混合型成组定日镜的制作方法

文档序号:18456296发布日期:2019-08-17 01:37阅读:181来源:国知局
本申请要求在提交于2015年1月28日的题为“electromagneticconcentratorwithhybridheliostats(具有混合型定日镜的电磁聚集器)”的临时申请no.62/108,735、提交于2015年4月27日的题为“electromagneticconcentratorwithhybridheliostatsandwithoutflexiblemembertensionadjustment(具有混合型定日镜且不带柔性构件张力调节的电磁聚集器)”的临时申请no.62/179,020、以及提交于2015年6月22日的题为“cspgangedheliostattechnologies(csp成组定日镜技术)”的临时申请no.62/230,964中公开的发明的优先权。本发明要求美国临时申请的35usc§119(e)下的权益,并将上述申请以引用方式并入本文。本申请涉及提交于2011年2月22日的us8,609,979和提交于2013年12月12日的申请14/104,666。关于联邦资助的研究或开发的声明不适用对序列表、表格或在光盘上提交的计算机程序列表附录的参考不适用本发明的性质涉及电磁辐射的跟踪设备,特别是其中可以聚集、重新定向或利用太阳辐射的系统,如在系统中诸如但不限于聚集太阳能发电、光伏发电或聚集光伏发电。
背景技术
::本发明一般涉及设计成利用电磁辐射的光学/机械系统。具体来说,系统聚集、重新定向或利用太阳辐射以用于有用的目的。存在许多旨在降低太阳能发电系统的成本和复杂性的专利。因此,本发明的一个目的是提供一种便于经济构建的太阳能发电系统或其部分。本发明的另一个目的是提供具有大的收集面积的太阳能发电系统。本发明的又一个目的是聚集落在成组定日镜反射器上的倾斜入射的太阳辐射。本发明的另一个目的是排列多个太阳能面板,使得面板的法向轴线平行于落在太阳能面板上的太阳辐射。本发明的又一个目的是证明在不平的地形中或不平的地形上的经济部署。现有技术描述专利号和申请号:us8,609,979,clair等人,2011年2月22日;14/104,666,clair等人,2013年12月12日;table-us-0000120100195227green,stevenrussell20080168981cummings等人;7,192,146,gross等人,2007年3月;6,541,694,winston等人,2003年4月;5,755,217,stirbl等人,1998年5月;5,540,216,rasmusson等人,1996年7月;4,634,276,sharpe等人,1987年1月;4,608,964,russo等人,1986年9月;4,552,438,murphy等人,1985年11月;4,466,423,dolan等人,1984年8月;4,214,163,namae等人,1980年7月;4,173,397,simpson等人,1979年11月;4,162,825,dowty等人,1979年7月;3,574,447,ruble等人,1971年4月。相关文献rwhosken,appliedoptics,第46卷,第16期,2007年6月,第3107页,circleofleastconfusionbennettandrabbett,clinicalvisualoptics,第81页,elsevierhealthscience,1998m.born,e.wolf,principlesofoptics,pergamon,6.sup.thed.1980g.s.monk,light,principlesandexperiments,ny.dover,2.sup.nded.