专利名称：小型、集中、太阳能热电联供系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及高效、小型、热电联供(CHP)、聚集太阳能的系统，以及涉及用于天体跟踪机构的无线电转盘驱动装置，所述无线电转盘驱动装置可与聚集太阳能系统结合使用。
背景技术：
太阳能光电收集器通常采用平板类型，平板类型的太阳能光电收集器由能够接收自然阳光但是不会遵循太阳视动的大面积固定光电电池构成。到目前为止，与传统矿物燃料的动力源相比较，这些光电收集器的产生的能量是不经济的。
用于减小太阳能光电收集器的能量生成成本的一种方法是通过光学装置(诸如透镜和/或反射镜)集中阳光，从而减小每kW的光电电池的实际面积。当前的电池可通过太阳辐射被激活，所述太阳辐射以高达1,000的倍数被集中；因此每kW所需的光电电池面积减小1,000倍。甚至当考虑更昂贵的用于集中辐射以及集中系统的辅助组件(诸如聚焦光学器件、机械支撑结构以及用于跟踪的计算机控制)的光电电池，所得到的动力系统也可为更节省成本。
人们已提出并制造出了通过光电电池操作的较大的聚集太阳能的动力系统。这些动力系统可包括单个的大聚集器，或者可包括大聚集器群。然而，为了实现经济可行性，每个聚集器需要大约100到200平方米的收集器面积，以分散每kW的集中系统的辅助组件的成本。这些较大的聚集太阳能动力系统适用不能使用输电网络的边远地区。
但是使用较大聚集太阳能动力系统具有多个缺点。
1.尽管较大系统通常趋于比较小的系统更为经济，但是较大系统也存在缺点。风阻力较高，在收集器上产生高的作用力，这可导致结构变形并且可干扰跟踪的精确性。因此，支撑结构和跟踪机构必须为较大的并且较昂贵的。
2.关于10％到37％范围内的光电电池的能量转换的效率，大多数太阳能以热能的形式被释放。在集中边远地区使用这样的热量(例如在热电联供(CHP)系统中)的可能性很小，因此该热量被浪费。
3.较大的聚集太阳能系统远离用户安装。因此产生了由于能量分配以及传输能量的大约10-20％的传输损失而导致的附加的费用，使得所产生的电能的成本增加2至3倍。对于光电电池的较大集中系统，由于系统太大以致于不能安装在消耗点，因此不能避免传输和分配成本。
4.较大的聚集太阳能系统的初期投资很高，在这点上决定是困难的、涉及政治的和有风险的。
5.另外，对于较大的聚集太阳能系统，如果制造大量的较大的聚集太阳能系统，例如相当于每年至少50兆瓦，那么可实现具有竞争力的成本。但这样一个市场量是难以保证的，因此，关于这样的较大系统的开发的投资和危险是很高的。
6.较大的聚集太阳能系统必须由专业培训的人员利用专用设备和设施来安装，需要特别的承办者和特别的许可，这些增大了它们的成本。
7.较大的聚集太阳能系统一般需要环境研究和许可，从而进一步增大它们的成本。
8.集中化的发电厂一般容易出现故障和怠工。这样性质的一个事故可中断很大部分人的供电。
Ali，A.M.等在“A simplified sun tracker for residentialapplications，”EDB 86-16 86126758 8607012784 NDN-168-0431-1885-2，1986，CONF-860222，Pergamon Press，Elmsford，NY，USA中描述了一种低成本和单线路的太阳追踪器，它保证容易维护和操作程序，使其适于家庭应用场合。该追踪器具有轴编码器、产生20N-m的50W马达，并且设有制动器，以当马达断开时与电子控制电路一起产生高达500N-m的扭矩。该系统连同家用聚集器类型的太阳能热水器已经被测试，但认为当用作混合系统(包括光电和热水单元)时可实现最大益处。
但是，Ali，A.M.等的系统具有数字追踪，分辨率为0.72度，取决于作为线性聚集器的抛光铝槽，并且使用单轴追踪机构，因此总体上它达到大约为10的聚集倍数。
另外，Ali，A.M.等的系统使用光电电池和热水单元。实际上，热水单元是不需要的，这是因为来自于光电转换器的废热可用于生产热水。另外，Komp，R.J.在“Field experience and performanceevaluation of a novel photovoltaic thermal hybrid solar energycollector，”EDB，86-15 86116025 8606508853 NDN-68-0430-1210-7，1985，CONF-850604，SESCI，Ottawa，Ontario，Canada描述了一种混合太阳能模块的新设计，它能够提供150瓦(AM1峰值功率)的电能和以热水形式的1600瓦的热能。该模块包括封装在安装于压制铝翅片的前表面上的硅树脂中的光电电池。压在翅片背部中的铜管带有冷却流体(通常为水)以当曲线形铝反射器将光集中在硅太阳能电池上时带走热量。线性曲线形聚集器(类似于由winston开发的聚集器)无需追踪或者在2.1至1的低集中比的情况下进行季节性调节。该模块适用于住宅或者小型企业，还没有用于常规公用设施。它实际上是一种单一尺寸的单元并且可以与常规太阳能加热器类似的方式被安装，该太阳能电池组的一部分用于为循环泵提供动力和控制循环泵，并且如果需要的话，还控制用于热水系统的阀。该光电电池组分成两个可在12V系统中并联或者在24V系统中串联的独立部分。
另外，Komp的系统取决于线性聚集器，不使用追踪并且达到仅为2.1至1的集中比。
另外，O’Neill，M.J.等在“Fabrication，installation，andtwo-year evaluation of a 245 square meter linear Fresnel lensphotovoltaic and thermal(PVT)concentrator system”Dallas/Ft.Worth(DFW)Airport，Texas.，DOE/ET/20626--T1，Final technicalreport，Phase II and Phase III EDB 85-10 85066882 8505013921NDN-168-0406-6186，1985中概述了已经开发的第一线性Fresnel透镜光电和热(PVT)聚集器系统的制造、安装和两年评估的结果。该系统位于DFW Airport，Texas的Central Utility Plant。屋顶安装聚集器场地提供245平方米的太阳追踪聚集器孔面积。该系统的标称25千瓦峰值电输出用于工厂照明，同时标称120千瓦峰值热输出用于预热附近的AMFAC宾馆的家用水。该系统已经有效可靠地运行整2年的操作阶段。长时间系统转换效率如下太阳光转换成电能的效率为7.7％；太阳光转换成热能的效率为39.1％，太阳光相对于总能量输出的转换效率为46.8％。这些效率水平的每一个被认为是商业规模光电系统所能够达到的最高水平。系统持久性已经是极好的，在整个操作阶段性能方面没有可检测到的降低。简言之，成功的应用经验已经证实线性菲涅耳(Fresnel)透镜PVT系统在商业规模应用中可靠和有效地输送电和热的可能性。
但是，O’Neill等的系统是较大的，产生120千瓦峰值热输出和使用245平方米的太阳追踪聚集器孔面积；因此，不适用于家庭和其它小型或者房顶应用场合。
