混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)及其制造方法。太陽(yáng)能裝置包括至少一個(gè)包封管、至少一個(gè)熱導(dǎo)管、至少一個(gè)反射器設(shè)備、至少一個(gè)反射過(guò)濾器、以及至少一個(gè)光伏設(shè)備。包封管具有由透射材料制成的外表面以及抽空的內(nèi)部環(huán)境。熱導(dǎo)管在至少一個(gè)收集器管內(nèi)縱向延伸。反射器設(shè)備固定附接至包封管的內(nèi)表面，并且反射過(guò)濾器定位成使得從反射器設(shè)備反射的光被導(dǎo)向至反射過(guò)濾器。光伏設(shè)備定位成使得由反射過(guò)濾器過(guò)濾的光的至少第一部分可以被導(dǎo)向至光伏設(shè)備，并且與光伏設(shè)備不相容的那部分光可以在至少一個(gè)熱導(dǎo)管中被捕獲。
【專利說(shuō)明】混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)及制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)為2011年5月2日提交的序列號(hào)為61/481，670的美國(guó)專利申請(qǐng)以及2011年8月12日提交的序列號(hào)為61/523，147的美國(guó)專利申請(qǐng)的非臨時(shí)申請(qǐng)并要求所述美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，所述美國(guó)專利申請(qǐng)中的每一個(gè)以其整體作為參考合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大體涉及用于生產(chǎn)電、熱的組合且可選地傳輸太陽(yáng)光的混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)，以及制造此類裝置的方法，本發(fā)明還涉及制造用于集中太陽(yáng)光的裝置的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0004]太陽(yáng)能收集可以理解為是一種令人滿意的自由能源。但是太陽(yáng)輻射是擴(kuò)散的(峰值位于每平方米大約1300瓦特)并且不斷變化到達(dá)角度和強(qiáng)度。由于太陽(yáng)能的不均勻性以及光波長(zhǎng)的混合的變化，所以太陽(yáng)能的收集進(jìn)一步地復(fù)雜。此外，太陽(yáng)能的多種替代物非常便宜、能量密集且在市場(chǎng)上的地位十分穩(wěn)固。
[0005]當(dāng)需要來(lái)自太陽(yáng)的電力時(shí)，采用了半導(dǎo)體的光伏(PV)效應(yīng)。規(guī)模經(jīng)濟(jì)使得包含硅電池的光伏板相較于市場(chǎng)上最昂貴的電力(高峰期零買的瓦特?cái)?shù))來(lái)說(shuō)，其成本是極具競(jìng)爭(zhēng)力的。但是，硅平板收集器仍然是成本相對(duì)較高且凈效率低(理論上最大值約為25%)的，這限制了太陽(yáng)能發(fā)電。半導(dǎo)體材料及加工的昂貴費(fèi)用可以視為對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)挑戰(zhàn)的關(guān)鍵因素。
[0006]處于性能效率范圍高端的是堆疊多個(gè)半導(dǎo)體的多結(jié)光伏電池，它們分別轉(zhuǎn)換不同頻率范圍的光，同時(shí)允許其余光穿過(guò)。這些多結(jié)電池每平米非常昂貴，幸好它們對(duì)高度集中的光響應(yīng)良好(并且某些還號(hào)稱有高強(qiáng)度下的大于40%的凈效率)。
[0007]費(fèi)用范圍的另一端是熱太陽(yáng)能收集器，其將可用頻率的光的主要部分的輻射轉(zhuǎn)換為可感知的熱，并且將該熱量存儲(chǔ)或者立即用于一些應(yīng)用中。該轉(zhuǎn)換效率(大于80%)以及相對(duì)于光伏轉(zhuǎn)換的低成本是熱收集器的主要優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于熱方法的缺點(diǎn)是它們必須與多種便宜的且能量密集的燃料庫(kù)存(例如天然氣和木材)競(jìng)爭(zhēng)。并且，實(shí)現(xiàn)高溫(以及由此的更高的能量密度和功用)需要更復(fù)雜的機(jī)構(gòu)以及伴隨的較高成本。
[0008]特定的市場(chǎng)和物理技術(shù)力量帶來(lái)混合型太陽(yáng)能電/熱系統(tǒng)(還稱作熱電聯(lián)產(chǎn)或PV-T (光伏-熱))的發(fā)展。通過(guò)從單個(gè)收集器提取電和可用的熱，凈孔徑效率(作為入射太陽(yáng)光的一部分捕獲的能量)增加。常用方案是將光伏電池安裝至循環(huán)制冷劑通道并驅(qū)使制冷劑穿過(guò)該通道，以為光伏材料保持比用其它方法得到的溫度更低的溫度。這增大了電壓以及由此的瓦特時(shí)輸出。另外，收獲的熱量能夠用于一些有用的功能。熱量通常具有較低的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(瓦特時(shí)對(duì)瓦特時(shí))，所以在其它情況都相同時(shí)，較高的電力輸出通常是優(yōu)選的。
[0009]已知的PV-T (或“混合型收集器系統(tǒng)”)可以被有效地分組為集中式收集器和平板收集器。在這兩組收集器中相同的是，允許輻射進(jìn)入光伏材料全光譜并且僅在此后，去掉多余的、未轉(zhuǎn)換的作為熱量的那部分能量?？蛇x擇地，已經(jīng)建議的是，將光譜劃分為不同的流以用于由物理分離的光伏電池利用或使用，這將允許使用不是很貴(單結(jié)或串聯(lián)結(jié))的光伏目標(biāo)。這還將降低了對(duì)去除不能轉(zhuǎn)換的能量的需要。這些方法的關(guān)鍵目標(biāo)是降低光伏部件的操作溫度。這里遇到的困難在于報(bào)酬減少的定律，并且采用的每個(gè)裝配件或表面隨之帶來(lái)生產(chǎn)成本和能量損耗。另外，多結(jié)電池仍然昂貴，因此需要高集中度的收集器在經(jīng)濟(jì)上是可行的。在已知的高集中度收集器中，存在伴隨而來(lái)的間接光的浪費(fèi)以及對(duì)更多的熱管理和更精密的太陽(yáng)追蹤的需求。
[0010]已知的是，光學(xué)集中器設(shè)計(jì)者必須在可用于狹窄聚焦追蹤系統(tǒng)(在該過(guò)程釋放變化的但是比較大的一部分光，這部分光在來(lái)自太陽(yáng)圓盤的直射正常路徑中沒(méi)有被近似地校準(zhǔn))或略去追蹤的費(fèi)用的較高最大集中比率，以及針對(duì)組裝和安裝中相對(duì)廉價(jià)的貿(mào)易最大化集中度之間進(jìn)行選擇。前者通常是基于卡塞格倫和菲涅爾的集中式收集器，而后者通常采用Roland Winston開(kāi)創(chuàng)的并在其書“非成像光學(xué)”中討論的那類非成像光學(xué)器件。
[0011]這樣仍然存在對(duì)于在適于屋頂安裝的便宜的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)覆蓋廣泛范圍的照明條件的最大化太陽(yáng)能收集的需求。更具體地，存在針對(duì)太陽(yáng)能收集裝置的需求，所述太陽(yáng)能裝置提供相對(duì)于環(huán)境溫度的高溫?zé)崮?。同時(shí)，針對(duì)太陽(yáng)能收集裝置的光伏部件，低溫工作環(huán)境是需要的。還存在對(duì)混合PV-T系統(tǒng)的需求，該系統(tǒng)中，不能被光伏設(shè)備收集的那部分能量能夠盡可能便宜地且果斷地作為熱量被清除和/或被排出，使得其與太陽(yáng)不會(huì)過(guò)分放大下面的建筑物的制冷負(fù)荷或降低光伏部件的性能。另外，還存在對(duì)于混合型太陽(yáng)能收集系統(tǒng)的需求，所述系統(tǒng)能夠提供多種能量并且服務(wù)來(lái)自與建筑物的能量需求多樣化匹配的同一系統(tǒng)的流，并減少變換損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]通過(guò)提供能夠遞送熱能和/或電能的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)和方法，本發(fā)明的實(shí)施例在很大程度上克服了已知系統(tǒng)的缺陷。在特定的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還可遞送過(guò)濾了紅外光和紫外光(UV)因此是照明所需的光。更具體地，公開(kāi)的實(shí)施例提供混合PV-T系統(tǒng)和方法，其中，一部分光被轉(zhuǎn)換成可感知的熱，并且被傳導(dǎo)通過(guò)用于太陽(yáng)熱能(結(jié)合至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生PV能量)的熱導(dǎo)管。示例性的系統(tǒng)和方法包括抽空的收集器管，具有DC電壓、熱量、可用光或這三者的組合的混合輸出，以及綜合性遮陽(yáng)的供應(yīng)。示例性實(shí)施例在抽空管中包括光學(xué)路徑，所述光學(xué)路徑包括帶通過(guò)濾器，所述帶通過(guò)濾器優(yōu)選地反射對(duì)于給定的光伏電池有用的光并將其余一大部分傳送至熱導(dǎo)管。所述管提供了針對(duì)光學(xué)器件的結(jié)構(gòu)和保護(hù)。由于抽空的環(huán)境，所述管還抑制對(duì)流以及從熱導(dǎo)管收集的熱量的傳導(dǎo)損耗。
[0013]入射在地球表面的太陽(yáng)光可以被有效地劃分為直射正常輻照(DNI)和非直射輻照(或散射光或天空光)。示例裝置對(duì)于這兩個(gè)能量流保持不同的交錯(cuò)的路徑。所述裝置、設(shè)備和方法的目標(biāo)是以經(jīng)濟(jì)有利的方式可選擇地并且綜合地采用兩種類型的光。首先考慮DNI。公開(kāi)的光學(xué)元件將DNI中的能量分為針對(duì)光伏的一條路徑和第二清除熱量路徑。指向光伏電池的光能夠由卡塞格倫式系統(tǒng)過(guò)濾和/或集中。通過(guò)這種方式，光伏電池可以接收并轉(zhuǎn)化每平方面積更多的光能，并且由于吸收帶通波長(zhǎng)過(guò)濾器所過(guò)濾的不可用波長(zhǎng)的光導(dǎo)致的性能削弱的加熱更少。公開(kāi)設(shè)備的模塊化允許安裝設(shè)計(jì)不僅提供熱和電的不同混合的過(guò)程質(zhì)量，還能夠提供過(guò)濾的光用于日光照明。
[0014]從光伏電池離開(kāi)的光主要是對(duì)于電池類型來(lái)說(shuō)波長(zhǎng)不合適的光，或者以一定入射角度到達(dá)的與集中光學(xué)元件不相配的光。在其它已知混合收集器中，所述光能將由光伏電池吸收(不必要地升高其溫度)和/或由附屬系統(tǒng)吸收。替代地，在一些已知領(lǐng)域中，允許該能量從收集器的后部排出。公開(kāi)的裝置和設(shè)備的示例性實(shí)施例反而致力于捕獲漫射光的主要部分以及其熱環(huán)內(nèi)不相配的波長(zhǎng)的光。
[0015]示例性實(shí)施例包括散射光收集鰭，所述鰭結(jié)合至抽空管中的熱導(dǎo)管。所述鰭和熱導(dǎo)管可以一起涂覆具有廣泛吸收力的且輻射最小的表面(“選擇性的涂層”)以吸收進(jìn)入熱導(dǎo)管的能量。從此處，該能量被傳導(dǎo)至抽空管部的高端部處的冷凝器。
[0016]現(xiàn)在考慮散射(非直射正常光)的路徑。熱環(huán)部件用作漫射光的主要以及次級(jí)目的地。散射的主要部分(或來(lái)自太陽(yáng)的圓盤外部的光能)要么將大部分傳遞至鰭和/或熱導(dǎo)管，要么將小部分朝向天空從管反射出去。導(dǎo)向熱環(huán)的其它部分的光為直射正常輻照(DNI)的對(duì)于光伏電池來(lái)說(shuō)波長(zhǎng)不適當(dāng)(因此不能驅(qū)動(dòng)光伏效應(yīng))的那部分光。反而，另外不能用的那部分光傳至熱導(dǎo)管、散射鰭和光溢出捕獲蓋。所述鰭還被恰當(dāng)定位以捕獲被所述設(shè)備的多種表面和材料中的瑕疵錯(cuò)誤引導(dǎo)的光。
[0017]在此以交錯(cuò)方式實(shí)現(xiàn)頻率分割，該交錯(cuò)方式提供了高凈效率(熱功率和電功率共同計(jì)算)，而沒(méi)有通常犧牲的電力輸出。由于光伏電池的位置正處于過(guò)濾器組件的其中一個(gè)焦點(diǎn)，其能夠分離于并熱隔離于熱導(dǎo)管和散射鰭的位置。因此，熱導(dǎo)管和散射鰭能夠在使得光伏電池最小增溫的情況下獲得更高且更有效的工作溫度，而不降低裝置電力性能。