附录iii第424页,1963g.a.rottigni,concentrationofthesun'sraysusingcatenarycurves,appliedoptics第17卷,第6期,1978年3月a.p.smirnov,journalofopticsandspectroscopy,第101卷,第3期,2006年9月。技术实现要素:在一个实施例中,提供了一种方法,所述方法用于随着移动的太阳辐射源在一天中的移动将来自移动的太阳辐射源的太阳辐射聚集到单独布置的接收器上。该方法包括提供具有一对相对边缘的可变形反射表面,并用一对柔性构件支撑可变形反射表面的相对边缘。该方法还包括在可变形反射表面上施加曲率以将来自移动的太阳辐射源的光线反射到接收器,并且聚焦反射的光线以减少由可变形表面上的太阳辐射的入射引起的散光。该方法还包括随着移动的太阳辐射源在一天中的移动改变可变形反射表面的曲率。改变步骤取自以下步骤:(a)以不同的旋转取向定向可变形反射表面的相对边缘,(b)以不同的张力单独地张紧支撑可变形表面的相对边缘的柔性构件,以及(c)以不同的旋转取向定向可变形反射表面的相对边缘并且以不同的张力单独地张紧支撑可变形表面的相对边缘的柔性构件。在另一个实施例中,随着太阳辐射源在一天中的移动利用太阳辐射的方法包括:提供具有一对相对边缘的可变形表面,以及用一对柔性构件支撑可变形表面的相对边缘。该方法还包括在可变形表面上施加曲率以使入射光线与可变形表面的法向轴线重合。该方法还包括随着太阳辐射源在一天中的移动改变可变形表面的曲率,使得曲率对应于太阳辐射源的位置。成形步骤取自以下步骤:(a)以不同的旋转取向定向可变形表面的相对边缘,(b)以不同的张力单独地张紧支撑可变形表面的相对边缘的柔性构件,以及(c)以不同的旋转取向定向可变形表面的相对边缘并且以不同的张力单独地张紧支撑可变形表面的相对边缘的柔性构件,这些取向和张力在一天中变化以对应于太阳辐射源。在又一个实施例中,用于利用太阳辐射的系统包括具有一对相对边缘的可变形表面和支撑可变形表面的相对边缘的一对柔性构件,每个柔性构件具有第一端部和第二端部。系统还包括第一集线器,所述第一集线器具有连接到所述一对柔性构件的第一端部的第一张紧机构,该第一集线器可围绕基本上平行于所述一对柔性构件的轴线旋转。系统还包括第二集线器,所述第二集线器具有连接到所述一对柔性构件的第二端部的第二张紧机构,该第一集线器可围绕基本上平行于所述一对柔性构件的轴线旋转。第一集线器和第二集线器被配置成通过围绕基本上平行于所述一对柔性构件的轴线旋转来改变可变形表面的曲率。第一张紧机构和第二张紧机构被配置成通过调节至少一个柔性构件的张力来改变可变形表面的曲率。附图说明以下是对本发明的示例性实施例的描述,其中:图1是成组定日镜支撑和调节机构的透视图;图2是与成组定日镜机构一起操作的混合式定日镜机构的透视图;图3是成组定日镜的正视图;图4是成组定日镜的平面图或俯视图。具体实施方式图1-图4示出了成组定日镜的一个实施例。多个组件一致地作用以成型反射表面,以便聚集倾斜入射的太阳辐射。在一个实施例中,成组定日镜可以成型反射表面,以便每日地将倾斜入射的太阳辐射聚集到固定的接收器,或者聚集到其相同的机构或部分,可以定向多个太阳能面板,使得在白天中每个面板的表面垂直于入射辐射。太阳能面板可以重新定向辐射以使其在别处被利用。反射表面可以是连续的柔性片,或是多个平坦的反射器。反射表面由诸如缆线的柔性构件支撑。构件将在位于构件的端点处或位于构件的端点附近的支撑件之间自由悬挂。由柔性构件生成的整个表面将是在反射面面向上方的情况下大体放置在水平方向上的旋转悬链或悬链面的一部分。