另外，Henry，E.M.等在“Mississippi County Community Collegesolar photovoltaic total energy project，”EDB 81-11 810552038103063734 NDN-168-0268-2847-2，1979，CONF-790541--(Vol.3)，Pergamon Press Inc.，Elmsford，NY描述了一种从主动冷却光电系统获得电能和热能的工程，该工程是在TEAM，Inc.的管理下由在Blytheville，Arkansas的Mississippi County Community College开发的。该320kW的聚集器系统(DOE标准条件)当时(1979)是世界上最大的光电示范。该单轴追踪收集器为7英尺乘20英尺的抛物线形槽，几何聚集度为42。太阳能电池是单晶硅，被设计成与收集器的物理和光谱参数匹配的形式。该功率调节系统具有交互的作用，不仅提供后备功率，而且提供太阳能系统和本地应用之间的功率交换。方法控制包括所有系统部件和建造需要的数据获取以及所有部件的所需控制。来自于太阳能电池冷却剂的热能被提供给学院以冬季加热和全年家用热水。期待该能量系统在1979的冬天可操作，在1980年夏季与学院设施相连。
但是，Henry等的系统也是较大的单轴追踪系统，适于产生320kW，并且仅达到大约42的聚集倍数。
应当理解现在仍然存在这样一种迫切的需要，即最好提供一种小型的节省成本的太阳能系统，该系统可以以低生产率进行有竞争力的规模生产，可靠近能源消费者来安装，并且提供使用所产生的热以及电的装置。
发明内容
本发明的目的涉及提供一种高效、热电联供(CHP)、太阳能系统，该太阳能系统结构足够紧凑以致于能够安装在(能源)消耗点；并且基础设施的投资最小；适于大量生产；即使在较小的市场量下也能够得到低的生产成本，从而与常规的矿物燃料产生的能量相比，所消耗的能量成本是具有竞争力的。
本发明通过提供高效、小型、热电联供、聚集太阳能的系统成功地解决了目前已知的构造的缺点，该太阳能系统特别是为住宅和其它较低的功率应用场合设计的，使其成本节省和经济可行。孔在1和2米之间的盘状反射器的两轴追踪确保200和800suns之间的高或者更高的会聚比，如果适于在较高的聚集度下操作的电池是可行的话。因此，可在收集器冷却剂(可是油、气体或者加压水)的出口处达到120-180℃的非常高的冷却剂出口温度。高的冷却剂温度是有利的，这是因为其可用于空气调节或者其它需要高温的应用场合。较高的聚集度是具有优势的，这是因为聚集度较高能够提高为集中辐射设计的光电电池的效率。总效率大于60％。另外，提供了一种被设计成为无线电转盘驱动装置的简单且精确的驱动装置，以便驱动该聚集太阳能的系统，该驱动装置具有基本为零的偏移以及基本上为零的漂移。最好，使用两个无线电转盘驱动装置并且沿着方位角-高度固定架、极固定架或者十字固定架的两个轴进行追踪。
除非特别限定，这里所用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解的相同的含义。尽管与这里所述的类似或者等同的方法和材料可用于本发明的实施或者测试中，但适合的方法和材料如下所述。在出现冲突的情况下，以专利说明书及其定义为准。另外，材料、方法和示例仅是说明性的并且不是限定性的。
下面参照附图结合示例对本发明进行描述。现特别详细参考附图，强调的是，所示的特别部分是示例性的并且仅用于描述本发明的优选实施例，并且出现于提供被认为是最有用的方面的原因中以及容易理解本发明的原理和概念性方面的描述。在这方面，未尝试以比基本理解本发明所需的更详细的方式表示本发明的结构细节，对于本领域技术人员来说，对附图的描述使得关于本发明的几种形式可如何实施变得显而易见。
在附图中图1A-1C示意性地示出了已知的方位角-高度固定架、极固定架或者十字固定架；图2A-2B示意性地示出了本发明所涉及的无线电转盘驱动装置的第一和第二视图；图3示意性地示出了本发明的另一个实施例所涉及的关于定时带的无线电转盘驱动装置的横截面图；图4A-4B示意性地示出了本发明所涉及的一种利用双轴追踪操作的聚集太阳能收集器的第一和第二视图，每一个轴具有一个无线电转盘驱动装置；图5示意性地示出了本发明的另一个实施例所涉及的利用极固定架的双轴追踪操作的聚集太阳能收集器，每一个轴具有一个无线电转盘驱动装置；图6示意性地示出了本发明所涉及的示意性CHP线路；图7示意性地示出了本发明所涉及的单太阳能收集器CHP线路；’图8示意性地示出了本发明所涉及的用于太阳能收集器群的CHP线路；以及图9示意性地示出了本发明所涉及的图8的群布置。
具体实施例方式
本发明是高效、小型、热电联供的聚集太阳能的系统，该太阳能系统特别是为住宅和其它较低的功率应用场合设计的，使其成本节省和经济可行。孔在1和2米之间的盘状反射器的两轴追踪确保200和800suns之间的很高的集中比或者更高。因此，可在收集器冷却剂(可是油、气体或者加压水)的出口处达到120-180℃的很高冷却剂出口温度。高冷却剂温度是具有优势的，这是因为它们可用于空气调节。较高的聚集度是具有优势的，这是因为聚集度较高能够提高光电电池的效率。总效率大于60％。另外，被设计成为无线电转盘驱动装置的一种简单但精确的驱动装置被提供以驱动该聚集太阳能系统，该驱动装置具有基本为零的偏移以及基本上为零的漂移。最好，使用两个无线电转盘驱动装置并且沿着方位角-高度固定架、极固定架或者十字固定架的两个轴进行追踪。
在详细描述本发明的至少一个实施例之前，应该理解的是，本发明在其应用方面不限于在以下说明内容中描述的或者在附图中示出的构造细节和部件布置。本发明可是其它实施例或者以各种方式实施或者实现。另外，应该理解的是，这里所用的用语和术语是为了用于说明并且不应该被认为是限定性的。
为了更好地理解本发明，首先参考图1A-1C中所示的常规天体追踪系统的构造和操作。
图1A示意性地示出了已知的用于天体追踪的方位角-高度固定架100A。
本质上，方位角-高度固定架100A包括两个转动轴，一个是如箭头103所示的围绕轴线111A转动的方位角轴102，另一个是如箭头105所示的围绕轴线111B转动的高度轴104。方位角-高度固定架同时相对于地理、季节和每日变化同时追踪太阳。
方位角轴102基本上是垂直的并且相对于地面110具有近端和远端106和108，其中近端106在地面110上固定在支撑件101中，支撑件101能够沿着箭头103的方向转动。安装在方位角轴102上的任何装置将转动以改变其方位角。
高度轴104是水平的并且安装在方位角轴102上。安装在高度轴104上的任何装置将在垂直平面中转动同时保持固定的方位角。
装置12(诸如反射器12)可安装在高度轴104上。
这样，安装在方位角轴102上的高度轴104将转动以改变其方位角，同时安装在高度轴104上的反射器112将在垂直平面中转动，同时改变其方位角。
最好，方位角轴102和高度轴104的转动由计算机控制的，这可基于作为地理位置、日期和小时的函数的且使得太阳入射通量最大的方向的表达式来进行该控制。可附加的或者可代替的，可使用基于测量的太阳入射通量的闭环操作。
方位角-高度固定架100A通常用于定日镜和太阳能聚集器。其优点是，机械性能对于所有位置是相同的，因此无需进行物理调节，特别是对于每一个地理位置。其主要优点是，两个轴是以可变的速度不断移动的，使得它们共同对使得太阳入射通量最大的方向的三个影响因素(即，地理、季节和小时变化)进行校正。
方位角-高度固定架100A被认为是一个Euler(欧拉)系统，并且当太阳处于天顶时具有奇点，可在±23.5°的纬度出现。这样，它在赤道附近可是不适合的。
图1B示意性地示出了已知的十字固定架100B。
十字固定架100B包括固定在地面110的垂直杆119。安装在垂直杆119上的水平杆107限定如箭头115表示的转动轴线113A。安装在杆107上的杆109限定如箭头117表示的转动轴线113B。
反射器112安装在杆109上以随着杆107和杆109转动，改变其方位角和高度。
十字固定架100B在极区域附近具有奇点。
图1C示意性地示出了已知的极固定架120。