[0018]在示例性實(shí)施例中，太陽(yáng)能裝置(或收集器管)包括至少一個(gè)包封管、至少一個(gè)熱導(dǎo)管、至少一個(gè)反射器設(shè)備、至少一個(gè)反射過(guò)濾器以及至少一個(gè)光伏設(shè)備或UV過(guò)濾器。包封管的外表面由透射材料制成并且具有抽空的內(nèi)部環(huán)境。熱導(dǎo)管在至少一個(gè)包封管內(nèi)縱向地延伸。反射器設(shè)備固定地附接至包封管的內(nèi)表面，并且反射過(guò)濾器定位為使得射到反射器設(shè)備的光被導(dǎo)向至反射過(guò)濾器。反射器設(shè)備可以包括反射涂層。光伏設(shè)備定位為使得由反射過(guò)濾器過(guò)濾的光的至少第一部分被導(dǎo)向至光伏設(shè)備。光的第一部分可以包括直射正常光。在示例性實(shí)施例中，光伏設(shè)備和反射過(guò)濾器定位為使得光伏設(shè)備由反射過(guò)濾器遮擋以免于直射(正常)光的照射。光的第二部分由熱導(dǎo)管轉(zhuǎn)換為可感知的熱，并且被傳導(dǎo)通過(guò)熱導(dǎo)管。光的第二部分可以包括入射在熱導(dǎo)管上的直射正常光和非直射光。光的第三部分可以包括反射器設(shè)備反射至散射鰭的非直射光(以及一小部分直射光)，使得所述光被熱導(dǎo)管吸收或離開(kāi)太陽(yáng)能裝置。
[0019]在示例性實(shí)施例中，太陽(yáng)能裝置(或“收集器管”)還包括冷凝器，所述冷凝器流體地連接至熱導(dǎo)管。可感知的熱可以經(jīng)由熱導(dǎo)管傳導(dǎo)至冷凝器。太陽(yáng)能裝置還可以包括固定附接至至少一個(gè)熱導(dǎo)管的至少一個(gè)散射鰭。
[0020]在示例性實(shí)施例中，進(jìn)入太陽(yáng)能裝置的光有效地分裂為多個(gè)路徑，并且收集的(或以其它方式支配的)光包括直射正常光和非直射光。直射正常光和非直射光可以以不同的比率集中。作為設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)帶來(lái)的好處，還能夠針對(duì)選定的和未選定的波長(zhǎng)獲得不同的集中比率。一個(gè)此類路徑可以包括穿過(guò)反射過(guò)濾器到達(dá)熱導(dǎo)管和/或光溢出捕獲蓋的一部分直射正常光。
[0021]示例性的太陽(yáng)能裝置包括:至少一個(gè)具有由透射材料制成的外表面和抽空的內(nèi)部環(huán)境的包封管；至少一個(gè)在至少一個(gè)包封管內(nèi)縱向延伸的熱導(dǎo)管；至少一個(gè)固定附接至包封管的內(nèi)表面的反射器設(shè)備；至少一個(gè)反射過(guò)濾器，其被定位為使得由反射器設(shè)備反射的光被導(dǎo)向至反射過(guò)濾器；以及包封管內(nèi)的至少一個(gè)位置，光伏電池或UV過(guò)濾器能夠定位于此，使得通過(guò)反射過(guò)濾器過(guò)濾的光的至少第一部分被導(dǎo)向至光伏設(shè)備或被導(dǎo)向經(jīng)過(guò)UV過(guò)濾器。光的第二部分被轉(zhuǎn)換為可感知的熱并且通過(guò)熱導(dǎo)管傳導(dǎo)。
[0022]現(xiàn)在考慮由所公開(kāi)的裝置組成的示例性陣列。太陽(yáng)能系統(tǒng)(或“混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)或陣列”)的示例性實(shí)施例包括多個(gè)包封管和支撐組件，支撐組件支撐多個(gè)收集器管。每個(gè)包封管包括至少一個(gè)熱導(dǎo)管、至少一個(gè)反射器設(shè)備、至少一個(gè)反射過(guò)濾器、以及至少一個(gè)光伏設(shè)備。包封管具有由透射材料制成的外表面和抽空的內(nèi)部環(huán)境。熱導(dǎo)管在至少一個(gè)包封管內(nèi)縱向地延伸。反射器設(shè)備固定地附接至包封管的內(nèi)表面，并且反射過(guò)濾器定位為使得由反射器設(shè)備反射的光被導(dǎo)向至反射過(guò)濾器。反射器設(shè)備包括反射涂層。光伏設(shè)備定位為使得由反射過(guò)濾器過(guò)濾的光的至少第一部分被導(dǎo)向至光伏設(shè)備。在示例性實(shí)施例中，光伏設(shè)備和反射過(guò)濾器定位為使得光伏設(shè)備由反射過(guò)濾器遮擋直射光。光的第二部分轉(zhuǎn)換為可感知的熱并被傳導(dǎo)通過(guò)熱導(dǎo)管。
[0023]示例性的太陽(yáng)能系統(tǒng)還包括連接至支撐組件的熱交換器外殼。示例性的太陽(yáng)能系統(tǒng)還可以包括連接至支撐組件的追蹤系統(tǒng)。追蹤系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)組件，所述驅(qū)動(dòng)組件操作性地連接至支撐組件以轉(zhuǎn)動(dòng)多個(gè)收集器管。在示例性實(shí)施例中，支撐組件以至少兩個(gè)大致平行排的方式保持多個(gè)收集器管，使得保持在第一排(或“收集器管平面”)的收集器管部分地遮擋固定在管部第二排的收集器管，第二排的管設(shè)置在第一或最前排收集器管之間的間隔的中心。在示例性實(shí)施例中，太陽(yáng)能系統(tǒng)的支撐組件保持前排和后排的收集器管，使得多于97%的光被阻止穿過(guò)。入射在系統(tǒng)上的光的主要部分被轉(zhuǎn)換為可感知的熱并且被傳導(dǎo)通過(guò)熱導(dǎo)管，并且入射在收集器管上的直射正常光的選定部分被用于照明或利用光電轉(zhuǎn)換進(jìn)行發(fā)電，并且未使用的那部分光被向上引導(dǎo)并從收集系統(tǒng)射出返回至天空。
[0024]本發(fā)明另一方面提供了一種太陽(yáng)能系統(tǒng)的制造方法。示例性實(shí)施例還包括產(chǎn)生太陽(yáng)熱能和太陽(yáng)光伏能的方法，包括提供至少一個(gè)包封管、提供至少一個(gè)反射器設(shè)備、至少一個(gè)反射過(guò)濾器、至少一個(gè)光伏設(shè)備和至少一個(gè)熱導(dǎo)管。包封管設(shè)有由透射材料制成的外表面和抽空的內(nèi)部環(huán)境。反射器設(shè)備固定地附接至包封管的內(nèi)表面，并且反射過(guò)濾器配置為使得由反射器設(shè)備反射的光被導(dǎo)向至反射過(guò)濾器。光伏設(shè)備配置為使得通過(guò)反射過(guò)濾器過(guò)濾的光的至少第一部分被導(dǎo)向至光伏設(shè)備。熱導(dǎo)管配置為使得其在至少一個(gè)包封管內(nèi)縱向地延伸，并且使得光的第二部分被轉(zhuǎn)換為可感知的熱并且被傳導(dǎo)通過(guò)熱導(dǎo)管。示例性方法還包括將至少一個(gè)散射鰭固定附接至至少一個(gè)熱導(dǎo)管。示例性方法還公開(kāi)了使用高速瓶制造設(shè)備來(lái)生產(chǎn)反射器的策略，使用關(guān)于玻璃或其它部件的“竣工”地形繪制和“竣工”數(shù)據(jù)來(lái)由較不理想的制造工廠用較不理想的部件制造更理想的裝置。
[0025]示例方法還包括將進(jìn)入包封管的光導(dǎo)向以使得所述光分裂為多個(gè)路徑。所述光可以包括直射正常光和非直射光，直射正常光和非直射光可以以不同比率集中。在示例方法中，光的第一部分開(kāi)始作為直射正常光、微量的非直射光，并且終止在光伏設(shè)備或者終止在針對(duì)有用的熱和去除UV的光的出口。光的第二部分可以包括入射在熱導(dǎo)管上的并且由熱導(dǎo)管吸收的直射正常光和非直射光。光的第三部分可以包括非直射光，以及反射器設(shè)備反射至散射鰭、熱導(dǎo)管及光溢出捕獲蓋(或直接入射在散射鰭上)的微量直射正常光，使得所述非直射光和微量直射光進(jìn)入散射鰭、捕獲蓋和熱導(dǎo)管，或者從包封管離開(kāi)。
[0026]相應(yīng)地，可以看到公開(kāi)了生產(chǎn)太陽(yáng)熱能和光伏能的系統(tǒng)、裝置和方法。公開(kāi)的系統(tǒng)、裝置和方法提供相對(duì)于周圍環(huán)境溫度的高溫?zé)崃?，以及用于光伏部件的低溫工作環(huán)境。參照以下詳細(xì)的說(shuō)明以及附圖，能夠了解本發(fā)明的這些以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，遍及附圖的相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]這些特征以及本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了以下詳細(xì)說(shuō)明后所理解的多項(xiàng)附則和特征是由本發(fā)明的系統(tǒng)和制造方法獲得的，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例參照附圖僅以示例的方式示出，其中:
[0028]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的立體圖；
[0029]圖2為圖1所示的混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)的2&3 - 2&3截面視圖；
[0030]圖3為圖1所示的混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)的2&3 - 2&3截面視圖；
[0031]圖4為根據(jù)本發(fā)明的混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的截面圖；
[0032]圖5為根據(jù)本發(fā)明的混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的截面圖；
[0033]圖6為圖1所示的混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)的6-6縱向截面視圖；
[0034]圖7為圖6所示的太陽(yáng)能裝置的7-7截面視圖；
[0035]圖8為具有代表性光束的根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能裝置的一半的截面視圖；
[0036]圖9為具有代表性光束的根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能裝置的一半的截面視圖；
[0037]圖10為根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能裝置的可選擇實(shí)施例的截面視圖；
[0038]圖11為根據(jù)本發(fā)明的用于太陽(yáng)能反射器的瓶預(yù)型器的示例性實(shí)施例的立體圖；
[0039]圖12為圖11所示的瓶預(yù)型器的12-12側(cè)部截面視圖；
[0040]圖13為圖11所示的瓶預(yù)型器的13-13頂部截面視圖；
[0041]圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的熱環(huán)的側(cè)視圖；
[0042]圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能裝置裝配件的側(cè)部截面視圖；
[0043]圖16示出了圖15所示的太陽(yáng)能裝置的16-16橫截面視圖；以及
[0044]圖17為根據(jù)本發(fā)明的示例性太陽(yáng)能裝置制造方法的過(guò)程流程圖。
[0045]附圖標(biāo)記在附圖中用于標(biāo)示其中所示出的特定部件、方面或特征，一個(gè)以上的附圖中的相同的附圖標(biāo)記用于標(biāo)示其中所示出的相同的部件、方面或特征。
【具體實(shí)施方式】
[0046]在以下段落中將參照附圖以示例的方式詳細(xì)描述實(shí)施例，這些附圖不是按比例進(jìn)行繪制的，并且所示部件不一定彼此之間按比例繪制。貫穿本說(shuō)明書，所示實(shí)施例和示例應(yīng)當(dāng)理解為范例而不是對(duì)本發(fā)明的限制。這里所用的“本發(fā)明”是指這里描述的任意一個(gè)實(shí)施例以及任意等同實(shí)施例。并且，對(duì)貫穿本說(shuō)明書的本發(fā)明的多個(gè)方面的提及并不是指所有要求保護(hù)的實(shí)施例或方法必須包括所提及的方面。
[0047]大體上，所公開(kāi)的實(shí)施例包括集中式、追蹤式、混合型抽空管太陽(yáng)能裝置(或收集器管)1和太陽(yáng)能系統(tǒng)110。多個(gè)抽空的收集器管I可以保持在包括太陽(yáng)能系統(tǒng)110的組件中并且可以傾斜以匹配太陽(yáng)200的高度。太陽(yáng)能系統(tǒng)110的每個(gè)收集器管I能夠在長(zhǎng)軸線上轉(zhuǎn)動(dòng)，以對(duì)準(zhǔn)其內(nèi)部排列的集中元件11。收集器管(或裝置)I的公開(kāi)的實(shí)施例具有作為輸出的以下可配置的組合:電壓、熱量、可用光以及綜合性遮陽(yáng)服務(wù)。這里還公開(kāi)了用于太陽(yáng)能裝置及其系統(tǒng)的構(gòu)造和組裝的方法?？ㄈ駛?Cassegrain)子單元11的線形陣列可以合并在收集器管I中。它們的形成因素在下文中詳述。
