情況下操作。各種組件的配線和電連接方案對(duì)于光伏太陽(yáng)能聚集領(lǐng)域的技術(shù) 人員來說將是公知的。各種方案中的任何一種可以被使用。單個(gè)聚光 器的輸出可以按照任何期望的方式被連接，如串行或并行，或某種串 行-并行的組合。該單元作為一個(gè)整體可以具有單個(gè)功率輸出，或者其 可以具有多于一個(gè)的功率輸出。通過按照不同方式為單個(gè)聚光器配線， 實(shí)施例能夠達(dá)到任何寬度范圍的輸出電壓和電流。為了達(dá)到系統(tǒng)級(jí)的 其它好處，如系統(tǒng)配線的損耗減少，實(shí)施例能夠被配置成大致匹配傳 統(tǒng)平面面板的輸出電壓，或?qū)嵤├軌虮慌渲贸奢敵龈?或更低)
的電壓，同時(shí)改變輸出電流。作為示例，系統(tǒng)1包括電路26以傳遞聚 光器模塊2所產(chǎn)生的功率。電路26包括導(dǎo)線(不可見，連接在連桿 12的內(nèi)部)以及輸出引線28。導(dǎo)線將聚光器模塊2連接至電路26。 一對(duì)電源輸出引線28傳遞聚光器模塊2所產(chǎn)生的功率。聚光器模塊2 使用導(dǎo)線串行連接以產(chǎn)生接近65伏的輸出電壓，電壓在電源輸出引線 28提供。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到旁通二極管通常被期望用來保護(hù)接收 器6中的太陽(yáng)能電池免遭有害電壓的危害。根據(jù)使用的太陽(yáng)能電池的 詳細(xì)情況，實(shí)施例可以包括每個(gè)聚光器模塊一個(gè)旁通二極管，或者多 個(gè)聚光器模塊可以共享二極管，或者一個(gè)旁通二極管可以被用于整個(gè) 單元。旁通二極管可以是單元的一部分或他們可以在單元的外部。優(yōu) 選實(shí)施例中每個(gè)聚光器模塊具有一個(gè)旁通二極管。
因?yàn)楸景l(fā)明的多個(gè)實(shí)施例使用電動(dòng)組件(例如，控制單元16和/ 或電動(dòng)機(jī)14)，其期望提供電源以操作這些組件，即使面板還沒有獲 得并跟蹤太陽(yáng)。本發(fā)明適應(yīng)任何對(duì)電子設(shè)備供電的方法，包括但不限 于即使沒有定位太陽(yáng)但使用單元產(chǎn)生的少量電源；使用被作為整體 太陽(yáng)能系統(tǒng)安裝的一部分而安裝的外部電源所提供的電源；使用傳統(tǒng)
太陽(yáng)能板為多個(gè)聚光器面板提供電源；將傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池或縮小面板
構(gòu)建在聚光器面板自身中(例如，在框架的上表面)以提供電源來操
作電子設(shè)備。圖1A-2C的實(shí)施例使用這些方法中的最后一種方法。電 子控制單元16需要電源來操作。任何合適的電源可以被使用。出于示例的目的，示例性實(shí)施例中的電源由自供電面板22的太陽(yáng)能電池23 提供，其附著于單元的框架20。
代表性實(shí)施例可以通過多個(gè)不同方式來安裝。例如，圖1A-2C中
標(biāo)裝置上，無(wú)論是非穿透性平臺(tái)安裝(如可從加利福尼亞州伯克利的 PowerLight公司商業(yè)獲得的PowerLight逸PowerGuard⑧系統(tǒng))、住宅 屋頂?shù)腻^固安裝、綿度傾斜安裝，或者甚至地面安裝或安裝在單軸跟 蹤器上。安裝者和終端用戶能夠選擇對(duì)他們來說最合理的任何安裝方 案。
現(xiàn)在將更加詳細(xì)地描述使用系統(tǒng)1來提供太陽(yáng)能所產(chǎn)生的功率。 為了讓實(shí)施例產(chǎn)生期望的額定功率輸出，單個(gè)聚光器模塊2瞄準(zhǔn)太陽(yáng)。 根據(jù)一個(gè)方案，其可以如下面一樣來實(shí)現(xiàn)。跟蹤傳感器單元18感測(cè)太 陽(yáng)的位置并且提供瞄準(zhǔn)誤差(pointing error )信號(hào)給電子控制單元16。 電子控制單元16接著計(jì)算瞄準(zhǔn)誤差并且提供所需的驅(qū)動(dòng)電流給電動(dòng) 機(jī)14,以移動(dòng)連桿12。連桿12移動(dòng)連接機(jī)構(gòu)10,這導(dǎo)致聚光器模塊 2瞄準(zhǔn)太陽(yáng)，優(yōu)選地達(dá)到角度^f艮小的精確度。