一浅的悬链面近似于球体的表面。到达球状反射器的倾斜入射的辐射聚集在散光焦点处。柔性构件的变形改变反射表面的取向和形状。柔性构件的变形可以通过改变柔性构件张力来实现,其可以与柔性构件端点围绕大体水平、平行于柔性构件并与柔性构件成一直线的轴线的旋转结合。另外,反射表面的每个小平面可以围绕与小平面成一直线并且垂直于柔性构件的轴线旋转。对于聚光式太阳能电站的应用,变形使得反射的辐射聚集在选定的散光焦点区域的中心。基本上,变形在反射表面上施加了横跨的圆柱形弯曲或复曲面轮廓,从而校正散光像差。各反射器的旋转变化提高了系统精确度和聚集水平。反射表面将太阳辐射聚集在接收器处。接收器可以被固定和放置以接收聚集的辐射。当接收器在一天中跟踪反射的太阳辐射时,接收器可以跟踪使得其移动以始终处于聚焦区域。通过这些方式,可以实现成本效益和大型的成组定日镜。多个成组定日镜可以一致地聚集太阳辐射。多个成组定日镜可以端对端、并排、或端对端且并排地布置。使系统基础设施能共享并降低成本。端对端且并排布置的多个成组定日镜可以应用于聚光式太阳能电站(csp)塔式电站系统。主要并排布置的多个成组定日镜可共同聚集到线焦点,其可应用于csp槽式系统。对于光伏或聚光型光伏应用,成组定日镜的各个定日镜中的每一个定日镜可以由本发明定向,使得所有的各个定日镜表面同时彼此平行并且垂直于辐射源。由本发明实现的连续变形可以随着辐射源在一天中的移动而保持此取向。对于光伏(pv)应用,由于放宽了取向精确度的要求,在仍能实现完全跟踪双轴式系统的几乎所有的性能优势的同时可以使用更少的基础设施。上述取向的另一应用(其中每个定日镜表面同时彼此平行并且垂直于辐射源)具有呈反光和凹面形状的主定日镜表面。这些凹面反射器具有放置在每个凹面反射器的焦点区域附近的次级光学器件,诸如凸形反射器,其中凹面反射器和次级光学器件二者共享公共法向轴线。如上所述,此法向轴线可以与辐射源重合,成组定日镜的每个定日镜将产生平行的光束输出。该输出可以由每个定日镜一个的第三反射器控制,以将输出重新定向到接收器。接收器可以处于或接近地平面。尽管更加的复杂,但是此系统将具有消除对接收器塔的需要以及能够以窄的输入角进入接收器从而减少辐射损耗的优点。以上描述平的反射镜利用的应用不应被解读为是限制。反射器可以是平的,或者反射器可以是保持在反射器单元中的多个平的反射器,其设计成使平的反射器成角度以使得近似出相对较浅的凹面反射器。该倾斜的角度针对系统尺寸和到接收器的距离被优化,使得进一步提高聚集。参考图3,支撑柱1牢固地附接到地面或为了刚性被压载。支撑柱1载有集线器7和11。集线器7和11可以围绕旋转轴线8旋转。集线器7和11可以在内部或外部被致动。描绘了外部致动器9。集线器7载有缆线张紧机构6,这里被示出为两个线性致动器,其中虚线5示出了缆线张紧机构6的行进。缆线3或虚线缆线4的一端附接到缆线张紧机构6。缆线3描绘成比缆线4更为拉紧的缆线。缆线3或缆线4载有可变形表面。缆线3或缆线4的另一端附接到块2,所述块2附接到集线器11。示出地平面10作为参考。参考图4,支撑柱4牢固地附接到陆地或为了刚性被压载。支撑柱4载有集线器3和9。集线器3和9可以围绕平行于本发明的长轴并与集线器3和9的旋转轴线重合的旋转轴线旋转。集线器3和9可以在内部或外部被致动。描绘了一个外部致动器10。板5将缆线张紧机构2附接到集线器3。缆线张紧机构2,这里示出为两个线性致动器,其中虚线6示出了缆线张紧机构2的行进。缆线1和缆线7的近端附接到缆线张紧机构2。缆线1和缆线7的相对端附接到集线器9。缆线1和缆线7载有太阳能面板8,显示了其中的24个。每个太阳能面板8可以围绕与缆线1和缆线7垂直并与其成一直线的轴线旋转。在图2中详细描述了太阳能面板8的旋转。