[0048]這些卡塞格倫子單元11和組裝的方法提供具有規(guī)范中的靈活性的可配置產(chǎn)品線，以符合制造商的能力和資源。而且，高溫?zé)崃亢湍K化集中器的新穎組合允許對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定制，以符合多種能量和服務(wù)生產(chǎn)需求——均在采用多種指定的收集器管I的單個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)110中。電、過(guò)程熱、家用熱水、空調(diào)、制冷、空間加熱、遮陽(yáng)以及無(wú)熱光可以全部由相同的太陽(yáng)能系統(tǒng)供能和/或供應(yīng)。
[0049]每個(gè)太陽(yáng)能系統(tǒng)110的太陽(yáng)能收集區(qū)域(或采光口)可以被保持在彼此平行的一對(duì)平面7和8之間的多個(gè)收集器管(或裝置)I所占據(jù)；一個(gè)最前排7比另一最后排8更接近太陽(yáng)。收集器管I可以間隔開(kāi)，以使得當(dāng)太陽(yáng)處于其軌道最高點(diǎn)時(shí)，第一排或第一平面(即最接近太陽(yáng))中的每個(gè)管捕獲太陽(yáng)光和天空光的全部照射量。最遠(yuǎn)或最后排(或平面)中的管部分地受到最前排的遮擋，因此它們可以捕獲第一排的邊緣反射，并且確實(shí)完成了對(duì)第一排的間隔所提供的采光口中的間隙的占據(jù)。這種重疊補(bǔ)償了收集器管I的最前排7的沿著側(cè)翼(或外邊緣)的相對(duì)高的反射損耗。通過(guò)在它們的熱環(huán)21中捕獲來(lái)自第一排7的邊緣反射并且防止邊緣反射穿過(guò)到達(dá)結(jié)構(gòu)底面，太陽(yáng)能系統(tǒng)110提供了綜合性遮陽(yáng)。重疊度(每排之間的東西向間隔)是工程經(jīng)濟(jì)學(xué)的應(yīng)用，其中每個(gè)指定的收集器管器件I的成本(取決于需要多少能量流以及需要哪些能量流)參照那些能量流(以及服務(wù))的預(yù)期市場(chǎng)價(jià)值被設(shè)定。管的更接近的間距大體上有利于中午時(shí)間的能量捕獲以及電力生產(chǎn)，因?yàn)槠鋵?duì)產(chǎn)量較少的最后排的遮擋程度更大。
[0050]收集器管I的最前排7和最后排8在朝向太陽(yáng)的維度上可以間隔足夠遠(yuǎn)，使得空氣能夠循環(huán)，也使得安裝工具和安裝者的手能夠進(jìn)出。這種兩層的方式使得用于給定安裝位置的可用的太陽(yáng)能采光口能夠得到充分使用。這還防止了太陽(yáng)光穿過(guò)太陽(yáng)能系統(tǒng)“泄漏”從而加熱下面建筑物的屋頂(由此先占了制冷負(fù)荷)?？諝庋h(huán)間隙也減少了由收集器區(qū)域產(chǎn)生的風(fēng)力載荷，并且通過(guò)上升的氣流改善了后部熱沉43的冷卻。收集器管I因此獨(dú)立地并且作為一組進(jìn)行工作，以形成用于太陽(yáng)輻射的最大反射和阻擋層。通過(guò)該堆疊布置，它們用作綜合性阻擋和反射的“冷卻屋頂”。這種效應(yīng)被了解為明顯降低一天中的空調(diào)負(fù)荷周期的峰值處的制冷負(fù)荷。采光口的充分使用是這種布置的另一功能。
[0051]包封在每個(gè)收集器管I中并且與卡塞格倫光學(xué)元件11交錯(cuò)的可以是熱導(dǎo)管45和散射吸收鰭46。入射在收集器管I上的那部分光譜(要么不能由選定的光伏材料轉(zhuǎn)換，要么以與卡塞格倫反射器11不相配的角度到達(dá)，要么不希望地處于針對(duì)已過(guò)濾的光的出口 74中)要么大部分由熱導(dǎo)管45及其散射鰭46吸收，要么大部分被朝向天空300反射回去。
[0052]這種波長(zhǎng)選定和分隔由卡塞格倫裝配件11中的次級(jí)元件:帶通反射過(guò)濾器41(或“冷鏡”)實(shí)現(xiàn)。光伏設(shè)備或電池38設(shè)置在帶通反射過(guò)濾器的其中一個(gè)焦點(diǎn)處，并由此由針對(duì)與它們兼容的適當(dāng)波長(zhǎng)而選定的光照亮。
[0053]不能由選定的光伏電池38轉(zhuǎn)換的光波長(zhǎng)被導(dǎo)向?yàn)檫h(yuǎn)離光伏電池38。由于入射在其上的光的特異性，光伏電池38可以以用于給定光通量的較低溫度操作并因此更有效地工作。
[0054]由于收集器管I容納集中光學(xué)器件，并且這里公開(kāi)的那些光學(xué)元件需要整天追蹤太陽(yáng)200的行進(jìn)，因此收集器管I保持在支撐組件2 (具有管傳動(dòng)和熱交換器接口 112的支架，提供用于升高腿5的自動(dòng)延伸)中。這種延伸和縮短使得太陽(yáng)能系統(tǒng)110的兩個(gè)平面7和8的整體一起上升和下降，以對(duì)應(yīng)太陽(yáng)運(yùn)行路徑中的高度的季節(jié)變化。每天太陽(yáng)沿該路徑(東西向)的位置變化通過(guò)每個(gè)管在其中心軸線上的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)追蹤。在收集日結(jié)束時(shí)，收集器管I反向轉(zhuǎn)動(dòng)至朝東的焦點(diǎn)以備下一天的收集。同樣地，通過(guò)依據(jù)下一天的太陽(yáng)行進(jìn)路徑的預(yù)期來(lái)調(diào)節(jié)升高腿5，從而調(diào)整方位角。通過(guò)刻意錯(cuò)過(guò)追蹤太陽(yáng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)的軟件控制也提供用于調(diào)整能量收集，并由此允許“關(guān)閉”和“僅加熱”追蹤方式和位置:這些選項(xiàng)對(duì)于安裝、服務(wù)、安全和能量生產(chǎn)管理是有用的。
[0055]在太陽(yáng)能裝置(或收集器管)的示例性實(shí)施例中，包封管39是接觸入射光的第一點(diǎn)。這對(duì)于兩種光源是正確的，直射正常輻照光(“DNI”)9和非直射光(或“散射光”)10，非直射光被認(rèn)為是來(lái)自所有方向(除了 DNI)的光。所有光的路徑因此始于太陽(yáng)200或圍繞收集器管的反射材料的圓頂部，不包括太陽(yáng)(“天空”)300。這兩個(gè)起始源具有多個(gè)(在它們遇到太陽(yáng)能收集設(shè)備110的排列好的收集設(shè)備I的包封管39以后的)功能性分組的結(jié)束終點(diǎn):這些結(jié)束終點(diǎn)是已過(guò)濾的光的出口 74 (因此在光伏設(shè)備38中使用或經(jīng)由過(guò)濾器81和散射鰭46傳輸)、熱導(dǎo)管45和光溢出捕獲蓋51 (46,45和51經(jīng)由熱結(jié)合層引導(dǎo)至共同點(diǎn)并因此功能上是一個(gè))，以及出口以返回至天空300 (如散射光10)或返回至太陽(yáng)200 (也如散射光10)(在該示例中，對(duì)于本裝置來(lái)說(shuō)兩者在功能上是相同的)，以及最終由裝置吸收(不再屬于經(jīng)由上升氣流的對(duì)流)。
[0056]在圖8和圖9中，示出了將太陽(yáng)200的光(DNI)9和天空300的光(散射光)10連接到裝置的元件且以多種順序(分別具有示例標(biāo)示的路徑)穿過(guò)裝置的元件到達(dá)主要的結(jié)束終點(diǎn)的這些路徑的細(xì)節(jié)。這些路徑示出為示例DNI9情況中的201、202、203、204、205、206、207、208、209、210 以及散射光 10 情況中的 301、302、303、304、305、306、307、308、309、310、311 和 312。
[0057]在光線201-210之中，所述裝置的示例性實(shí)施例中的主要值和最大通量是路徑202和208，它們將光傳送至帶通反射過(guò)濾器48并且主要僅是選定的波長(zhǎng)49，用于傳輸至過(guò)濾后的光的出口 74。這些路徑(202和208)結(jié)合光線路徑305和308，形成第一部分光。光線201-210和301-312中形成第二部分光的是那些直接終止在熱導(dǎo)管45的暴露表面上的光線。它們是302和201并且直接對(duì)熱環(huán)21起作用。第三部分可以要么被散射鰭46吸收要么從裝置I離開(kāi)。所述第三部分的路徑被標(biāo)記為203、204、205、206、207和209，還有標(biāo)記為301、303、304、306、307、309、310和311的直射光的光線路徑。第三部分中的路徑207、209和304、310是離開(kāi)路徑。其余光線(不由上述部分組成)是由裝置吸收的那一小部分，由射線210和312表示。
[0058]由第一、第二和第三部分的光形成的綜合性的主要部分使得所有源和路徑的光被盡可能少地允許經(jīng)過(guò)每個(gè)裝置I以及被允許進(jìn)入整個(gè)混合太陽(yáng)能裝置110 (由于收集器管I (及其內(nèi)部結(jié)構(gòu))的相關(guān)布置)。光線201-210和301-312 (代表穿過(guò)收集器管I的多數(shù)路徑)由所述裝置和設(shè)備綜合地且較高程度地使用。不在前三部分中的光線是210和312。
[0059]源自天空300的散射10中的光線示出為301-312，這種光特別關(guān)注的是這些光線都終止在熱環(huán)21中。這就是通過(guò)設(shè)計(jì)得到的入射的直射光10中的主要部分。光線301、302,303,304 (由于成為了用于后排中的相鄰收集器管I的非直射入射光10的一部分所以有304)、306、307、308 (部分地)以及309代表了在直射在收集器管I上的包括混合太陽(yáng)能收集器的區(qū)域的直接入射光10中占據(jù)主要一大部分的路徑。它們?cè)趲缀涡螤钌霞?暴露的熱環(huán)部件45、51、46的面積小于包封管39的采光口面積)，并且還集中為抽空環(huán)境42中的可感知的熱。這種可感知的熱能夠建立(升高的溫度)，以隨時(shí)間集中能量。此外，熱導(dǎo)管47的工作介質(zhì)凝結(jié)的溫度可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行調(diào)控(在規(guī)劃熱集中方面給定進(jìn)一步、較大獨(dú)立自由度)。不太重要的(并且在示例性設(shè)計(jì)中可以被最小化的)是由305表示的自然存在的那一小部分(其稍微弱化了位于用于過(guò)濾后的光的出口 74中的部件的性能)以及由310表示的另一同樣小部分(其從裝置I反射出去)。所述反射出去的光中的一些碰到相鄰的收集器管1，并被視為用于該管的入射的非直接輻照10的另一示例，其余部分朝向天空300離開(kāi)。
[0060]示例性實(shí)施例被優(yōu)化用于路徑(202和208)，它們將DNI9經(jīng)由帶通反射過(guò)濾器41引向過(guò)濾后的光的出口 74中，其次被優(yōu)化用于終止在熱環(huán)21中的路徑。來(lái)自次級(jí)元件(或帶通反射過(guò)濾器)41的“反射路徑”將光49的所需部分(能夠由所選的光伏電池38使用)反射至小的目標(biāo)區(qū)域74 (還稱為用于過(guò)濾后的光的出口)。從那里，它要么用于無(wú)熱光收集(例如用于照明)，要么用以為產(chǎn)生DC電壓的光伏材料38供能。主要反射器37和次級(jí)光學(xué)元件(反射過(guò)濾器)41的尺寸和形狀代表太陽(yáng)能裝置(收集器管)I中的多個(gè)設(shè)計(jì)自由度中的兩個(gè)，并且能夠多樣地構(gòu)成以將焦點(diǎn)放置在主要反射器37的表面之上、表面處或者表面之下，并且用于通過(guò)卡塞格倫光學(xué)系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)方法來(lái)挑選對(duì)于選定的光伏材料多重的適宜的陽(yáng)光、光伏電池38的設(shè)計(jì)，或者照明策略。而且，已知的卡塞格倫光學(xué)設(shè)計(jì)理論和方法能夠引導(dǎo)第一、第二和第三部分的光的相對(duì)大小的接合以更接近地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能目標(biāo)。
[0061]在示例性實(shí)施例中(其中沒(méi)有根據(jù)卡塞格倫光學(xué)設(shè)計(jì)理論所采用和構(gòu)成的日光照明選項(xiàng)，但不必優(yōu)化三部分光的分配)，能夠憑借上文以及下文所述的形成因素將所有類型的入射光的除了 2%以外的部分使用、吸收或反射回天空。
[0062]主要反射器設(shè)備37的行能夠保持成單獨(dú)一線，以用作溝槽或用作一系列井。在溝槽的示例中，次級(jí)元件(帶通過(guò)濾器41)可以是熱導(dǎo)管45的底部表面或者單獨(dú)的部件(如這里示出的卡塞格倫實(shí)施例中的單獨(dú)的部件)。在淺井或淺碗的排的示例中，次級(jí)部件41能夠由托架44保持在目標(biāo)區(qū)域之上。