本质上，极固定架120补偿使得太阳入射通量最大的方向的每日和季节变化，同时地理影响被设置在该固定架中。
极固定架120包括极126和127，它们相对于地面110具有近端和远端128和130，其中近端128固定在地面110上。在极126和127的远端130之间南北延伸的杆122与地面(地表110)形成角度β，角度β基本上等于地理纬度。杆122限定长轴121A，长轴121A平行于地球的转动轴线(即，连接地球两极的线)。
安装在杆122上的适于如箭头123所示的围绕轴线121A转动的第二杆129跟随太阳的每日运动，从东到西。围绕轴线121A的转动是围绕每日轴线的每日转动。
安装在杆129上的第三杆124限定了第二转动轴线121B，如箭头125所示。围绕轴线121B的转动上季节转动，在南北延伸并且相对于垂直方向倾斜由杆122确定的量(即角度β)的平面中。杆124用于校正太阳追踪的季节变化，即，太阳在天空中的每日的轨迹的倾斜度。
因此，杆124的转动比杆129的转动慢很多。
极固定架120不如方位角-高度固定架100A或者十字固定架110B流行，这是因为用于极固定架的机械校准是重要的并且对于每一个地理纬度是困难的。极固定架120优于固定架100A和100B的之处在于，当正确校准时，所需的动作更简单。首先，围绕轴121B转动的杆124需要很少的校正，例如，每天一次或者两次。另外，围绕轴121A转动的杆129以恒定的速度转动。
本发明的一个方面涉及一种成本节省、精确的太阳能追踪系统，该太阳能追踪系统可用于图1A-1C的固定架中的任何一种或者其它任何两轴固定架，并且大大降低精确的太阳或者其它天体追踪的成本，使得小型太阳能发电经济可行。
这样，图2A-2B示出了本发明所涉及的用于天体追踪机构的无线电转盘驱动装置20的第一和第二视图。
如图2A中所示，作为一个图示，用于天体追踪机构的无线电转盘驱动装置20包括支撑结构45和通过轴和轴承安装在支撑结构45上的圆柱形鼓42以使42可相对于支撑结构45转动。鼓42限定了鼓转动轴线43、沿其圆周的鼓外表面41以及鼓凸缘表面44。另外，鼓42包括平行于鼓转动轴线43并且与鼓42固定连接以在转动轴线43随着鼓42转动的中心轴48；安装在鼓外表面41上的弹簧52，弹簧52具有垂直于鼓转动轴线43的弹簧轴线59；以及安装在鼓外表面41上的锚固件54。
另外，无线电转盘驱动装置20包括安装在支撑结构45上的与鼓42相邻的圆柱形绞盘50。绞盘50限定了平行于鼓转动轴线43的绞盘转动轴线47和沿其圆周的绞盘外表面49。
分别具有第一端51和第二端53的缆线56沿着第一方向紧紧缠绕在鼓42上以及沿着第二方向紧紧缠绕在绞盘50上，其中第一端51与弹簧52固定连接，第二端53通过锚固件54固定在鼓外表面41上。
另外，利用略大于转动鼓42和轴48所需作用力的作用力使得弹簧52保持张紧状态，从而沿着第一方向转动绞盘50将使得鼓42沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移。
基本上为零的偏移指的是，当绞盘50改变转动方向时，例如从顺时针方向到逆时针方向，反之亦然，缆线56中基本上不松弛。
基本上为零的漂移指的是，相对于鼓外表面41和绞盘表面49，缆线56基本上不滑动。
鼓42的行程由箭头表示并且最好为±90°，例如180°的圆弧。应该理解的是，更小或者更大的其它值也是允许的。当鼓42完成180度的圆弧时，远小于鼓42的绞盘50转几圈，如箭头57所示。鼓42和绞盘50的直径比例如可是1比6.5。应该理解的是，更小或者更大的其它值也是允许的。
基于作为日期、时间和地理位置的函数的并且使得太阳入射通量最大的方向的表达式，计算机控制的马达40或者其它计算机控制的驱动系统为绞盘50提供调谐或者追踪动作。马达40可是步进马达或者直流马达。另外，可以使用下面参照图4A-4B和5描述的闭环系统。
图2B提供了无线电转盘驱动装置20的另一种图示，其中示出了鼓42、绞盘50、马达40和轴48。止档件46可用于控制鼓42的行程，最好为±90°，如箭头55所示(图2A)。
在图2A-2B中的实施例中，无线电转盘驱动装置20的重要性在于，它是产生低滞后、低偏移和高刚性的动作的成本比较低廉的装置。
图3示意性地示出了本发明另一个实施例所涉及的无线电转盘驱动装置20的侧视图，其中与前面的实施例一样，马达40驱动定时带58，所述定时带58驱动绞盘50，同时从绞盘50到鼓42的运动通过无线电转盘驱动装置20被传输。
本质上，当使用无线电转盘驱动装置20将定时带58的运动经由绞盘50传输到鼓42时，马达40和绞盘50之间的滞后和偏移导致的误差减小了相当于鼓42与绞盘50之间的直径比例的倍数，当运动从绞盘50被传输到鼓42时，所述倍数例如大约为6。
还应该理解的是，在太阳追踪中，运动中非常小的误差都可在太阳入射通量中造成明显差异，例如，在大约2到500suns之间约250的倍数上的差异。通常，达到这种类型的精细运动控制所需的精确度是非常高成本的。然而本发明新颖特征在于简单、花费不多的用于大大增加追踪精确度从而增加实际太阳入射通量和发电量的无线电转盘驱动机构。
应该理解的是，可使用驱动包含皮带、定时带、齿轮等的绞盘50的其它方式。
再参考附图，图4A-4B示意性地示出了本发明所涉及的收集器10的第一和第二视图，所述收集器10最好被安装在十字-高度固定架100B，并且最好包含两个无线电转盘驱动装置。
收集器10最好包括安装在驱动单元14上的聚集器12。驱动单元14被安装在具有底座18的支座16上。聚集器12最好是具有焦点的盘状的。或者，也可使用其它几何形状(例如多边形)，所述几何形状最好用于二维聚集以便于基本将入射辐射聚焦于焦点。或者，聚集器12可为槽状的。
另外，驱动单元14至少包括用于沿第一轴线进行太阳追踪的第一驱动模块20A(图4A和4B)，最好还包括用于沿垂直于第一轴线的第二轴线进行太阳追踪的第二驱动模块20B(图4B)。驱动单元14还包括配重26。
聚集盘12最好包括轮缘30。反射器32形成面对太阳的聚集盘12的表面。轮缘30、盘12的焦点F以及中心P之间的角为α，所述α可用作盘12的聚集能量的量度标准。
基本处于聚集盘12焦点处的能量转换单元34可为适合于聚集辐射的光电电池。或者，可使用热机或用于产生电力的另一种已知方法。
驱动单元14被安装在构成得可承载盘12和驱动单元14的载荷的支座16上，同时允许驱动模块20A和20B的完全运动。
盘12通过盘支架28被附于模块20B。
收集器10最好包括两个运动度。
当构造成为方位角-高度固定架或者十字固定架时，这两种运动相对于地理学、季节性和日变化同时追踪太阳。
现在参照附图，图5示意性地示出了本发明所涉及的收集器10，所述收集器10被安装在极固定架120上并且最好包含两个无线电转盘驱动装置。
因此，收集器10包括极固定架120，极固定架120具有两个极126和两个极127(在图示中仅示出了一个)，它们相对于地面110都具有近端128并且在其近端128处固定在地面110上。在极126和127在其远端130处由杆122连接。杆122与地表110形成角度β。
极固定架120还包括每日转动轴线121A，用于从东方到西方追随太阳的每日运动。
另外，极固定架120还包括季节性转动轴线121B，用于随季节变化校正每日太阳追踪，即，天空中太阳的每日轨线的斜度，其中季节性驱动环绕轴线121B被安装在每日驱动环绕轴线121A上。
转动轴线121B的转动明显慢于每日转动轴线121A的转动。例如，与每日转动轴线121A的恒定速率相比较，可间歇性地调节转动轴线121B，每日只一次或两次。
根据优选实施例，如图5中可看出的，使得结构机械平衡以使得转动轴穿过转动框架的质心。因此，马达和追踪机构上的载荷被减小。