電子控制單元16內(nèi)的軟件幫助保證在事件如日出和日落、云覆 蓋，以及缺少操作所需的足夠電源期間的適當(dāng)操作。軟件還期望執(zhí)行 基于前面接收的數(shù)據(jù)而對(duì)太陽(yáng)位置所做的開環(huán)預(yù)測(cè)等等。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的光伏電源系統(tǒng)的若干其它實(shí)施例。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光伏電源系統(tǒng)100的透視 圖。系統(tǒng)100中的變化是在單個(gè)聚光器模塊2之間設(shè)置一定間隔，而 不是將它們緊緊地封裝在一塊。當(dāng)模塊分離得更遠(yuǎn)，該單元作為一個(gè) 整體產(chǎn)生更低的功率，但每個(gè)模塊能夠更加成本有效，因?yàn)槠淠軌蛟?一年和一天的更大部分時(shí)間中在不被相鄰模塊遮擋的情況下操作。這 更高效地使用接收器6和聚光器模塊2，但更低效地使用框架20、電 動(dòng)機(jī)14、連桿12、電子控制單元16等等。
因此，模塊之間的最佳間隔取決于如期望的全年太陽(yáng)輻射，期望 的電能使用率，框架、連桿、接收器和模塊的相關(guān)成本等等的因素。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光伏電源系統(tǒng)110的透視圖。系統(tǒng)110導(dǎo)致模塊2以小組56的形式一同移動(dòng)。系統(tǒng)110具有四個(gè)組56，每個(gè)組包括六個(gè)模塊2。雖然單元的外部框架20仍然固定，并且整個(gè)系統(tǒng)110仍然平坦，但每個(gè)組56中的單個(gè)模塊2以與同組中它們的相鄰模塊的固定關(guān)系而移動(dòng)。然而，模塊組56仍然單獨(dú)移動(dòng)，模塊組通過連桿12的縮減零件計(jì)數(shù)(reduced-part-count)版本而相互耦接從而它們?nèi)恳韵嗤姆绞揭苿?dòng)。
圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光伏電源系統(tǒng)120 (為了讓導(dǎo)線24可見而沒有顯示支撐結(jié)構(gòu))的電源電路的示意圖。優(yōu)選實(shí)施例的電源電路26是串行連接的，如圖5A所示，優(yōu)選地包括導(dǎo)線24和電源輸出引線28。
圖5B示出了具有所示的相關(guān)聯(lián)的支撐結(jié)構(gòu)的，光伏電源系統(tǒng)120中包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾14和控制單元16的部分的放大透視圖。電子控制單元16驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)14。電子控制單元16需要電源來操作。任何合適的電源可以被^f吏用。出于示例的目的，示例性實(shí)施例中的電源由自供電面板22的太陽(yáng)能電池23提供，其附著于單元的框架20。 一個(gè)太陽(yáng)能電池23的特寫顯示在圖5B中。
圖6A示出了圖5A中所示的聚光器模塊122的側(cè)面透視圖。圖6B示出了圖6A中所示的聚光器模塊122的底部透視圖。模塊122具有只有一對(duì)冷卻鰭片8的簡(jiǎn)化散熱器127。如圖所示，散熱器127包括一對(duì)半圓鰭片8和間隙9，其允許來自反射器4的光線到達(dá)接收器6的太陽(yáng)能電池。散熱器127在后續(xù)附圖中被示出，由于簡(jiǎn)化散熱器127,
本發(fā)明的其它特征更加明顯。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光伏電源系統(tǒng)130的透視圖。系統(tǒng)130包括模塊132。每個(gè)模塊132具有菱形的反射器134。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光伏電源系統(tǒng)140的透視圖。系統(tǒng)140包括模塊142。每個(gè)模塊142具有六邊形的反射器144。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的光伏電源系統(tǒng)150的透視圖。系統(tǒng)150包括模塊142，并且顯示了本發(fā)明的另一個(gè)可能的特征，這就是對(duì)"波狀，，側(cè)壁54的選擇，其允許在安裝時(shí)加密封裝單元，允許在給定空間內(nèi)的最大功率產(chǎn)生密度?；蛘?，本發(fā)明還能夠?qū)⒉ㄐ蝹?cè)壁54只設(shè)置在一對(duì)側(cè)壁上，如只在側(cè)邊，而為了面板整行的邊緣整齊以及安裝的方便讓末端平直。使用用以提高安裝的功率密度的波形框架的可能性是本發(fā)明的 一個(gè)要求保護(hù)的范圍。
圖10示出了另一控制共享體系結(jié)構(gòu)160的示意圖。體系結(jié)構(gòu)160包括連接至控制共享模塊163的三個(gè)面板161。