[0063]熱導(dǎo)管45和散射鰭46可以熱結(jié)合并且在周圍涂覆廣譜吸收涂層48。散射鰭46向下延伸至主要反射器井或溝槽中，并且直接遠(yuǎn)離太陽(yáng)。該散射鰭46提供用于熱導(dǎo)管中的剛度，散射10的收集，以及天空?qǐng)D像或類似物向地面的偶見(jiàn)的鏡面反射的抑制，這是相比較于不包括該裝置的簡(jiǎn)單的復(fù)合反射系統(tǒng)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。鰭46還允許熱導(dǎo)管在從東向西的橫截面上漸窄，并因此允許更多的DNI光9穿過(guò)，并射向主要反射設(shè)備37。熱導(dǎo)管45和鰭46可選地能夠使用涂層48，該涂層吸收率一般，并且替代地能夠相對(duì)于整體性以最少的成本著重于收集器的美觀性能進(jìn)行涂覆，同時(shí)不影響電氣性能。
[0064]根據(jù)所需的產(chǎn)品價(jià)格或性能要點(diǎn)，每個(gè)卡塞格倫裝配件11能夠以不同精確度制造。拋物線形是需要的，但是球形截面以及其它非拋物線形的截面在某種程度上也能工作(給定了方案的非成像方面)，并且大體上實(shí)現(xiàn)起來(lái)成本不是很高。從主要反射設(shè)備37反射的光需要會(huì)聚在次級(jí)反射過(guò)濾設(shè)備41的直徑處，隨著次級(jí)反射過(guò)濾設(shè)備將光重新導(dǎo)向至用于過(guò)濾后的光的出口 74處，次級(jí)反射過(guò)濾設(shè)備能夠被指定用于“校準(zhǔn)”主要設(shè)備的光線圖案。經(jīng)由處于主要鏡面的底部處的準(zhǔn)直/均勻化管56能夠控制其它的錯(cuò)誤。另一方面，這是工程經(jīng)濟(jì)學(xué)應(yīng)用，以相對(duì)于制造成本和零售價(jià)目標(biāo)來(lái)平衡PV成本、集中度以及熱值。
[0065]通常，用于過(guò)濾后的光的出口區(qū)域74處于主要部件的底部中心(正如在具有后部出口的傳統(tǒng)卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡中)，但是這并不是必需的。在太陽(yáng)能系統(tǒng)陣列110將被安裝在非常低或非常高緯度的幾何位置的情況中，卡塞格倫模塊11能夠(在制造時(shí))朝向陣列的底部?jī)A斜或朝向陣列的頭部?jī)A斜，以產(chǎn)生針對(duì)管和生成組件的傾斜偏倚。在非常低的緯度，朝向頭部的偏倚將允許熱導(dǎo)管45適宜地工作，因?yàn)楫?dāng)高于底部時(shí)，熱導(dǎo)管的冷凝器端更好地工作。在此的交換是，可用的采光口的不那么有效的覆蓋來(lái)?yè)Q取熱導(dǎo)管的適當(dāng)功能。朝向底部的偏倚對(duì)于一些較高緯度的安裝是有利的，因?yàn)檫@將允許組件靠近(例如)頂部鋪設(shè)。對(duì)于敏感位置的美觀度以及其它邏輯限制也可以用這些類偏置的收集器管I解決。
[0066]應(yīng)該注意到，本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于其與建筑物屋頂?shù)倪m應(yīng)性。屋頂應(yīng)用明顯受到空間以及方向的限制，而且它們非常接近它們所服務(wù)的負(fù)載并且總是可用的。這種接近度尤其對(duì)于開(kāi)發(fā)熱的產(chǎn)生關(guān)系重大。熱量服務(wù)(例如空間和水加熱)以及可服務(wù)熱量負(fù)載(例如空調(diào)和食物制冷器)是建筑物的能量預(yù)算在電能方面以及成本方面的很大一部分。
[0067]收集器管I的形成因素提供了關(guān)于集中度的設(shè)計(jì)靈活性，以適應(yīng)多種光伏電池38。采用小的PV電池38 (例如相對(duì)于母晶片較小)提供了經(jīng)濟(jì)地(具有較大效率以及較寬光譜響應(yīng))指定PV材料的機(jī)會(huì)。聚光部件(例如玻璃和純粹的金屬沉積)的低成本意味著，基于所選的PV材料以及光學(xué)器件(主要是反射器和過(guò)濾器)的精確度/設(shè)計(jì)，該形成因素能夠支持熱、電(以及可選的光)的多種產(chǎn)物的混合。用于過(guò)濾后的光的出口 74的小尺寸，主要和次級(jí)表面的兩級(jí)放大，以及可用于準(zhǔn)直/均質(zhì)化管56的空間，意味著所公開(kāi)的形成因素中，照射在電池38表面區(qū)域上且掠過(guò)電池38表面區(qū)域的光的分布和集中程度是高度可控的。具有每平方厘米較高的成本(因此對(duì)于在平板收集器上的使用過(guò)于昂貴)的光伏電池效率優(yōu)化策略可以經(jīng)濟(jì)地用于預(yù)期實(shí)施例的集中器。
[0068]所述管可以終止于驅(qū)動(dòng)輪轂，驅(qū)動(dòng)輪轂接合管驅(qū)動(dòng)以及熱交換器接口 112 (也稱為“頭部”)中的追蹤設(shè)備。計(jì)算機(jī)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)管部用于對(duì)太陽(yáng)的東西向追蹤。通過(guò)使用時(shí)間等式(利用互聯(lián)網(wǎng)上的或者其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表)結(jié)合關(guān)于特定安裝的位置和方向信息，計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)性地(而不是作為響應(yīng)地)將陣列移動(dòng)至例如光傳感器。替代實(shí)施例能夠采用太陽(yáng)追蹤傳感器并且響應(yīng)于太陽(yáng)的視移來(lái)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能收集器的運(yùn)動(dòng)。
[0069]熱導(dǎo)管冷凝器16可以離開(kāi)收集器管I的頂部，穿過(guò)驅(qū)動(dòng)輪轂并進(jìn)入管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口 112 (“頭部組件”)中的熱交換器13。頭部組件可以具有用于冷卻劑的冷卻入口(以流經(jīng)管的冷凝器16的后排(或平面)8)以及沿管部的最前排(或平面)7返回至熱出口的回程。在非峰值小時(shí)內(nèi)，當(dāng)最前排管部明顯遮擋第二、最后排時(shí)，如圖3所示，冷卻劑和冷凝器之間的溫度差異大于平均值。由此導(dǎo)致該“后至前”路徑產(chǎn)生較高熱量輸出。
[0070]收集器管I的光伏電池裝配件12的端部是DC線束72從由熱沉43形成的線槽離開(kāi)的出口。收集器管I連結(jié)到頭部中的至少兩個(gè)分開(kāi)的電力總線35中。因?yàn)槭占鞴躀的最前排7和最后排8的遮擋方案設(shè)計(jì)為隨一天的行進(jìn)而不同，所以它們可以連結(jié)到單獨(dú)的總線35以及單獨(dú)的逆變器79。另外，額外的電路分隔是可能的，并且可能需要用來(lái)響應(yīng)例如位置遮擋條件。通過(guò)連結(jié)和/或切割頭部112中的電力總線35以電力地組合收集器管，這些均能夠在安裝期間在場(chǎng)地內(nèi)實(shí)現(xiàn)。[0071]參照?qǐng)D1至圖17將描述混合型熱光伏太陽(yáng)能收集系統(tǒng)(“混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)”110)、裝置(“收集器管”1)以及建造方法128的示例性實(shí)施例。圖1示出混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)110的示例性實(shí)施例，混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)110包括多個(gè)收集器管1，所述收集器管I由支撐組件2支撐，支撐組件2包括管樞軸3以及管驅(qū)動(dòng)和熱交換器(“管接口 ”)112。在一個(gè)實(shí)施例中，收集器管I為抽空管，包括光伏電池38和熱導(dǎo)管45，熱傳遞介質(zhì)47流經(jīng)所述熱導(dǎo)管45。管樞軸3允許每個(gè)收集器管I關(guān)于其自己的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。管接口 112包括熱收集(“熱量收集”)，用于轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)收集器管I的機(jī)構(gòu)，以及用于管理管驅(qū)動(dòng)和熱交換器112的升高的機(jī)構(gòu)(“太陽(yáng)追蹤設(shè)備”和熱量捕獲的超集)，以及一個(gè)或多個(gè)直流電(DC)電力總線35。
[0072]太陽(yáng)能系統(tǒng)110通常是傾斜的以配合太陽(yáng)的升高并且由方位角調(diào)節(jié)件5保持為恰當(dāng)?shù)拿闇?zhǔn)。如下文將描述的，收集器管I可以包括光學(xué)元件37、40、41、44、48和56，它們將朝向每個(gè)管的軸線入射的太陽(yáng)光集中。當(dāng)所述管關(guān)于它們的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以追蹤太陽(yáng)在一天之間的行進(jìn)時(shí)，所述光學(xué)元件執(zhí)行良好。圖1所示的實(shí)施例因此提供了收集器管1，所述收集器管I由管接口 112和管樞軸3保持到位，從而提供用于管平面的向上和向下傾斜以對(duì)應(yīng)太陽(yáng)升高路徑的季節(jié)性變化，并且提供轉(zhuǎn)動(dòng)以在一天之間(由東向西)追蹤太陽(yáng)。更具體地，隨著一天的經(jīng)過(guò)，在其中心軸線上轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)管。在收集日結(jié)束時(shí)，或者在下一個(gè)收集日之前，管能夠被反向轉(zhuǎn)動(dòng)至朝東的位置，以準(zhǔn)備用于下一天的收集。同樣地，方位角在收集日期間被依據(jù)下一天的太陽(yáng)路徑的預(yù)期來(lái)進(jìn)行調(diào)整。如上文所述，圖1示出排成陣列的收集器管I的一般布置，所述收集器管I保持在成對(duì)的平行平面7和8之間，平行平面7和8的關(guān)系在橫截面方向上由管部接口 112維持，管部接口 112轉(zhuǎn)而由支撐結(jié)構(gòu)2和樞軸3支撐。所述平行平面的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步在圖2中示出。
[0073]追蹤是通過(guò)兩個(gè)軸線，即通過(guò)兩個(gè)軸線的控制實(shí)現(xiàn)的:對(duì)于太陽(yáng)在北向南軸線上的視移升高，通過(guò)升高調(diào)整腿5的機(jī)動(dòng)化連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，以及通過(guò)管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口 112中的太陽(yáng)由東向西追蹤促使的收集器管I在樞軸3上關(guān)于其縱軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，如圖4和圖5所示。這種追蹤策略在本領(lǐng)域稱為“傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)”。
[0074]每個(gè)混合型太陽(yáng)能設(shè)備110包括多個(gè)收集器管1，每個(gè)收集器管包括包封管39，所述包封管39具有抽空環(huán)境42并且由廣譜透明玻璃(例如硼硅玻璃)制成，其中有一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)管45和卡塞格倫子單元11。光伏電池38在縱向維度上排列，由光伏電池裝配件12固定。這些光伏電池裝配件12和它們占據(jù)的熱沉43附接至包封管39面對(duì)太陽(yáng)的相對(duì)側(cè)。這些元件共同提供能量收集效用。這些部件和它們的網(wǎng)式布置由圖6至圖16詳細(xì)示出。
[0075]該設(shè)計(jì)的混合型熱光伏太陽(yáng)能收集系統(tǒng)110中每個(gè)收集器管I可以構(gòu)成為產(chǎn)生(作為單獨(dú)的能量服務(wù)源)以下各項(xiàng)的組合:A)在冷卻劑中傳輸?shù)臒崃?，B)作為直流電(DC)或交流電(AC)的電，C)到達(dá)收集器管下面的或者鄰近的相關(guān)建筑物的紅外(IR)和紫外(UV)的過(guò)濾后的光，以及D)綜合性遮擋。在電的示例中，該服務(wù)流可以被導(dǎo)向至輸電網(wǎng)絡(luò)、其它電力存儲(chǔ)設(shè)備，或立即使用。在熱量的示例中，服務(wù)流可以被導(dǎo)向至貯藏所、使用，或者作為熱量消耗排泄。在過(guò)濾后的光的示例中，服務(wù)流可以被導(dǎo)向至天空光、光導(dǎo)管或類似物。在綜合性遮擋的示例中，服務(wù)限于由太陽(yáng)能系統(tǒng)110覆蓋的表面。