应该理解的是，同样也可使用已知的其它追踪固定架。例如，可使用2004年5月4日从http//www.viasat.com/files/08fe203b613bc02b87de181a370e2bdf/pdf/Compariso％20of％20Pedestal％20Geometries.pdf中下载的ViaSatSatellite Ground系统中所述的追踪支座伺服设计。
或者，在某些平均季节或季节和地理值下，可使用仅用于每日追踪的单轴线追踪系统。
根据本发明的优选实施例，例如，如图4A-4B和图5中所述的，控制单元包括使得太阳入射通量最大的方向的表达式，该控制单元驱动单元20A和20B的马达40并且提供追踪的计算机控制，如下面结合图9所示的。
根据本发明的优选实施例，例如，如图4A-4B和图5中所述的，单元34还可包括用于测量太阳入射通量的差动装置，以提供太阳追踪的闭环控制。例如，在单元34是由聚集光电电池构成的情况下，一些电池可用作二极管，用于测量其上的太阳入射通量，从而提供追踪的闭环控制和校正。或者，也可使用其它差动装置。在下文中结合图9的收集器10A示出了闭环控制。
闭环操作是趋向于增加聚集系统的太阳入射通量的另一个特征。所述追踪系统可遭受运动方面的偏差和(或)遭受可能略微转移其路线的风阻力，因此反射器12可能实际上偏离由将使得太阳入射通量最大的方向的表达式所指定的定向。因此闭环操作可通过向计算机报告太阳入射通量小于可实现的太阳入射通量而校正不精确性，指引计算机进行对于运动的校正。
因此在这一点上，无线电转盘驱动机构20的基本为零的偏移是重要的。偏移可随着运动方向的改变而出现，通常，基本追踪运动是单向性的(除一年两次(春天和秋天)在方向上的季节性变化)。因此基本运动不应出现偏移。然而，如闭环系统所指定的校正可沿每个轴线的两个运动方向中的任意一个进行，并且必须高度精确。因此，具有基本为零的偏移以及基本上为零的漂移的无线电转盘驱动机构20尤其适用于校正运动，如闭环系统所指定的。
优选的是，除了该系统之外，闭环系统也是由使得太阳入射通量最大的方向的计算机计算的表达式来操纵的。
或者，可仅使用一个闭环系统，或仅使用一个将使得太阳入射通量最大的方向的计算机计算的表达式。
本发明的另一个方面涉及使用用于小型太阳能系统的增加成本效率的热电联供(CHP)电路。
因此，图6示意性地示出了本发明所涉及的CHP电路150。
因此，CHP电路150与最好为闭环一次冷却剂循环系统155一起操作，循环系统155由泵158驱动。冷却剂可为水、油、或其它流体，例如，气体。
因此，CHP电路150包括发电模块152，所述发电模块152包括至少一个收集器10(图4A-4B和图5)，所述收集器10具有至少一个能量转换单元34，例如，热机或聚集光电电池。
控制系统153(最好由闭环系统157支撑)控制至少一个收集器10的追踪。
本质上，CHP电路150可包括三个热交换器，每个热交换器都在不同的温度范围下操作。
T1和T2之间的空气调节热交换器159可用于空气调节。
T2和T3之间的主热交换器154可用于产生热水以及用于空间加热。
T3和T周围温度之间的过度热交换器156可用于在产生了太多能量时、所产生的能量未使用时以及举家外出时向周围环境中排出过度热量。
应该理解的是，与CHP电路150结合使用的收集器10大大增加了控制器10的总效率和经济可行性。
根据第一实施例，T1可在90和120℃之间，T2可在60和80℃之间。
根据第二实施例，T1可在120和180℃之间，T2可在80和120℃之间。
再参照附图，图7示意性地示出了本发明所涉及的单太阳-收集器CHP电路170。
电路170的太阳能-聚集器单元10包括两个界面用于电连接的界面172和用于冷却剂连接的界面174。电界面172最好连接于变换器176，所述变换器176用于将能量转换单元34(图4A-4B和图5)所产生的DC电力转换为AC电力并且调节其频率与相位以与输电网络的频率与相位相匹配。来自于变换器176的电力被连接于主电箱182并且向居住单元180提供电力186。
居住单元180最好也连接于输电网络184。当发电不足时，可由输电网络184供应后备电力。或者，当发电超过了所消耗的电量时，额外部分可流入到输电网络184中，假定电力经销商允许并支持二维电力潮流，并且功率表适用于它。
在没有空气调节的情况下，冷却剂从界面174流向主热交换器154(如图6中所示的)，并且用于加热居住单元180的热水箱188。应该理解的是，热水箱188也可容纳已知的备用加热器189。来自于热水箱188的热水可通过辐射器或地下热管为居住单元180供应例如总热水需求190以及空间加热192。
如已结合图6示出的，CHP电路150的主循环的冷却剂流到过度热交换器156，过度热量从过度热交换器156中排出。泵158确保循环。
再参照附图，图8示意性地示出了本发明所涉及的用于太阳能收集器群组的CHP电路200，所述CHP电路200用于居住单元或小型工商业单位。
使用聚集太阳能收集器10的群组的优点在于，大大增加了电力收集量，而诸如次热交换器156和泵158以及控制单元153等辅助组件的数量保持不变，从而进一步提高所述系统的成本效率和经济可行性。另外，由于一个组件取代了许多相同的较小组件，因此可简化维护操作。
除以下所述的以外，群组200的操作与系统170的操作相似(图7)1.可以串联或并联的方式或者以串并联组合的方式连接每个聚集太阳能收集器10的电界面172，因此在输入到居住单元210的电力和电压方面具有灵活性。
2.同时，由于所有聚集太阳能收集器10的追踪数据是相同的，因此可通过控制单元153(图6)执行所有聚集太阳能收集器10的控制。
3.所有收集器的热水界面可连接于单独次闭环系统。所述连接是并联的。管通向热水箱中的中心主热交换器、中心次热交换器、以及单独泵。由于多个收集器被并联地连接，因此每个收集器都接收同样低的入口温度并且泵和主管中的总流量是所有收集器中流量的总和。
4.尽管原则上并联地连接于单独泵和热交换器上的收集器的数量没有限定，但是可适度地将较大场地分成为几个独立部分，以限制管的成本。
5.收集器的冷却系统最好是闭环系统，与进入消费者的热水出口的水分离。这防止收集器中的水变脏、侵蚀和结冰。可在不影响消费者的水质量的情况下利用防冻剂、侵蚀抑制剂等处理在闭环系统中的水。
用于聚集太阳能收集器的群组10的典型应用是1.一个家庭，如果需要的话，利用太阳能取代大部分的能量消耗。
2.为各个家庭成员提供电能、热水、空间加热等的中央供给的多家庭的房屋。
3.具有大的不用于其它应用的平房顶的商店，收集器群组可提供电能；利用被供给到水-空气热交换器的热水网络进行空间加热；为餐厅厨房中的水槽提供热水；为休息室的水槽和淋浴器提供热水；通过将热水供给到吸收式冷冻器进行空气调节。
4.其它大型建筑物办公建筑物、工业建筑物、学校、健康门诊类似于商店，具有不同的能量需要的混合。
进一步参照附图，图9示意性地详细示出了一种群组布置220。
因此，每一个能量转换单元34可包括一个光电电池部分204和冷却部分202。光电电池部分204通过输电线206与界面172相连，输电线209连接每一个界面172和变换器176，其中DC电能被转换成AC电能。电能从变换器176被引导到主配电箱182。
冷却部分202通过冷却剂管线201与界面174相连。从那里，冷却剂在管线207中流到一次冷却剂系统155。
为了说明起见，群组布置220包括与利用驱动所述驱动装置14的控制单元153和来自于闭环系统157的输入操作的闭环操作收集器1DA。差动二极管37为闭环操作提供通量测量。
另外，群组布置220包括仅接收来自于控制单元153的输入的开环收集器10B。
应该理解的是，一般地，群组布置可是闭环的或者开环的。一般地，一个控制单元153可用于所有收集器，但每一个可能需要其独立的闭环系统157。