或者，所述的發(fā)明可以使用任何種類的聚光器件，包括但不限于傳統(tǒng)透鏡、菲涅耳透鏡、拋物面或其它反射器，以及甚至其它已經(jīng)授予專利的技術(shù)如反射環(huán)聚光器、復(fù)合拋物面聚光器，或各種太陽(yáng)能捕集器(例如，金字塔形反射器)。
現(xiàn)在將描述多個(gè)可選特征。
圖ll示出了在圖5A中提及的光伏電源系統(tǒng)120的可選透明保護(hù)頂蓋50。頂蓋50可以由如玻璃、聚碳酸酯、或丙烯酸樹脂的材料制成。頂蓋50被期望用來覆蓋整個(gè)面板/單元。
圖12示出了覆蓋圖5A中所示的單個(gè)聚光器模塊122的可選透明保護(hù)頂蓋面板52。頂蓋面板52可以由如玻璃、聚碳酸酯、或丙烯酸樹脂的材料制成。 一或更多單個(gè)聚光器122能夠被一個(gè)頂蓋面板52所覆蓋。
為了所有的目的，在此通過引用而將所有引用的專利和專利公開各自的全部?jī)?nèi)容并入本文中。
權(quán)利要求
1.一種光伏電源系統(tǒng)，包含a)支撐結(jié)構(gòu)，具有被構(gòu)造成與已有的太陽(yáng)能板安裝硬件相配合的至少一個(gè)接口；b)多個(gè)光伏聚光器模塊，耦接至所述支撐結(jié)構(gòu)從而使模塊相對(duì)于所述支撐結(jié)構(gòu)可移動(dòng)，每個(gè)模塊包含i.至少一個(gè)光伏接收器；以及ii.至少一個(gè)光學(xué)聚光器，其將入射光光學(xué)地聚集到至少一個(gè)對(duì)應(yīng)光伏接收器上；以及c)自供電源，可操作地耦接至所述光伏電源系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述自供電源包含 至少一個(gè)太陽(yáng)能電池。
3. 如權(quán)利要求1所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述自供電源包含 太陽(yáng)能電池面板。
4. 如權(quán)利要求3所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述太陽(yáng)能電池面 板支撐在所述支撐結(jié)構(gòu)上。
5. 如權(quán)利要求1所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述自供電源包含 所述多個(gè)光伏聚光器模塊中的至少一個(gè)。
6. 如權(quán)利要求5所述的光伏電源系統(tǒng)，其中至少一個(gè)模塊至少 在模塊沒有跟蹤太陽(yáng)時(shí)產(chǎn)生電源輸出。
7. 如權(quán)利要求1所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是平坦的。
8. 如權(quán)利要求1所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)是剛 性的和平坦的。
9. 如權(quán)利要求1所述的光伏電源系統(tǒng)，其中至少一個(gè)光學(xué)聚光 器包含從由反射器、透鏡、太陽(yáng)能捕集器以及反射環(huán)聚光器所組成的 組中選擇的光學(xué)聚光器。
10. 如權(quán)利要求l所述的光伏電源系統(tǒng)，進(jìn)一步包含散熱器件，其至少部分位于光伏聚光器模塊的"光學(xué)容積"內(nèi)。
11. 如權(quán)利要求10所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述"光學(xué)容積"被定義為在所述模塊接合時(shí)所述模塊所掃描過的模塊容積，所述模塊 容積與在光學(xué)系統(tǒng)中具有入射光線的聚光器的容積相交叉。
12. 如權(quán)利要求10所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述散熱器件包 含與所述光學(xué)聚光器的光學(xué)軸平行的散熱鰭片。
13. 如權(quán)利要求10所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述散熱器件包 含圍繞所述接收器徑向地取向的多個(gè)鰭片。
14. 如權(quán)利要求10所述的光伏電源系統(tǒng)，其中基本上全部所述 散熱器件位于光伏聚光器模塊的"光學(xué)容積"內(nèi)。
15. 如權(quán)利要求14所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述"光學(xué)容積" 被定義為在所述模塊接合時(shí)所述模塊所掃描過的模塊容積，所述模塊 容積與在光學(xué)系統(tǒng)中具有入射光線的聚光器的容積相交叉。
16. 如權(quán)利要求l所述的光伏電源系統(tǒng)，進(jìn)一步包含散熱器件， 其至少部分位于聚集的太陽(yáng)光所照射的光伏聚光器模塊容積內(nèi)。