[0076]圖1示出太陽(yáng)能系統(tǒng)110的實(shí)施例，太陽(yáng)能系統(tǒng)能夠安置在水平面上，例如平坦的或傾斜程度極低的屋頂。所示實(shí)施例的特點(diǎn)是，通過(guò)改變升高調(diào)整腿5(外加或排除安裝腿延伸部6或太陽(yáng)能板安裝工業(yè)中使用的其它安裝附件)的長(zhǎng)度，支撐結(jié)構(gòu)2能夠簡(jiǎn)單地并且廣泛地適應(yīng)對(duì)位置的需求。
[0077]圖2和圖3為圖1所示沿2&3_2&3截取的截面視圖，示出穿過(guò)收集器管I的橫截面視圖。收集器管I包括光學(xué)元件(例如反射設(shè)備37和反射過(guò)濾器41)，用以集中太陽(yáng)光，并且可以關(guān)于管軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以指向太陽(yáng)200的位置。圖2示出當(dāng)太陽(yáng)200處于其在天空中的最高點(diǎn)(“正午”)時(shí)收集器管I的方向，圖3示出當(dāng)太陽(yáng)200遠(yuǎn)離其在天空中最高點(diǎn)(“非正午”)時(shí)收集器管I的方向。通過(guò)所示出的轉(zhuǎn)動(dòng)，收集器管I保持其光學(xué)元件用于捕獲直射正常光9。
[0078]混合型收集器系統(tǒng)采用保持在兩個(gè)平行的平面中的玻璃管，在圖2和圖3中標(biāo)記為7和8，其中平面7 (收集器管的最前排)比平面8 (收集器管的最后排)更接近太陽(yáng)。各個(gè)收集器管I的位置設(shè)置為使得當(dāng)太陽(yáng)處于正午位置時(shí)，最前排7中的每個(gè)收集器管I捕獲太陽(yáng)的全光照，并且最后排8中的管部填充最前排7的覆蓋間隙，并且額外地捕獲來(lái)自最前排7的收集器管I的邊緣反射路徑207和304(圖8和圖9)。收集器管I優(yōu)選地布置為，用于允許空氣流通并且允許安裝和維修各個(gè)收集器管I。收集器管I兩行的布置最大限度地利用了對(duì)于給定安裝位置的可用的太陽(yáng)能采光口。這還防止了太陽(yáng)光穿過(guò)收集器“泄漏”以加熱在其下面的建筑物的屋頂(在此產(chǎn)生制冷負(fù)荷)。收集器管I包括反射器37上的最大反射層40 (在圖6、圖7、圖8、圖9和圖10中更詳細(xì)地示出，并且非限制性地還稱作主要元件)，以及可選地包封管39的內(nèi)壁的截面。通過(guò)這種堆疊或排的設(shè)置，設(shè)備110能夠用作底下建筑物的綜合性反射銀質(zhì)屋頂，減少該結(jié)構(gòu)的空調(diào)負(fù)載周期的高峰期時(shí)的制冷需求。
[0079]每個(gè)收集器管I包括包封玻璃管39和光伏電池38，包封玻璃管39可以具有圓形橫截面并且實(shí)質(zhì)上抽空了包圍熱導(dǎo)管45的氣體。熱導(dǎo)管45搶先接收入射在收集器管I上的光譜的一部分，這部分光要么不能由光伏設(shè)備38轉(zhuǎn)換，要么不能進(jìn)入可選的集中路徑，要么被遠(yuǎn)離過(guò)濾后的光的出口 74導(dǎo)向。這受到僅在帶通反射過(guò)濾器41之后的主要的光學(xué)路徑中的光電材料的位置的影響。光伏電池38還位于處在熱導(dǎo)管45和光溢出捕獲蓋51的陰影中的焦點(diǎn)上。由于入射在光伏電池38上的光(現(xiàn)在主要包括選定的波長(zhǎng)49 )的特異性，它們能夠以較低溫度操作并因此產(chǎn)生更多的電。熱導(dǎo)管45的熱輸出還能夠以高溫運(yùn)行，而不降低光伏部件38的性能。示例性的收集器管(或“太陽(yáng)能設(shè)備”)I的細(xì)節(jié)在作為圖1中的縱向截面視圖6-6的圖6中，作為圖6的橫向截面視圖7-7的圖7中，以及部分地在作為熱導(dǎo)管45和鰭46的縱向視圖的圖14中更詳細(xì)地示出，并且示出它們?cè)跓岘h(huán)21中的作用。
[0080]正如接下來(lái)的描述，卡塞格倫子單元11的布置提供了在配置太陽(yáng)能收集設(shè)備I和混合太陽(yáng)能系統(tǒng)110中的靈活度，以符合制造商的能力和資源，還提供了靈活度，以符合甚至在單個(gè)安裝中的多種客戶能量生產(chǎn)需求。電、過(guò)程熱、家用熱水、空調(diào)、食品冷卻、空間加熱以及無(wú)熱光，全部都能夠由多種指定的相同設(shè)備取得。
[0081]包封管39可以由對(duì)太陽(yáng)輻射高透射率的玻璃形成。在示例性實(shí)施例中，太陽(yáng)能裝置I包括至少兩個(gè)能量收集設(shè)施，一個(gè)是熱收集設(shè)施(采用附接至包封管39的內(nèi)表面的熱導(dǎo)管45的形式)并且另一個(gè)包括光伏電池和/或UV濾光通道(或“UV光過(guò)濾器”)81。尤其，太陽(yáng)能裝置I可以包括多個(gè)具有反射設(shè)備37的卡塞格倫子單元11，其中用來(lái)支撐帶通反射過(guò)濾器(示例實(shí)施例中的“低通”或“冷鏡”41)的托架44安裝在熱導(dǎo)管45后面(參照太陽(yáng)的視角)。反射設(shè)備37將入射太陽(yáng)光匯集在帶通反射過(guò)濾器41上(這里非限制性地還稱作“次級(jí)元件”)。熱目標(biāo)管45對(duì)于給定的收集器管I中的所有卡塞格倫子單元11是公用的。
[0082]一小部分太陽(yáng)能穿過(guò)帶通反射過(guò)濾器41并且由熱導(dǎo)管45的被遮擋了直射正常太陽(yáng)光9的那部分吸收。熱導(dǎo)管45將來(lái)自每個(gè)卡塞格倫子單元11的分離的熱能(或未選定的波長(zhǎng)50)經(jīng)由熱量冷凝器16傳送至管接口 112的熱量收集部分，其中熱量由混合型太陽(yáng)能系統(tǒng)110使用熱交換器外殼36中的熱交換器13提取。太陽(yáng)能的其它選定波長(zhǎng)49從帶通反射過(guò)濾器41反射到卡塞格倫子單元11下面的光伏電池38上，并在此被轉(zhuǎn)換成電流。替代地，光伏電池38的位置被UV過(guò)濾器81占據(jù)用于日光照明。電線傳遞每個(gè)光伏電池38之間的能量。DC電流被傳導(dǎo)至收集器管I的頂部端，傳至管接口 112中的DC電力總線35。
[0083]卡塞格倫子單元11的線性陣列可以保持為平行于包封管39的軸線的一線，以便要么用作單個(gè)溝槽，要么用作一系列的井(如同縱向切成一半的蛋品包裝盒)。在溝槽的實(shí)施例中，帶通反射過(guò)濾器41可以是對(duì)加熱目標(biāo)管45的底部的表面的雙重使用。該表面可以用帶通反射過(guò)濾涂層48或材料處理，或者具有用反射過(guò)濾材料處理過(guò)的下層元件。在淺井或淺碗排的替代示例中，次級(jí)部件更像是透鏡行(可能有飾面)并且分別立置在所示實(shí)施例中的支桿(或“托架”)44上，支桿44產(chǎn)生于或貼附至主鏡(非?？赡芴幱跓釋?dǎo)管的陰影內(nèi))。
[0084]熱導(dǎo)管(或“熱量目標(biāo)管”)45可以涂覆有廣譜選擇性涂層76。熱導(dǎo)管45還熱結(jié)合至散射鰭46，散射鰭可以具有相似的廣譜選擇性涂層，所述涂層用作綜合性光收集元件。如圖6所示,并且參照?qǐng)D7至圖10,散射鰭46從熱量目標(biāo)管45朝向反射設(shè)備37延伸，具有用于帶通反射過(guò)濾器41的切口，并且其輪廓適于符合反射設(shè)備37的形狀。散射鰭46提供用于熱導(dǎo)管45中的剛度，用于散射光的收集，還提供天空?qǐng)D像或類似物朝向地面的分散的鏡面反射的抑制。散射鰭46還允許熱導(dǎo)管45在東/西橫截面上漸窄，并且因此允許更多的光穿過(guò)并射向反射設(shè)備37。可選地，熱量目標(biāo)管45和散射鰭46能夠在遠(yuǎn)離太陽(yáng)朝向的側(cè)面使用涂層涂覆，該涂層的美觀性能大于熱性能。
[0085]根據(jù)所需產(chǎn)品的預(yù)期價(jià)格或性能要點(diǎn)，能夠以不同的精確程度制造每個(gè)反射設(shè)備37。拋物線形是一個(gè)理想的形狀，但是球形截面以及其它非拋物線形的截面在給定樣式的非成像方面時(shí)也足夠好用。因此，可以利用它們(球形截面形狀)制造簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。從反射設(shè)備37反射的光僅需大約匯聚在帶通反射過(guò)濾器41的直徑處，由于帶通反射過(guò)濾器將光重新導(dǎo)向至光伏電池38，其能夠設(shè)計(jì)用于“校準(zhǔn)”反射器37的光圖樣。通常，光伏電池38與反射器37的底部中心對(duì)齊(正如在具有后部出口的常規(guī)卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡中)。下文將描述與此的偏差。
[0086]針對(duì)帶通反射過(guò)濾器41的選定的光49反射路徑202和208 (尤其與傳輸路徑相反，主要是206)，用于過(guò)濾后的光的出口 74 (或“目標(biāo)區(qū)域”)要么裝配有光伏電池38 (如圖所示)，要么替代地裝配有UV過(guò)濾器，所述UV過(guò)濾器立置在可見(jiàn)光目標(biāo)(位于太陽(yáng)能收集設(shè)備110之外并且遠(yuǎn)離太陽(yáng)能收集設(shè)備110)之上，例如光導(dǎo)管陣列或天窗，并且可以包括擴(kuò)散器或類似裝置。在熱加光伏構(gòu)造中，光伏電池38感受較少熱量和制冷循環(huán)，并且對(duì)于它們面對(duì)的有限的熱循環(huán)，能夠在承載部43中“浮動(dòng)”(與真空壓入夾層組件中的那些相比，正如在平板收集器中)。因此，具有更大尺寸變化(例如高長(zhǎng)徑前端導(dǎo)體(front sideconductors))以及更精致(例如更薄)的光伏電池能夠更安全地采用。管部?jī)?nèi)的多個(gè)表面和涂層能夠由真空保護(hù)，因此不需要防侵蝕保護(hù)。光伏電池38位于包封管39中的特定實(shí)施例允許光伏電池享有真空保護(hù)，由此它們也不需要保護(hù)性的涂層(因此能夠節(jié)省成本并減少在那些涂層中的固有損耗)。
[0087]所需的光伏電池38的集中度和小尺寸還提供了將光伏材料用更有效和/或更高集中容限和/或更廣光譜響應(yīng)的光伏材料經(jīng)濟(jì)地升級(jí)的機(jī)會(huì)。便宜的集中部件(玻璃以及純粹的反射涂層的沉積)以及可用于兩件式卡塞格倫樣式的集中多樣性，意味著根據(jù)選定的光伏材料以及指定光學(xué)路徑的精度和集中度，該形成因素能夠支持多種比例的熱與電的產(chǎn)出。小尺寸的目標(biāo)面積以及兩級(jí)放大還意味著，穿過(guò)目標(biāo)的光的分布是可控的并且存在對(duì)于將傳導(dǎo)格柵和總線放置在光伏目標(biāo)的背面或采用其它相對(duì)昂貴的電池優(yōu)化策略(對(duì)于平板收集器成本太高)的增強(qiáng)的誘因。
[0088]光伏電池38能夠安裝在主要反射器37的距離太陽(yáng)200最遠(yuǎn)(很像筆直的卡塞格倫望遠(yuǎn)鏡)的部分之下。因此，可選地插入集中式和均勻化元件(準(zhǔn)直/均勻化管56)以采用內(nèi)部和/或壁反射。通過(guò)與包封管的壁接觸以及將熱量橋接至外部，該同一均勻化單元56能夠用作熱沉，用于光伏電池中產(chǎn)生的任何殘余熱量。
[0089]在示例性實(shí)施例中，熱導(dǎo)管45在反射設(shè)備37上的陰影可以通過(guò)將光伏電池38的導(dǎo)體掩膜/格珊的母線段放置在該陰影中來(lái)降至最小。在缺少格珊的情況(例如具有背面導(dǎo)體)中，通過(guò)將次級(jí)反射器的表面和/或位置去諧調(diào)整，并且通過(guò)使用準(zhǔn)直管/均化器56，或利用包封管39的曲率強(qiáng)加的像散現(xiàn)象和光學(xué)學(xué)科開(kāi)發(fā)的其它技術(shù)(均借助朝向光伏元件38的活性部分的均等照明的眼睛)，熱導(dǎo)管45的陰影和支撐起次級(jí)元件41的支桿能夠被散開(kāi)。
[0090]依據(jù)在別處描述的優(yōu)化方法，通過(guò)在中心轉(zhuǎn)動(dòng)電池從而在將其固定就位之前嘗試不同的位置，光伏電池38的位置和定向還可以設(shè)置成可調(diào)諧的以用于理想輸出。為了促進(jìn)這種優(yōu)化，光伏電池38上的導(dǎo)體能夠離開(kāi)同心凸部，因此電池能夠以任意轉(zhuǎn)動(dòng)位置定向并且能夠接觸光伏電池裝配件12 (可能是熱沉43的一區(qū)域)上的總線線路。