以下是本发明的一般设计参数。
如图4A-4B和5中所示的本发明的太阳能系统的典型尺寸可是在0.5米和2米之间的聚集器直径，最好为1米，能够产生150瓦电能和350瓦热能。这样，收集器的结构支撑需要是较轻的，这是由于风载荷较小。追踪机构较简单并且可以比较低廉的成本制造。
制造这样一个系统的费用估计在峰值功率下每瓦$2。一个适合的生产线的所需投资估计为$5M。假设年生产率为5兆瓦并且利率为5％，偿还原始投资的附加费用估计仅为在峰值功率下每瓦$0.13。因此，所述小型系统的所需市场量比当前大型系统小一个数量级，因此所需的投资风险较小。
小型太阳能系统可被安装在消耗点，诸如家庭住宅和公共建筑物的房顶、市区环境中，为它们提供电能以及热水、家庭用水和空间加热。对于热电联供(CHP)系统，该系统的总效率可与矿物染料电厂相当。
成本估算基于250000平方米的年生产率，对于直径在0.5m和1.1m之间的聚集器，对应于每年120万和260000个单元。生产时间，即系统可被生产和销售的时间以及原始投资可被分期偿还和回收的时间为10年。
图4A-4B和5的收集器10的设计参数、考虑因素和要求如下所述1.反射器12可被设计成投影(孔)直径在0.5和2米之间的内凹抛物面形盘，其直径最好为1.1米。应该理解的是，其它直径也是允许的。
2.聚集盘12的角度α(图4A)最好为45度。应该理解的是，可使用其它角度，例如40或者55度。特别是，对于定日镜，一般使用较小的角度。
3.驱动单元14最好包括两个驱动模块，20A和20B。
4.聚集盘12的运动范围最好是整个半球以适于任何类型的追踪轴线构造。
5.最好，由高效光电电池进行能量转换，特别适用于几百suns的聚集能量转换，例如，“Triple-Junction TerrestrialConcentrator Solar Cells of Spectrolab Inc.，12500 GladstoneAv.Sylmar，CA 91342，USA”，它以大约37％的能量转换效率操作。
根据本发明的优选实施例，CHP线路170(图7)和CHP线路200(图8)具有很高的效率。例如，大约17％的收集能量被转换成电能，43％被转换成可用的热能，总CHP效率为60％，可能更高，例如在65和80％之间。有助于提高效率的几个因素如下1.几百suns的高聚集度的设计。
2.高效光电电池的使用，例如，“Triple-Junction TerrestrialConcentrator Solar Cells of Spectrolab Inc.，12500 GladstoneAv.Sylmar，CA 91342，USA”；3.在消耗点处产生电能以消除电能输送损失；4.在消耗点处产生热能以消除热能输送损失；当同时提供时，这些达到目前未能实现的CHP总效率。
现有技术中所涉及的大型聚集太阳能系统与本发明的小型CHP聚集系统相比，区别在于
1.对于大型聚集太阳能系统，风阻高，在收集器上产生高的作用力，并且这些可导致结构受损并且可能影响追踪的精度。因此，支撑结构和追踪机构必须是厚重的和很昂贵的。相比较，对于小型系统，风阻的问题远没有这样严重。
2.对于范围在10至37％的光电电池能量转换效率，大部分太阳能以热能的形式被释放。在集中的边远地区，使用例如在热电联供(CHP)系统中的热量的可能性很小，因此该热量被浪费。相比较，对于建造在房顶上的小型系统可被设计成热电联供(CHP)，总效率大大提高。
3.大型聚集太阳能系统远离消费者安装。因此，产生了由于能量分配以及传输能量的大约10-20％的传输损失而导致的附加的费用，使得所产生的电能的成本增加2至3倍。对于光电电池的较大聚集系统，由于系统太大以致于不能安装在消耗点，因此不能避免传输和分配成本。相比较，对于在消耗点处建造在房顶上的小型系统，没有上述的分配成本和传输损失。
4.较大的聚集太阳能系统的初期投资很高，在这点上决定是困难的、涉及政治的和有风险的。相比较，对于小型系统，决定权在各个户主，并且可利用政府鼓励减小其风险性。
5.另外，对于较大的聚集太阳能系统，如果制造大量的较大的聚集太阳能系统，例如相当于每年至少50兆瓦，那么可实现具有竞争力的成本。但这样一个市场量是难以保证的，因此，关于这样的较大系统的开发的投资和危险是很高的。相比较，对于小型系统，假设政府鼓励，这样一个市场可以实现。
6.较大的聚集太阳能系统必须由专业培训的人员利用专用设备和设施来安装，需要特别的承办者和特别的许可，这些增大了它们的成本。相比较，对于小型系统，可由非专业培训的人员在非规章干涉下安装。
7.较大的聚集太阳能系统一般需要环境研究和许可，从而进一步增大它们的成本。相比较，小型系统不可能需要环境研究和许可。
8.集中化的发电厂一般容易出现故障和怠工。这样性质的一个事故可中断很大部分人的供电。相比较，小型系统仅影响独立的住宅或者企业，并且通常与作为后备系统的输电网相连。
应该理解的是，也可使用仅热系统或者仅电能系统。
应该理解的是，本发明所涉及的太阳追踪系统可与集中盘、集中盘群组、定日镜、定日镜群组和光电电池组结合使用。另外，它可与其它天体追踪系统结合使用，例如望远镜。
另外，安装在太阳追踪系统(最好为两轴的)上的多个太阳集中定日镜可被使用，形成一个中央接收设备。太阳集中定日镜不具有独立的能量转换单元。相反，使用位于多个定日镜的焦点处的中央接收器能量转换单元。或者，没有集中的光电电池组可安装在具有一个或者两个轴的本发明的太阳追踪系统上。
可以构想到，在本发明的使用寿命中，小型太阳能系统和相关的成本节省追踪系统的许多相关产品将被开发并且小型太阳能系统和相关的成本节省追踪系统的术语的范围将包括先验的所有这样的新技术。
这里所用的术语“大约”指的是±20％。
在检验下列示例的情况下，本发明的其它目的、优点和新颖的特征对于本领域技术人员是显而易见的，这些示例是非限定性的。另外，上述以及在下面的权利要求中所涉及的本发明的各个实施例和方面的每一个在下列示例中得到试验支持。
应该理解的是，本发明的某些特征，为了清楚起见，在单独实施例的范围内描述的，也可在一个实施例中组合提供。相反，本发明的各个特征，为了简单起见，在一个实施例的范围内描述的，也可单独提供或者以任何适合的组合形式提供。
尽管已经结合特定的实施例对本发明进行了描述，但显然许多替代、变型和变化对于本领域技术人员是显而易见的。因此，所有这样的替代、变型和变化落入附属的权利要求的保护范围内。在本说明书中提及的所有公开、专利和专利申请的所有内容作为参考结合在本说明书中，类似于每一个独立的公开、专利和专利申请特别并且独立地用于结合在这里作为参考。另外，在本申请中的任何参考的引证或者标识不应该被解释为这样的参考作为现有技术用于本发明。
权利要求
1.一种高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统包括至少一个收集器，所述收集器包括适于将入射太阳辐射聚焦在焦点的聚集器，所述聚集器具有在0.5m和2m之间的孔；至少一个驱动装置，所述聚集器安装在所述驱动装置上，所述驱动装置适于至少沿着一个轴线追踪将使得太阳入射通量最大的方向；与所述驱动装置通信的控制单元，所述控制单元基于作为天的时间、季节和地理纬度的函数的所述方向的表达式来控制所述驱动装置；以及大致在所述焦点处的能量转换单元；能量供给系统，所述能量供给系统接收来自于所述能量转换单元的电能；热量供给系统，所述热量供给系统接收来自于所述能量转换单元的冷却系统的热量，其中，所述高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统的热电联供效率大于总效率的60％。