缆线张力、集线器旋转方向和太阳能面板旋转的独立变化或其部分组合对由太阳能面板限定的表面施加复曲面形状。适当的复曲面形状可以允许由太阳能面板反射的倾斜入射辐射以聚集在单独并固定的接收器处,或者定向所有太阳能面板使得每个面板的法向轴线与辐射源重合,以便增强光伏性能或重新定向辐射以使其用于别处。如本文所述的成组定日镜允许以减少的成本和基础设施利用太阳能能源。控制手段可以是开环或闭环的方法。控制可以是cpu逻辑电路以使性能最大化。参考图2,缆线1通过面板支撑杆2支撑多个太阳能面板3,图中示出其中一个太阳能面板。面板支撑杆2附接到缆线1,其中附接可以是固定的或允许有限的运动,例如,缆线穿过管,其中缆线直径小于管直径。太阳能面板3可以围绕旋转轴线5旋转。太阳能面板3的致动由致动器4完成。缆线1终止于缆线眼7并被型砧块6保持在适当位置。保持销8穿过缆线眼7和缆线张力机构10,并通过开口销9被保持在适当位置。参考图1,缆线1附接到缆线张紧机构2。虚线和双头箭头描述缆线张紧机构2的动作。缆线张紧机构2包括两个致动器,每一个致动器独立地改变缆线张力。缆线张紧机构2的致动器附接到板3,所述板3附接到集线器5。集线器5允许板3和缆线张紧机构2围绕旋转轴线4旋转。集线器5的非旋转端附接到柱6。因此,应当理解,本文中描述的本发明的实施例仅仅是本发明原理的应用的说明。本文中对所示的实施例的细节的参考不旨在限制权利要求的范围,所述权利要求本身限定被认为对发明关键的那些特征。本发明的范围不应被解释为限于太阳能应用。工业实用性本文描述的发明具有在太阳能热能电站、聚光式太阳能电站(csp)、太阳能光伏和聚光式光伏电站(cpv)上的应用。考虑到cpv或csp发电厂使用数以千计的单个定日镜,通过使用所述发明可以获得显著的成本节省。本发明消除了每个面板具有某些类型的支撑柱的需要。本发明消除了对于每个定日镜的双轴驱动的需要。对于光伏(pv)应用,与csp或cpv相反,由于pv的精确度要求更低,降低的成本可能更显著。消除本发明的某些元件自由度仍然可以提供具有可接受的准确性的成组定日镜,从而以进一步降低成本的结构来典型地完全跟踪pv应用。具有成本效益和可扩缩定日镜的本发明可能具有其他应用,诸如但不限于太阳能海水淡化和天文学。对于在说明书或权利要求书中使用术语“具有”的范围,其旨在如术语“包括”那样具有包容性,如同此术语在用作权利要求书中的过渡词时所解释的。此外,在采用术语“或”(例如,a或b)的范围内,其意指“a或b或两者”。当申请人旨在表示“仅a或b而非两者”时,将会采用术语“仅a或b而非两者”。因此,本文中使用术语“或”是包容性的而非排除性的使用。参见bryana.garner,adictionaryofmodernlegalusage624(第二版,1995)。此外,对于在说明书或权利要求书中使用术语“在......中”或“到......中”的范围,还旨在附加地表示“在......上”或“到......上”。此外,对于在说明书或权利要求书中使用的术语“连接”的范围,应当不仅表示“直接连接到”,还表示“间接连接到”,诸如通过另一组件或多个组件进行连接。尽管通过对本发明的实施例的描述已经说明了本公开,并且尽管已经相当详细地描述了实施例,但是申请人的意图并不是将所附权利要求的范围限定到或以任何方式限制到这种细节。本领域技术人员将容易看出另外的优点和修改。因此,本公开在其更广泛的方面不限于具体细节、代表性系统和方法以及示出和描述的说明性示例。因此,在不脱离申请人的总体发明原理的精神或范围的情况下,可以从这种细节中作出变更。当前第1页12当前第1页12
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