[0091]在圖2和圖3中，示出跟隨太陽(yáng)在天空中從東向西的視移來(lái)使對(duì)太陽(yáng)光的收集最大化的示例方法。太陽(yáng)能裝置I在此處以截面示出，保持在同樣的兩個(gè)平行陣列中:一，前排管7，二，第二后排管8，形成兩個(gè)平行平面?；ハ嘟徊娣较蚴怯糜诮厝∪肷涞闹鄙湔９?和入射的非直射光10中的主要部分(在圖2和圖3中沒(méi)有示出非直射部分，見(jiàn)圖8和圖9)。同時(shí)，為了保持卡塞格倫子單元11與太陽(yáng)從東向西的視移匹配，利用太陽(yáng)追蹤東西驅(qū)動(dòng)器112 (在圖4和圖5中詳細(xì)示出)，太陽(yáng)能裝置I在其中心軸線(縱軸線)上一致地轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0092]圖2示出太陽(yáng)能裝置I的任意尺寸的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)110的陣列的一部分。所公開(kāi)的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)110構(gòu)造用于提供東西向維度的尺寸靈活度，允許使用更多或者更少的太陽(yáng)能裝置I (按期望地)，以優(yōu)化可用陽(yáng)光照射區(qū)域的使用。同樣地，示出的太陽(yáng)能裝置(或收集器管)I之間的相對(duì)位置和空間僅僅是在此所公開(kāi)的設(shè)備的理念范圍內(nèi)多種設(shè)置中的一種?；谒璧南到y(tǒng)性能和成本，以及期望的安裝環(huán)境，所述系統(tǒng)能夠設(shè)計(jì)為將管在朝向太陽(yáng)/朝向地面的軸線和/或東西向軸線上均更緊密地保持在一起或進(jìn)一步分隔。
[0093]在圖3中，太陽(yáng)能裝置I示出為由圖2以截面形式示出的太陽(yáng)能收集設(shè)備排列。與圖2不同的是，圖3示出太陽(yáng)正午時(shí)間以外的時(shí)間。入射的直射正常光9的光線能夠由卡塞格倫子單元11接收，其集中式幾何結(jié)構(gòu)垂直于入射的直射正常光9。
[0094]太陽(yáng)200相對(duì)于混合型太陽(yáng)能收集器110的位置的自東向西運(yùn)動(dòng)和大氣透鏡在太陽(yáng)的視覺(jué)位置上的作用在本領(lǐng)域稱作“太陽(yáng)追蹤”并且能夠在對(duì)圖4和圖5的說(shuō)明中被詳細(xì)描述的數(shù)字控制器22中計(jì)算。
[0095]圖4以沿圖1中4-4截取的截面圖的形式示出太陽(yáng)追蹤東西驅(qū)動(dòng)器112和熱交換器13的機(jī)械邏輯和次序(未示出比例和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié))。圖4還公開(kāi)了太陽(yáng)能裝置(或收集器管)I的受控轉(zhuǎn)動(dòng)的方法。以冷卻入口 14的形式示出的一圈導(dǎo)管循環(huán)至熱輸出口 15，它們共同驅(qū)動(dòng)熱交換器13，熱交換器13包封熱量冷凝管16 (在該截面圖中均不可見(jiàn)，除了圖5中:部件13和16)。熱交換器13的入口首先循環(huán)制冷劑120至服務(wù)于最后排管8的熱交換器13冷卻入口 14，隨后經(jīng)由冷卻劑歸返回路77到達(dá)熱交換器13的在上的，服務(wù)于更熱的，更暴露于太陽(yáng)的最前或前排管7的部分，然后到達(dá)至熱輸出口 15。
[0096]在示例性實(shí)施例中，太陽(yáng)追蹤東西驅(qū)動(dòng)器包括用于步進(jìn)式發(fā)動(dòng)機(jī)23的數(shù)字控制器22，步進(jìn)式發(fā)動(dòng)機(jī)利用齒輪減速器24和蝸輪25來(lái)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器桿18。驅(qū)動(dòng)器桿18的線性運(yùn)動(dòng)通過(guò)牽引桿連接板27轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，牽引桿連接板27將驅(qū)動(dòng)器桿18連接至陣列中每個(gè)收集器管的驅(qū)動(dòng)輪轂28。替代的實(shí)施例可以僅驅(qū)動(dòng)最前排管7并使得最后排管8靜止。其它實(shí)施例可以以相似的但獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)前排管7和后排管8。驅(qū)動(dòng)方案的其它實(shí)施例將最后排管8解除轉(zhuǎn)動(dòng)，除了一天中的在后管被太陽(yáng)足夠照射以證明效果的那部分時(shí)間。其它實(shí)施例可以用僅具有熱量和冷卻屋頂能力的靜止的收集器管I來(lái)替換最后排。
[0097]轉(zhuǎn)動(dòng)精確度由軟件保持，所述軟件從位置讀取器30讀取的位置探測(cè)標(biāo)記29獲得陣列位置信息。抑制，推進(jìn)并返回至起始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)使步進(jìn)式發(fā)動(dòng)機(jī)23反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，(或在替代實(shí)施例中接合反轉(zhuǎn)齒輪)和/或進(jìn)而利用復(fù)位主驅(qū)動(dòng)彈簧31拉動(dòng)復(fù)位帶張緊器32并復(fù)位帶33來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字控制器22為電腦編程的，具有地理定位和混合型熱光伏太陽(yáng)能收集系統(tǒng)110的位置以及時(shí)鐘或時(shí)鐘信息接收器(例如全球定位衛(wèi)星信號(hào)或中央廣播時(shí)鐘信號(hào))以及計(jì)算機(jī)程序。所述程序采用本領(lǐng)域已知算法，來(lái)確定給定時(shí)間和日期的太陽(yáng)視覺(jué)位置?；诎惭b數(shù)據(jù)和時(shí)間信息的組合，數(shù)字控制器22控制步進(jìn)式發(fā)動(dòng)機(jī)23和升高調(diào)整腿5。
[0098]圖4還示出設(shè)備110的尺寸方面的可擴(kuò)展性。熱交換器13的導(dǎo)管進(jìn)入并退出管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口 112的同一端，以便通過(guò)減少實(shí)地使用的管道數(shù)量而便于安裝。而且，為了提供收集器管區(qū)域的簡(jiǎn)易增加(或擴(kuò)展)，混合型熱光伏混合太陽(yáng)能系統(tǒng)110能夠在管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口 112的端部設(shè)有用于電力總線20的結(jié)合器，用于熱量輸出17的結(jié)合器，用于驅(qū)動(dòng)器19的結(jié)合器，以及用于復(fù)位桿34的結(jié)合器。通過(guò)這些結(jié)合器，包括具有相似或不同性能的附加的管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口 112單元的模塊化擴(kuò)展能夠被附接，以擴(kuò)展收集區(qū)域。
[0099]除圖4之外，圖5以截面圖示出了太陽(yáng)追蹤東西向驅(qū)動(dòng)器112和熱交換器13的機(jī)械邏輯和次序(未示出比例和結(jié)構(gòu)特性)，以示出收集器管I的轉(zhuǎn)動(dòng)方法以及太陽(yáng)能裝置I的端部處的熱冷凝器16與包圍熱冷凝器16的熱交換器13之間的結(jié)合，通過(guò)循環(huán)制冷劑120 (例如水、水和乙二醇混合物、或其它適當(dāng)流體)，抽取收集器管I收集的熱量，使其能夠使用。熱導(dǎo)管45中的熱能傳輸至熱冷凝器16，并且經(jīng)由相變釋放其能量至制冷劑120。在已經(jīng)傳導(dǎo)其熱量至熱交換器13中的制冷劑120后，熱導(dǎo)管45中的熱導(dǎo)管工作介質(zhì)47由凝結(jié)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài)，并且向下落入(或由本領(lǐng)域已知的那些熟悉的熱導(dǎo)管的適當(dāng)?shù)膬?nèi)部特征帶走)至裝置I的太陽(yáng)200照射部分，以重新加熱并且重新蒸發(fā)；只要入射在太陽(yáng)能裝置I上的太陽(yáng)光能量足夠，就重新進(jìn)行所述循環(huán)。
[0100]在該實(shí)施例中，用于聯(lián)結(jié)多個(gè)收集器管I的電力產(chǎn)品的電力總線35處于管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口 112中，以共享其外殼的保護(hù)并且便于快速安裝。每個(gè)太陽(yáng)能裝置I具有一個(gè)或多個(gè)用于光伏電池38的電力串聯(lián)線72，并且其端子能夠根據(jù)被確定為針對(duì)安裝位置以及針對(duì)為安裝所選的逆變器79來(lái)說(shuō)最優(yōu)的電路平面圖而聯(lián)結(jié)至管驅(qū)動(dòng)及熱交換器接口112中的一個(gè)或多個(gè)電力總線35。在管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口 112中的是用于低瓦特?cái)?shù)逆變器79的安裝點(diǎn)(還稱作“小型逆變器”或“微型逆變器”)。通過(guò)選擇性地聯(lián)結(jié)或切斷總線以采用多元化的組合聯(lián)結(jié)光伏電池38的收集器管I的電路，總線35是能夠現(xiàn)場(chǎng)配置的，從而考慮了安裝的預(yù)期峰值功率生產(chǎn)以及逆變器79的可用類型和尺寸。
[0101]熱交換器外殼36利用管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口 112與周圍環(huán)境熱隔離，以減少熱量損耗并且通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)2電力接地。利用支撐結(jié)構(gòu)2接地的還有管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口。
[0102]太陽(yáng)能裝置I的運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)準(zhǔn)確度由軟件保持，所述軟件從由位置讀取器30讀取的位置探測(cè)標(biāo)記29獲得位置信息。針對(duì)圖4的運(yùn)動(dòng)管理已經(jīng)在前面描述。在混合型熱光伏太陽(yáng)能收集系統(tǒng)110的該實(shí)施例中，用于光伏電池裝配件的電路的電力總線35處于管驅(qū)動(dòng)和熱交換器接口 112中，以共享外殼的保護(hù)，并便于快速安裝。替代實(shí)施例可以將電力總線35容納在設(shè)備中的其它位置。收集器管I的最后排8出現(xiàn)重影，以區(qū)分兩排。
[0103]在圖6和圖7中，收集器管I的示例性實(shí)施例以截面形式示出，并示出一個(gè)卡塞格倫子單元11和鄰接的卡塞格倫子單元11的斷片，以呈現(xiàn)收集器管I內(nèi)件的重復(fù)特征。這里，為了清楚起見(jiàn)，交錯(cuò)的光學(xué)元件以兩個(gè)視圖的方式示出。這些表面提供的光路徑在圖8和圖9中示出。在收集器管I的長(zhǎng)度上，具有由涂覆有廣譜反射涂層40的反射器37以及帶通反射過(guò)濾器41組成的卡塞格倫子單元11，帶通反射過(guò)濾器41構(gòu)成為反射與應(yīng)用選取的多種光伏電池38最匹配的波長(zhǎng)的光。用于日光照明的UV過(guò)濾器81示出裝配在用于過(guò)濾后的光的出口 74中，代替光伏電池38，并且PV線束72可以繞過(guò)任意UV過(guò)濾器。
[0104]對(duì)于每個(gè)收集器管I中的所有卡塞格倫子單元11共用的是熱導(dǎo)管45，熱導(dǎo)管45沿收集器管I的長(zhǎng)度延伸。該熱導(dǎo)管45經(jīng)由熱傳導(dǎo)接合方法(例如焊接或壓配)附接至薄傳導(dǎo)金屬(例如鋁或銅)的散射鰭46，該散射鰭46涂覆廣譜選擇性涂層76。熱導(dǎo)管45和散射鰭46和光溢出捕獲蓋51連同熱冷凝器16和支撐銷63 —起形成收集器管I中的熱環(huán)21(在圖14中分離出來(lái))。
[0105]該熱環(huán)21的對(duì)流和傳導(dǎo)損耗受到抽空環(huán)境42以及其(作為一個(gè)組件)與收集器管I的其余部分之間的有限的物理接觸的抑制。傳導(dǎo)限于支撐銷63、收集器驅(qū)動(dòng)輪轂28的與熱導(dǎo)管45的接觸點(diǎn)，以及主要限于熱冷凝器16。熱冷凝器在圖5中示出具有包圍的熱交換器13，熱交換器13用于將高溫?zé)崮艹槿〔⒁瞥鲇糜诓僮骰虼鎯?chǔ)。