2.如权利要求1所述的高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统，其特征在于，所述高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统的热电联供效率大于总效率的65％。
3.如权利要求1所述的高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统，其特征在于，所述高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统的热电联供效率大于总效率的70％。
4.如权利要求1所述的高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统，其特征在于，所述高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统的热电联供效率大于总效率的75％。
5.如权利要求1所述的高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统，其特征在于，所述至少一个收集器包括被布置成群组的多个收集器，每一个收集器包括所述热量供给系统，并且每一个收集器的所述热量供给系统并行布置以具有相同的入口和出口冷却剂条件。
6.如权利要求1所述的高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统，其特征在于，所述热量供给系统操作空调系统。
7.如权利要求1所述的高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统，其特征在于，所述收集器包括闭环系统。
8.如权利要求1所述的高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统，其特征在于，所述至少一个驱动装置包括适于至少沿着两个轴线追踪将使得太阳入射通量最大的方向的至少两个驱动装置。
9.如权利要求1所述的高效、小型、热电联供的、聚集太阳能的系统，其特征在于，所述至少一个驱动装置是无线电转盘驱动装置。
10.一种天体追踪系统包括第一主支撑；安装在所述第一主支撑上的第一追踪单元，所述第一追踪单元包括用于天体追踪机构的第一无线电转盘驱动装置，所述第一无线电转盘驱动装置包括第一支撑结构；安装在所述支撑结构上的第一圆柱形鼓，所述鼓限定了鼓转动轴线和沿其圆周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓转动轴线并且与所述鼓固定连接以在所述转动轴线随着所述鼓转动的第一中心轴；安装在所述鼓外表面上的第一弹簧，所述第一弹簧具有垂直于所述鼓转动轴线的弹簧轴线；以及安装在所述鼓外表面上的第一锚固件；安装在所述支撑结构上的与所述鼓相邻的第一圆柱形绞盘，所述绞盘限定平行于所述鼓转动轴线的绞盘转动轴线和沿其圆周的绞盘外表面；具有第一端和第二端的第一缆线，所述缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述锚固件固定连接，所述第二端与所述弹簧固定连接，并且利用大于转动所述鼓所需作用力的作用力使得所述弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述主支撑上用于提供追踪运动的第一马达。
11.如权利要求10所述的天体追踪系统，其特征在于，所述第一马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
12.如权利要求10所述的天体追踪系统，其特征在于，还包括设置在所述第一马达和所述第一圆柱形绞盘之间的定时带。
13.如权利要求10所述的天体追踪系统，其特征在于，所述第一追踪单元布置在第一转动轴线上，并且还包括布置在第二转动轴线上的第二追踪单元，所述第二追踪单元包括用于天体追踪机构的第二无线电转盘驱动装置，所述第二无线电转盘驱动装置包括第二支撑结构；安装在所述第二支撑结构上的第二圆柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓转动轴线和沿其圆周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓转动轴线并且与所述第二鼓固定连接以在所述第二转动轴线随着所述第二鼓转动的第二中心轴；安装在所述第二鼓外表面上的第二弹簧，所述第二弹簧具有垂直于所述第二鼓转动轴线的第二弹簧轴线；以及安装在所述第二鼓外表面上的第二锚固件；安装在所述第二支撑结构上的与所述第二鼓相邻的第二圆柱形绞盘，所述第二绞盘限定了平行于所述第二鼓转动轴线的第二绞盘转动轴线和沿其圆周的第二绞盘外表面；具有第一端和第二端的第二缆线，所述第二缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述第二鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述第二锚固件固定连接，所述第二端与所述第二弹簧固定连接，并且利用大于转动所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述第二绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述第二主支撑上用于提供第二追踪运动的第二马达。
14.如权利要求13所述的天体追踪系统，其特征在于，所述第二马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
15.如权利要求13所述的天体追踪系统，其特征在于，还包括设置在所述第二马达和所述第二圆柱形绞盘之间的定时带。
16.如权利要求13所述的天体追踪系统，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成方位角-高度固定架。
17.如权利要求13所述的天体追踪系统，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成十字固定架。
18.如权利要求13所述的天体追踪系统，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成极固定架。
19.如权利要求10所述的天体追踪系统，其特征在于，还包括聚集太阳能的系统，所述聚集太阳能的系统包括收集器；以及能量转换单元。
20.如权利要求19所述的天体追踪系统，其特征在于，所述收集器具有真实的焦点以及在0.5m和2m之间的孔。
21.如权利要求19所述的天体追踪系统，其特征在于，所述能量转换单元是从包括热发生器、聚焦光电电池和平光电电池的组中选择的。
22.如权利要求19所述的天体追踪系统，其特征在于，布置成热电联供(CHP)系统。
23.如权利要求19所述的天体追踪系统还包括用于测量太阳入射通量的差动装置，以提供所述追踪运动的闭环控制。
24.如权利要求10所述的天体追踪系统，还包括与所述马达保持通信的控制单元，所述控制单元利用对使得太阳入射通量最大的方向的表达式来控制所述追踪运动。