17. 如權(quán)利要求16所述的光伏電源系統(tǒng)，其中基本上全部所述 散熱器件位于聚集的太陽(yáng)光所照射的光伏聚光器模塊容積內(nèi)。
18. 如權(quán)利要求l所述的光伏電源系統(tǒng)，其中所述光伏聚光器模 塊是分離的。
19. 如權(quán)利要求l所述的光伏電源系統(tǒng)，其中多個(gè)所述光伏聚光 器模塊被編組為在至少一個(gè)軸上相互之間以固定關(guān)系一同移動(dòng)。
20. —種光伏電源系統(tǒng)，包含a) 支撐結(jié)構(gòu)；b) 多個(gè)光伏聚光器模塊，由所述支撐結(jié)構(gòu)以使模塊相對(duì)于所述 支撐結(jié)構(gòu)獨(dú)立移動(dòng)的方式支撐，每個(gè)模塊包含i. 至少一個(gè)光伏接收器；以及ii. 至少一個(gè)光學(xué)器件，其將入射光聚集到至少一個(gè)對(duì)應(yīng)光 伏接收器上；以及c) 散熱器件，其包含與模塊的光學(xué)軸平行的至少一個(gè)鰭片，其中所述散熱器件至少部分位于在所述模塊接合時(shí)所述模塊所掃描過的 模塊容積內(nèi)，所述模塊容積與在光學(xué)系統(tǒng)中具有入射光線的聚光器的 容積相交叉，
21. —種光伏聚光器模塊，包含a) 至少一個(gè)光伏接收器，用于將入射太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能；b) 至少一個(gè)光學(xué)器件，用于將入射光聚集至所述光伏接收器；以及c) 散熱器件，其至少部分位于在所述模塊接合時(shí)所述模塊所掃 描過的模塊容積內(nèi)，所迷模塊容積與在光學(xué)系統(tǒng)中具有入射光線的聚 光器的容積相交叉。
22. 如權(quán)利要求21所述的光伏聚光器，其中所述光學(xué)器件從由 反射器、透鏡、太陽(yáng)能捕集器以及反射環(huán)聚光器所組成的組中選擇。
23. 如權(quán)利要求21所述的光伏聚光器，其中所述散熱器件包舍 與至少一個(gè)光學(xué)器件的光學(xué)軸平行的鰭片。
24. 如權(quán)利要求21所述的光伏聚光器，其中基本上全部所述散 熱器件位于所述容積內(nèi)。
25. 如權(quán)利要求21所述的光伏聚光器，其中所述散熱器件包含 圍繞所述接收器徑向地取向的多個(gè)鰭片。
26. —種提供光伏電源系統(tǒng)的方法，包含將光伏電源系統(tǒng)的支撐 結(jié)構(gòu)配置為具有與預(yù)先存在的、非聚光的、平面太陽(yáng)能板相兼容的形 狀因子的步驟，其中所述光伏電源系統(tǒng)包含a) 支撐結(jié)構(gòu)；以及b) 多個(gè)光伏聚光器模塊，由所述支撐結(jié)構(gòu)以至少一個(gè)模塊相對(duì)于所述支撐結(jié)構(gòu)可移動(dòng)的方式支撐。
27. —種安裝光伏電源系統(tǒng)的方法，包含步驟a) 提供平面太陽(yáng)能板的安裝硬件；b) 提供具有與平面太陽(yáng)能板的安裝硬件相兼容的形狀因子的光 伏電源系統(tǒng)，其中所述光伏電源系統(tǒng)包含i)固定的、剛性的支撐結(jié)構(gòu)；以及ii)多個(gè)光伏聚光器模塊，可移動(dòng)地支撐在所述固定的、剛性的支撐結(jié)構(gòu)上；以及 c)使用平面太陽(yáng)能板的安裝硬件安裝所述光伏電源系統(tǒng)。
28. —種光伏聚光器模塊組件，包含a) 框架；b) 光伏聚光器模塊陣列，以使模塊相對(duì)于所述框架接合的方式 安裝至所述框架，其中每個(gè)模塊包含i) 至少一個(gè)光伏接收器，用于將入射太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能；以及ii) 至少一個(gè)光學(xué)器件，用于將入射光聚集至光伏接收器；以及c) 可操作地耦接至所述組件的跟蹤系統(tǒng)，其中所述跟蹤系統(tǒng)基 于入射太陽(yáng)光的方向移動(dòng)至少一個(gè)所述模塊；以及d) 可操作地耦接至所述跟蹤系統(tǒng)的電源。
29. 如權(quán)利要求28所述的組件，其中至少一個(gè)模塊進(jìn)一步包含 散熱器件，所述散熱器件至少部分位于在所述模塊接合時(shí)所述模塊所 掃描過的模塊容積，所述模塊容積與在光學(xué)系統(tǒng)中具有入射光線的聚 光器的容積相交叉。
全文摘要
本發(fā)明涉及光伏電源系統(tǒng)，光伏聚光器模塊，以及相關(guān)方法。
文檔編號(hào)H02N6/00GK101496272SQ200680026750
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者布萊登·E·海尼斯 申請(qǐng)人:索利安特能源公司