[0106]如圖5中所示，收集器管I的最頂端部分還示出來(lái)自太陽(yáng)能收集裝置I的光伏電池38的PV線束72的DC引線端頭。收集器管I聯(lián)結(jié)在頭部中的至少兩個(gè)單獨(dú)的電力總線35中。管部的最前和最后平面可以連接至用于單獨(dú)逆變器的單獨(dú)的總線，因?yàn)樗鼈兊恼趽醴桨冈谝惶炱陂g是不同的。其它的、額外的構(gòu)造和電路也是可行且需要的。這些多樣的電路設(shè)計(jì)能夠通過(guò)剪短和/或消減示例性實(shí)施例的頭部中的電力總線簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。
[0107]整個(gè)混合太陽(yáng)能收集器110，由于其用以合適地產(chǎn)生電壓的需要，還能夠利用任意設(shè)備將其自己關(guān)閉(或被關(guān)閉)，所述任意設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)收集器裝置1，使得主要反射器37面向地面。這就提供了對(duì)電力格珊的安裝者和維護(hù)者或需要控制陣列生產(chǎn)的任何人的“關(guān)閉”或“安全”模式。防火團(tuán)隊(duì)同樣需要安全地切斷系統(tǒng)的能源。當(dāng)電力格珊失效時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)管陣列的電池或電容器甚至彈簧驅(qū)動(dòng)的“關(guān)閉”是一件簡(jiǎn)單的事情并且省去了昂貴的DC滅弧開(kāi)關(guān)。
[0108]圖10示出卡塞格倫子單元11的示例性替代實(shí)施例，具有熱導(dǎo)管45的對(duì)稱布置以及用于反射器37的不同高度。在這些示例性的實(shí)施例中，熱導(dǎo)管45和散射鰭46通過(guò)橫向的熱管道58熱連接，橫向的熱管道可以是熱導(dǎo)管45的分支或其它一些適合的熱傳導(dǎo)連接件。這轉(zhuǎn)變了用于卡塞格倫子單元11的光能分布比例，有利于在反射器37上以及在帶通反射過(guò)濾器41上(路徑202和208)入射的直射正常光9的通過(guò)率增加帶來(lái)的電力和/或照明服務(wù)，由于熱導(dǎo)管45要么放置在包封管39的更加陡峭傾斜區(qū)域(反射損耗更大，例如圖8中的路徑207)之下，要么在另一替代方式中整體放置在反射器37后面。在這兩種情況中，所述布置更完全地暴露(即減少在其上的遮擋)了反射器37的中心線(享有來(lái)自包封管39的最少透鏡效應(yīng)以及最低反射損耗)。這是以制造復(fù)雜度為代價(jià)的。這些替代實(shí)施示例的其余部件在圖6和圖7中示出。
[0109]圖11示出瓶預(yù)型件59的多個(gè)截面，所述瓶預(yù)型件適于使用高速玻璃瓶生產(chǎn)設(shè)備大量制造。凹進(jìn)壓痕或瓶預(yù)型件輪廓60是反射器37切割的起始點(diǎn)。在所公開(kāi)的示例性實(shí)施例中，反射器37處于壺和一些酒瓶生產(chǎn)線的尺寸容量范圍內(nèi)。在一種生產(chǎn)方法中，通過(guò)首先刪除尺寸過(guò)大的圓形粗切削62，表面的精度能夠被繪制使得最理想的反射器裁切線63能夠預(yù)設(shè)并切割(即預(yù)設(shè)省略表面的最差成型的部分)。替代地，在對(duì)瓶預(yù)型件59進(jìn)行任意切割之前可以進(jìn)行評(píng)估。這種地形繪制和評(píng)估(包括質(zhì)量控制檢查)能夠在反射涂層40實(shí)施之前或之后進(jìn)行，因?yàn)楸砻鎴D形(或拓?fù)?由應(yīng)用反射涂層40的標(biāo)準(zhǔn)方法改變的程度最小。
[0110]在圖12中，反射器裁切線61示出為在多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向點(diǎn)中的兩處并以兩個(gè)不同的尺寸從瓶預(yù)型件59伸出，從而說(shuō)明對(duì)于粗切削62可以從相同的起始瓶預(yù)型件59切割出多個(gè)尺寸。圖13是瓶預(yù)型件59的中間截面圖。在圖12和圖13中，凹進(jìn)輪廓是相同的，轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱的形狀，但是不需要在任意特定軸線上都對(duì)稱，并且能夠分割成拋物面或任意其它適于反射器37的形狀，并且符合高速瓶制造設(shè)備的要求。
[0111]圖14示出示例性的熱環(huán)21，為清楚起見(jiàn)，所述熱環(huán)21作為組件與收集器管I分隔開(kāi)。示例性熱環(huán)21可以包括熱導(dǎo)管45、散射鰭46、熱冷凝器16、支撐銷63以及收集器管驅(qū)動(dòng)輪轂28和吸氣器75。通過(guò)支撐銷63并通過(guò)盡可能少地使用熱傳導(dǎo)特征件73密封，該裝配件被保持為遠(yuǎn)離與包封管39的接觸(這里未示出)，結(jié)合至收集管驅(qū)動(dòng)輪轂28。吸氣器75維持真空。吸氣器是本領(lǐng)域已知的，隨著雜散氣體和蒸汽在收集器管I密封后以及在其使用期限內(nèi)從收集器管I內(nèi)部的材料緩慢釋放，吸氣器清除這些雜散氣體和蒸汽。這些吸氣器75附接至散射鰭46。
[0112]圖15和圖16示出光伏電池裝配件12的實(shí)施例，所述光伏電池裝配件12包括熱沉43，熱沉43將光伏電池38的位置(或用于日間照明的UV過(guò)濾器81)固定在卡塞格倫子單元11 (這里未示出)的用于過(guò)濾后的光的出口 74中，熱沉43貼附在卡塞格倫子單元下方。該熱沉43包括由膨脹間隙64限定邊界的部分，所述膨脹間隙由密封墊圈65進(jìn)行防水布置。為了組裝時(shí)的單獨(dú)優(yōu)化，每個(gè)光伏電池38在光伏電池裝配件12中的位置是可調(diào)就位的。一旦優(yōu)化，方向由熱傳導(dǎo)材料填充的粘結(jié)劑70或類似物固定。
[0113]整個(gè)混合型熱能光伏太陽(yáng)能收集系統(tǒng)在每日工作周期加溫和冷卻。為了保持卡塞格倫子單元11和其服務(wù)的光伏電池38之間的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，并且為了將擴(kuò)展和收縮的影響降至最低，每個(gè)光伏電池裝配件12在熱沉結(jié)合柱71 (與用于過(guò)濾后的光的出口 74成一線設(shè)置)處結(jié)合到收集管I。由部件43和39的膨脹系數(shù)的差值產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力由此集中在膨脹縫64及其密封墊圈65，并且由膨脹縫64及其密封墊圈65的柔性吸收。
[0114]圖17示出太陽(yáng)能裝置I的裝配邏輯。目標(biāo)是收集器管I具有相似效率的卡塞格倫子單元11和光伏電池裝配件12，以最小化串聯(lián)電路電力損耗(由于電壓失配)并產(chǎn)生由輸出匹配的太陽(yáng)能裝置(收集器管)I的組。失配光伏電池38的電流減小至在該串聯(lián)中的最低效率的卡塞格倫子單元11和光伏電池38對(duì)的電流。根據(jù)在用于過(guò)濾后的光的出口 74處測(cè)得的通過(guò)量，該目標(biāo)通過(guò)對(duì)卡塞格倫子單元11進(jìn)行箱排序而實(shí)現(xiàn)，每個(gè)包封管39能夠填充有具有相似通過(guò)量的卡塞格倫子單元11。產(chǎn)生的具有卡塞格倫子單元11的抽空管隨后能夠具有特征并緊密配合適當(dāng)?shù)墓夥姵匮b配件12的組，并且隨后根據(jù)圖15和圖16描述的機(jī)械方案結(jié)合到一起，并變成一個(gè)在此所述類型的收集器管I。
[0115]制造方法:
[0116]下文描述的以及圖17中的流程圖是用于構(gòu)造反射器37并將它們組裝成插入包封管39中的組的示例性方法128，還是用于組裝并調(diào)試卡塞格倫子單元11的方法。該說(shuō)明是為了解釋的目的而非限制本發(fā)明的范圍。
[0117]步驟129是玻璃管的生產(chǎn)。步驟130:除了制作最大和最小壁厚以及內(nèi)直徑和外直徑(正如在玻璃管生產(chǎn)中常規(guī)的)，針對(duì)每個(gè)管部也采用了 “竣工”測(cè)量并將追蹤發(fā)送至生產(chǎn)過(guò)程管理器136。
[0118]步驟134是瓶預(yù)型件59的生產(chǎn)。為說(shuō)明目的，圖11示出用于將反射器37預(yù)成型為瓶子的大體設(shè)置的立體圖，圖12為圖11的中間截面視圖，并且圖13為圖11的橫向截面視圖。使得在瓶預(yù)型件59的側(cè)面的凹進(jìn)壓痕足夠大，以提供鏡子尺寸的完整范圍，每個(gè)鏡子能夠針對(duì)每個(gè)管定制切割。使用常規(guī)的瓶制造設(shè)備，反射器(或“主鏡”)37用便宜的玻璃以高速度和低成本形成。正如常規(guī)的瓶生產(chǎn)技術(shù)，預(yù)成型瓶是吹制或膨脹成型的。膨脹的玻璃塊遵循瓶機(jī)器的形成表面形成瓶子的“外部形狀”。瓶子形成器以及玻璃塊在它們內(nèi)部膨脹是既定的高度自動(dòng)化工藝。施加球面或拋物面的向內(nèi)的壓制，允許再利用或交叉利用常規(guī)的瓶制造工具用于以高速度和低成本提供主鏡。
[0119]步驟135:測(cè)量完成的瓶預(yù)型件59的表面精確度并將其發(fā)送至步驟136，來(lái)確定用于以總體最佳表面精確度來(lái)切割反射器的方向。完成的瓶預(yù)型件59可以由計(jì)算機(jī)控制的噴水式切割器處理，或者適當(dāng)替代地在步驟137中依據(jù)由生產(chǎn)過(guò)程管理系統(tǒng)步驟136構(gòu)成的方案進(jìn)行切割。反射器37在仍然附接至瓶“枉體”的同時(shí)或者在之后進(jìn)行涂覆。瓶材料的其余部分(服務(wù)于其支架用途)作為玻璃屑返回至步驟134進(jìn)行處理(壓碎的玻璃用于再利用)。
[0120]反射器37 (或“主鏡”)還可經(jīng)由步驟137中的銀、滲鋁或二向色涂層而具有鏡面拋光。如上文所述，在多數(shù)示例中，由于真空將保護(hù)它們免于銹蝕及其它剝蝕，所以能夠省去保護(hù)層的花費(fèi)。反射器37再次被測(cè)量，而針對(duì)次級(jí)帶通反射過(guò)濾器41形狀的規(guī)定在步驟132被闡釋。
[0121]步驟132 (帶通過(guò)濾器41生產(chǎn)的起點(diǎn))，碾磨或從準(zhǔn)備的示例中選擇候選過(guò)濾器基質(zhì)，并按需在步驟133將其涂覆帶通反射涂層48。在步驟138，反射器轉(zhuǎn)配有用于次級(jí)件41的托架44。由于該設(shè)計(jì)采用了很多第一表面(反射器)，因此它不排除在反射器、托架或過(guò)濾器的形成中對(duì)塑料、陶瓷或金屬的使用。它們僅需承受/配合真空環(huán)境和通量水平。
[0122]步驟139將反射器和其過(guò)濾器41合并(基于從步驟132獲得的針對(duì)反射器37的規(guī)定的信息)。過(guò)濾器41連續(xù)地在步驟140被重新定位，在步驟145進(jìn)行針對(duì)用于過(guò)濾后的光的出口的通過(guò)量的檢測(cè)，然后回到步驟140，重復(fù)該過(guò)程直至預(yù)定數(shù)量的位置已經(jīng)被嘗試過(guò)了(依據(jù)155)。在步驟141中具有最高通過(guò)量的位置由步驟140返回，隨后反射器和次級(jí)對(duì)被發(fā)送至步驟144用于固定。
[0123]步驟143將現(xiàn)在匹配的并且評(píng)分的卡塞格倫子單元11箱排序在相似得分的組中。當(dāng)達(dá)到足夠填充包封管39的量時(shí)，它們?cè)诓襟E142對(duì)齊。同時(shí)，熱環(huán)21在步驟146已經(jīng)準(zhǔn)備好(以已知的方式抽空管部收集器，但具有公開(kāi)的實(shí)施例的散射鰭46和熱導(dǎo)管45形狀和不對(duì)稱性)。
[0124]在步驟143和142聚集并對(duì)齊的卡塞格倫子單元11的組利用步驟146的熱環(huán)21合并，粘接劑73應(yīng)用到每個(gè)卡塞格倫子單元11，并且在步驟141滑入卡塞格倫子單元11定制切割所針對(duì)的尺寸的包封管39中。11上的粘接劑結(jié)合至包封管39的內(nèi)部。收集管驅(qū)動(dòng)輪轂28貼附至包封管39的開(kāi)口，并且在步驟148抽出真空并密封。
[0125]在別處，在步驟149，熱沉43被擠壓、磨銑，用于結(jié)合支柱71和膨脹間隙64并定長(zhǎng)剪切。因此準(zhǔn)備好的熱沉進(jìn)入步驟150用于安裝光伏電池38和線束72以及可選地安裝UV過(guò)濾器，用于日光照明81和熱傳導(dǎo)粘接。
[0126]接下來(lái)在步驟151，整裝好的熱沉43 (現(xiàn)在是光伏電池裝配件12)施加膠合劑和密封墊圈65材料，并被傳送至步驟152。步驟152聯(lián)結(jié)步驟148的產(chǎn)品并將光伏電池38與選定管部的陣列式卡塞格倫子單元的過(guò)濾后的光的出口 74對(duì)齊。步驟153為QC檢測(cè)和評(píng)定。步驟154中，QC檢測(cè)和評(píng)定數(shù)據(jù)用于按分?jǐn)?shù)對(duì)完成的收集器裝置I入箱，并且包裝用于運(yùn)輸。步驟155闡明參數(shù)，基于所需生產(chǎn)速度，利用所述參數(shù)在步驟140和145之間運(yùn)行周期。步驟項(xiàng)156示出代表材料流的連續(xù)箭頭。步驟項(xiàng)157示出代表信息流的虛線。