25.一种太阳能系统包括所述太阳能系统的第一主支撑；安装在所述第一主支撑上的第一追踪单元，所述第一追踪单元包括用于天体追踪机构的第一无线电转盘驱动装置，所述第一无线电转盘驱动装置包括第一支撑结构；安装在所述支撑结构上的第一圆柱形鼓，所述鼓限定了鼓转动轴线和沿其圆周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓转动轴线并且与所述鼓固定连接以在所述转动轴线随着所述鼓转动的第一中心轴；安装在所述鼓外表面上的第一弹簧，所述第一弹簧具有垂直于所述鼓转动轴线的弹簧轴线；以及安装在所述鼓外表面上的第一锚固件；安装在所述支撑结构上的与所述鼓相邻的第一圆柱形绞盘，所述绞盘限定了平行于所述鼓转动轴线的绞盘转动轴线和沿其圆周的绞盘外表面；具有第一端和第二端的第一缆线，所述缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述锚固件固定连接，所述第二端与所述弹簧固定连接，并且利用大于转动所述鼓所需作用力的作用力使得所述弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述主支撑上用于提供追踪运动的第一马达；收集器；以及能量转换单元。
26.如权利要求25所述的太阳能系统，其特征在于，所述第一马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
27.如权利要求25所述的太阳能系统，其特征在于，所述第一追踪单元布置在第一转动轴线上，并且还包括布置在第二转动轴线上的第二追踪单元，所述第二追踪单元包括用于天体追踪机构的第二无线电转盘驱动装置，所述第二无线电转盘驱动装置包括第二支撑结构；安装在所述第二支撑结构上的第二圆柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓转动轴线和沿其圆周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓转动轴线并且与所述第二鼓固定连接以在所述第二转动轴线随着所述第二鼓转动的第二中心轴；安装在所述第二鼓外表面上的第二弹簧，所述第二弹簧具有垂直于所述第二鼓转动轴线的第二弹簧轴线；以及安装在所述第二鼓外表面上的第二锚固件；安装在所述第二支撑结构上的与所述第二鼓相邻的第二圆柱形绞盘，所述第二绞盘限定了平行于所述第二鼓转动轴线的第二绞盘转动轴线和沿其圆周的第二绞盘外表面；具有第一端和第二端的第二缆线，所述第二缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述第二鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述第二锚固件固定连接，所述第二端与所述第二弹簧固定连接，并且利用大于转动所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述第二绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述第二主支撑上用于提供第二追踪运动的第二马达。
28.如权利要求27所述的太阳能系统，其特征在于，所述第二马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
29.如权利要求27所述的太阳能系统，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成方位角-高度固定架。
30.如权利要求27所述的太阳能系统，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成十字固定架。
31.如权利要求27所述的太阳能系统，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成极固定架。
32.如权利要求25所述的太阳能系统，其特征在于，所述收集器具有真实的焦点以及在0.5m和2m之间的孔。
33.如权利要求25所述的太阳能系统，其特征在于，所述能量转换单元是从包括热发生器、聚焦光电电池和平光电电池的组中选择的。
34.如权利要求25所述的太阳能系统，其特征在于，布置成热电联供(CHP)系统。
35.如权利要求25所述的太阳能系统，其特征在于，还包括用于测量太阳入射通量的差动装置，以提供所述追踪运动的闭环控制。
36.如权利要求25所述的太阳能系统，其特征在于，还包括与所述马达保持通信的控制单元，所述控制单元利用对使得太阳入射通量最大的方向的表达式来控制所述追踪运动。
37.一种中央设备包括多个单元，所述单元的每一个包括第一主支撑；安装在所述第一主支撑上的第一追踪单元，所述第一追踪单元包括用于天体追踪机构的第一无线电转盘驱动装置，所述第一无线电转盘驱动装置包括第一支撑结构；安装在所述支撑结构上的第一圆柱形鼓，所述鼓限定了鼓转动轴线和沿其圆周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓转动轴线并且与所述鼓固定连接以在所述转动轴线随着所述鼓转动的第一中心轴；安装在所述鼓外表面上的第一弹簧，所述第一弹簧具有垂直于所述鼓转动轴线的弹簧轴线；以及安装在所述鼓外表面上的第一锚固件；安装在所述支撑结构上的与所述鼓相邻的第一圆柱形绞盘，所述绞盘限定了平行于所述鼓转动轴线的绞盘转动轴线和沿其圆周的绞盘外表面；具有第一端和第二端的第一缆线，所述缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述锚固件固定连接，所述第二端与所述弹簧固定连接，并且利用大于转动所述鼓所需作用力的作用力使得所述弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述主支撑上用于提供追踪运动的第一马达；收集器；以及能量转换单元。
38.如权利要求37所述的中央设备，其特征在于，所述第一马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
39.如权利要求37所述的中央设备，其特征在于，所述第一追踪单元布置在第一转动轴线上，并且还包括布置在第二转动轴线上的第二追踪单元，所述第二追踪单元包括用于天体追踪机构的第二无线电转盘驱动装置，所述第二无线电转盘驱动装置包括第二支撑结构；安装在所述第二支撑结构上的第二圆柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓转动轴线和沿其圆周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓转动轴线并且与所述第二鼓固定连接以在所述第二转动轴线随着所述第二鼓转动的第二中心轴；安装在所述第二鼓外表面上的第二弹簧，所述第二弹簧具有垂直于所述第二鼓转动轴线的第二弹簧轴线；以及安装在所述第二鼓外表面上的第二锚固件；安装在所述第二支撑结构上的与所述第二鼓相邻的第二圆柱形绞盘，所述第二绞盘限定了平行于所述第二鼓转动轴线的第二绞盘转动轴线和沿其圆周的第二绞盘外表面；具有第一端和第二端的第二缆线，所述第二缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述第二鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述第二锚固件固定连接，所述第二端与所述第二弹簧固定连接，并且利用大于转动所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述第二绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述第二主支撑上用于提供第二追踪运动的第二马达；以及与所述第二马达和所述第二圆柱形绞盘保持通信的第二传动系统，以将来自于所述第二马达的所述第二追踪运动传送到所述第二绞盘。
40.如权利要求39所述的中央设备，其特征在于，所述第二马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