[0127]步驟132存在明顯的靈活性要素。主鏡或反射器或者分批地或者單獨(dú)地檢測(cè)它們的聚焦性能和細(xì)節(jié)，并且次級(jí)元件(帶通反射過(guò)濾器41)可以被單獨(dú)地選定或研磨以匹配。該過(guò)程可以比作制造人們眼鏡片的過(guò)程。主要部件為人類的眼睛，次級(jí)部件為眼鏡的鏡片。一個(gè)能夠從現(xiàn)有庫(kù)存中拉玻璃(如眼鏡項(xiàng)目的慈善再使用)或者一個(gè)能夠磨削一個(gè)定制(如驗(yàn)光師為原始患者制作的)?；诳墒褂玫馁Y源，兩種方法均可用。在兩種情況下，一個(gè)將眼睛(或反射器)作為給定值，并且致力于圍繞其進(jìn)行優(yōu)化(因?yàn)檫@樣更有價(jià)值/成本更高)。
[0128]更加節(jié)約成本的策略可用于該生產(chǎn)方法。成對(duì)的主要過(guò)濾器37和次級(jí)過(guò)濾器41并不記分(即使最低可接受太陽(yáng)能生產(chǎn))，在此時(shí)被便宜地導(dǎo)入側(cè)線以報(bào)廢，或者作為非光伏混合物，例如熱屏蔽/熱收獲天窗(大體上容許精確度較低的光學(xué)性能)。或者變成打折扣的“僅熱量”管的一部分，以美觀上匹配混合陣列中的其它裝置。每對(duì)代表生產(chǎn)成本的一小部分，因此在結(jié)合較大組件之前能夠作為失效元件被經(jīng)濟(jì)地回收利用或重新導(dǎo)向(作為上述“僅熱量”裝置)。[0129]貫穿本說(shuō)明書的涉及“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指結(jié)合該實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”在貫穿本說(shuō)明書的多個(gè)位置出現(xiàn)并不一定都指相同的實(shí)施例。而且，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員從說(shuō)明書中所了解的，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任意適當(dāng)方式組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。
[0130]同樣可以理解，在對(duì)示例性實(shí)施例的上述說(shuō)明中，多個(gè)特征有時(shí)在單個(gè)實(shí)施例、單幅圖或其說(shuō)明中組合在一起，用以簡(jiǎn)化該說(shuō)明書并且有助于理解多個(gè)發(fā)明點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。但是，這里公開(kāi)的方法并不應(yīng)解釋為反映這樣的意圖，即，要求保護(hù)的實(shí)施例需要比每個(gè)權(quán)利要求中明確引用的特征更多的特征。而是正如所附權(quán)利要求反映的，創(chuàng)造性的方面可以體現(xiàn)在比上述公開(kāi)的單個(gè)實(shí)施例的所有特征要少的方面。
[0131 ] 應(yīng)該理解，前述構(gòu)造和特定部件中的任一個(gè)或者可以與前述實(shí)施例中的裝置或系統(tǒng)中的任一個(gè)替換使用。盡管闡釋的實(shí)施例在上文中進(jìn)行了描述，然而對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯的是，在不背離本發(fā)明的范圍的基礎(chǔ)上可以做出多種變化和調(diào)整。所附權(quán)利要求意欲覆蓋落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有這些改變和調(diào)整。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能裝置，包括: 至少一個(gè)包封管，所述至少一個(gè)包封管具有由透射材料制成的外表面和抽空的內(nèi)部環(huán)境; 至少一個(gè)熱導(dǎo)管，所述至少一個(gè)熱導(dǎo)管在所述至少一個(gè)包封管內(nèi)縱向地延伸； 至少一個(gè)反射器設(shè)備，所述至少一個(gè)反射器設(shè)備固定地附接至所述包封管的內(nèi)表面；至少一個(gè)反射過(guò)濾器，所述至少一個(gè)反射過(guò)濾器定位成使得射到所述反射器設(shè)備上的光被導(dǎo)向至所述反射過(guò)濾器；以及 至少一個(gè)光伏設(shè)備，所述至少一個(gè)光伏設(shè)備定位成使得由所述反射過(guò)濾器過(guò)濾的光的至少第一部分被導(dǎo)向至所述光伏設(shè)備； 其中光的第二部分被轉(zhuǎn)換為所述熱導(dǎo)管能夠感知的熱并被傳導(dǎo)通過(guò)所述熱導(dǎo)管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能裝置，其中所述光伏設(shè)備和所述反射過(guò)濾器定位成使得所述光伏設(shè)備被所述反射過(guò)濾器遮擋直射光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能裝置，進(jìn)一步包括冷凝器，所述冷凝器流體地連接至所述熱導(dǎo)管，其中所述能夠感知的熱通過(guò)所述熱導(dǎo)管傳導(dǎo)至所述冷凝器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)散射鰭，所述散射鰭固定地附接到至少一個(gè)熱導(dǎo)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能裝置，進(jìn)一步包括反射涂層，所述反射涂層位于所述至少一個(gè)反射器設(shè)備上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能裝置，其中進(jìn)入所述包封管的光分裂為多個(gè)路徑，所述光包括直射正常光和非直射光； 其中所述直射正常光和非直射光被以不同比率集中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能裝置，其中光的所述第一部分包括直射正常光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能裝置，其中光的所述第二部分包括入射在所述熱導(dǎo)管上的直射正常光和非直射光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能裝置，進(jìn)一步包括光的第三部分，所述光的第三部分包括由所述反射器設(shè)備反射至散射鰭的非直射光和直射光，使得所述非直射光被所述熱導(dǎo)管吸收，或者從所述包封管離開(kāi)。
10.一種混合太陽(yáng)能系統(tǒng)，包括: 多個(gè)太陽(yáng)能裝置，每個(gè)裝置具有: 包封管，其包括由透射材料制成的外表面和抽空的內(nèi)部環(huán)境； 至少一個(gè)熱導(dǎo)管，其在所述至少一個(gè)包封管內(nèi)縱向地延伸； 至少一個(gè)反射器設(shè)備，其固定地附接至所述包封管的內(nèi)表面； 至少一個(gè)反射過(guò)濾器，其定位為使得由所述反射器設(shè)備反射的光被導(dǎo)向至所述反射過(guò)濾器；以及 至少一個(gè)光伏設(shè)備，其定位為使得經(jīng)由所述反射過(guò)濾器過(guò)濾的光的至少第一部分被導(dǎo)向至所述光伏設(shè)備； 其中光的第二部分被轉(zhuǎn)換為能夠感知的熱并且被傳導(dǎo)通過(guò)所述熱導(dǎo)管；以及 支撐組件，所述支撐組件保持所述多個(gè)太陽(yáng)能裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接至所述支撐組件的熱交換器外殼。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接至所述支撐組件的追蹤設(shè)備。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中所述追蹤設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)輪轂，所述驅(qū)動(dòng)輪轂操作性地連接至所述支撐組件，以轉(zhuǎn)動(dòng)所述多個(gè)太陽(yáng)能裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽(yáng)能系統(tǒng)，其中所述支撐組件以至少兩個(gè)大致平行的排的形式保持所述多個(gè)太陽(yáng)能裝置，使得保持在第二排的裝置大致?lián)踝〉谝慌诺难b置之間的間隙，并攔截來(lái)自第一排的裝置的表面反射。
15.一種產(chǎn)生太陽(yáng)熱能和太陽(yáng)光伏能的方法，包括: 提供至少一個(gè)包封管，所述至少一個(gè)包封管具有由透射材料制成的外表面和抽空的內(nèi)部環(huán)境； 將至少一個(gè)反射器設(shè)備固定地附接至所述包封管的內(nèi)表面； 配置至少一個(gè)反射過(guò)濾器，使得由所述反射器設(shè)備反射的光被導(dǎo)向至所述反射過(guò)濾器；以及 配置至少一個(gè)光伏設(shè)備，使得通過(guò)所述反射過(guò)濾器過(guò)濾的光的至少第一部分被導(dǎo)向至所述光伏設(shè)備； 配置至少一個(gè)熱導(dǎo)管，使得所述熱導(dǎo)管在所述至少一個(gè)包封管內(nèi)縱向地延伸，并且使得光的第二部分被轉(zhuǎn)換為能夠感知的熱并且被傳導(dǎo)通過(guò)所述熱導(dǎo)管。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括將至少一個(gè)散射鰭固定地附接至所述至少一個(gè)熱導(dǎo)管。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括將進(jìn)入所述包封管的光導(dǎo)向使得所述光分裂成多個(gè)路徑，所述光包括直射正常光和非直射光，并且以不同的比率集中所述直射正常光和非直射光。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中光的所述第一部分包括直射正常光。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中光的所述第二部分包括入射在所述熱導(dǎo)管上的直射正常光和非直射光。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括光的第三部分，光的所述第三部分包括由所述反射器設(shè)備反射至散射鰭的非直射光，使得所述非直射光進(jìn)入所述熱導(dǎo)管或從所述包封管離開(kāi)。
21.一種太陽(yáng)能裝置，包括: 至少一個(gè)包封管，其具有由透射材料制成的外表面和抽空的內(nèi)部環(huán)境； 至少一個(gè)熱導(dǎo)管，其在所述至少一個(gè)包封管內(nèi)縱向地延伸； 至少一個(gè)反射器設(shè)備，其固定地附接至所述包封管的內(nèi)表面； 至少一個(gè)反射過(guò)濾器，其定位為使得由所述反射器設(shè)備反射的光被導(dǎo)向至所述反射過(guò)濾器；以及 至少一個(gè)在所述包封管內(nèi)的位置，光伏設(shè)備或UV過(guò)濾器能夠定位于此，使得通過(guò)所述反射過(guò)濾器過(guò)濾的光的至少第一部分被導(dǎo)向至所述光伏設(shè)備或被導(dǎo)向通過(guò)UV過(guò)濾器； 其中光的第二部分被轉(zhuǎn)換為能夠感知的熱并且被傳導(dǎo)通過(guò)所述熱導(dǎo)管。
22.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述支撐組件保持太陽(yáng)能裝置的前排和后排，使得一大部分光被阻止穿過(guò)； 其中，所述一大部分光的第一部分通過(guò)光電轉(zhuǎn)換被用于照明或電力生產(chǎn)，所述一大部分光的第二部分被轉(zhuǎn)換為能夠感知的熱并被傳導(dǎo)通過(guò)所述熱導(dǎo)管，并且所述一大部分光的第三部分包括由所述反射器設(shè)備反射至散射鰭的非直射光和直射光，使得所述非直射光由熱導(dǎo)管吸收或從所述包封管離開(kāi)。
【文檔編號(hào)】H02S40/22GK103620950SQ201280032583
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月2日
【發(fā)明者】保羅·艾倫·博斯特威克 申請(qǐng)人:保羅·艾倫·博斯特威克