41.如权利要求39所述的中央设备，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成方位角-高度固定架。
42.如权利要求39所述的中央设备，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成十字固定架。
43.如权利要求39所述的中央设备，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成极固定架。
44.如权利要求37所述的中央设备，其特征在于，所述收集器具有真实的焦点以及在0.5m和2m之间的孔。
45.如权利要求37所述的中央设备，其特征在于，所述能量转换单元是从包括热发生器、聚焦光电电池和平光电电池的组中选择的。
46.如权利要求37所述的中央设备，其特征在于，布置成热电联供(CHP)系统。
47.如权利要求37所述的中央设备，其特征在于，还包括用于测量太阳入射通量的差动装置，以提供所述追踪运动的闭环控制。
48.如权利要求37所述的中央设备，其特征在于，还包括与所述马达保持通信的控制单元，所述控制单元利用对使得太阳入射通量最大的方向的表达式来控制所述追踪运动。
49.一种定日镜包括用于所述定日镜的第一主支撑；安装在所述第一主支撑上的第一追踪单元，所述第一追踪单元包括用于天体追踪机构的第一无线电转盘驱动装置，所述第一无线电转盘驱动装置包括第一支撑结构；安装在所述支撑结构上的第一圆柱形鼓，所述鼓限定了鼓转动轴线和沿其圆周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓转动轴线并且与所述鼓固定连接以在所述转动轴线随着所述鼓转动的第一中心轴；安装在所述鼓外表面上的第一弹簧，所述第一弹簧具有垂直于所述鼓转动轴线的弹簧轴线；以及安装在所述鼓外表面上的第一锚固件；安装在所述支撑结构上的与所述鼓相邻的第一圆柱形绞盘，所述绞盘限定了平行于所述鼓转动轴线的绞盘转动轴线和沿其圆周的绞盘外表面；具有第一端和第二端的第一缆线，所述缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述锚固件固定连接，所述第二端与所述弹簧固定连接，并且利用大于转动所述鼓所需作用力的作用力使得所述弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述主支撑上用于提供追踪运动的第一马达；与所述马达和所述圆柱形绞盘保持通信的第一传动系统，以将来自于所述马达的所述追踪运动传送到所述绞盘；以及收集器。
50.如权利要求49所述的定日镜，其特征在于，所述第一马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
51.如权利要求49所述的定日镜，其特征在于，所述第一追踪单元布置在第一转动轴线上，并且还包括布置在第二转动轴线上的第二追踪单元，所述第二追踪单元包括用于天体追踪机构的第二无线电转盘驱动装置，所述第二无线电转盘驱动装置包括第二支撑结构；安装在所述第二支撑结构上的第二圆柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓转动轴线和沿其圆周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓转动轴线并且与所述第二鼓固定连接以在所述第二转动轴线随着所述第二鼓转动的第二中心轴；安装在所述第二鼓外表面上的第二弹簧，所述第二弹簧具有垂直于所述第二鼓转动轴线的第二弹簧轴线；以及安装在所述第二鼓外表面上的第二锚固件；安装在所述第二支撑结构上的与所述第二鼓相邻的第二圆柱形绞盘，所述第二绞盘限定了平行于所述第二鼓转动轴线的第二绞盘转动轴线和沿其圆周的第二绞盘外表面；具有第一端和第二端的第二缆线，所述第二缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述第二鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述第二锚固件固定连接，所述第二端与所述第二弹簧固定连接，并且利用大于转动所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述第二绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述第二主支撑上用于提供第二追踪运动的第二马达；以及与所述第二马达和所述第二圆柱形绞盘保持通信的第二传动系统，以将来自于所述第二马达的所述第二追踪运动传送到所述第二绞盘。
52.如权利要求51所述的定日镜，其特征在于，所述第二马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
53.如权利要求51所述的定日镜，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成方位角-高度固定架。
54.如权利要求51所述的定日镜，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成十字固定架。
55.如权利要求51所述的定日镜，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成极固定架。
56.如权利要求49所述的定日镜，其特征在于，所述收集器具有真实的焦点以及在0.5m和2m之间的孔。
57.如权利要求49所述的定日镜，其特征在于，还包括与所述马达保持通信的控制单元，所述控制单元利用对使得太阳入射通量最大的方向的表达式来控制所述追踪运动。
58.一种中央设备包括多个定日镜，所述定日镜的每一个包括第一主支撑；安装在所述第一主支撑上的第一追踪单元，所述第一追踪单元包括用于天体追踪机构的第一无线电转盘驱动装置，所述第一无线电转盘驱动装置包括第一支撑结构；安装在所述支撑结构上的第一圆柱形鼓，所述鼓限定了鼓转动轴线和沿其圆周的鼓外表面，所述鼓包括平行于所述鼓转动轴线并且与所述鼓固定连接以在所述转动轴线随着所述鼓转动的第一中心轴；安装在所述鼓外表面上的第一弹簧，所述第一弹簧具有垂直于所述鼓转动轴线的弹簧轴线；以及安装在所述鼓外表面上的第一锚固件；安装在所述支撑结构上的与所述鼓相邻的第一圆柱形绞盘，所述绞盘限定了平行于所述鼓转动轴线的绞盘转动轴线和沿其圆周的绞盘外表面；具有第一端和第二端的第一缆线，所述缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述锚固件固定连接，所述第二端与所述弹簧固定连接，并且利用大于转动所述鼓所需作用力的作用力使得所述弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述主支撑上用于提供追踪运动的第一马达；与所述马达和所述圆柱形绞盘保持通信的第一传动系统，以将来自于所述马达的所述追踪运动传送到所述绞盘；收集器，所述中央设备还包括能量转换单元。
59.如权利要求58所述的中央设备，其特征在于，所述第一马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
60.如权利要求58所述的中央设备，其特征在于，所述第一追踪单元布置在第一转动轴线上，并且还包括布置在第二转动轴线上的第二追踪单元，所述第二追踪单元包括用于天体追踪机构的第二无线电转盘驱动装置，所述第二无线电转盘驱动装置包括第二支撑结构；安装在所述第二支撑结构上的第二圆柱形鼓，所述第二鼓限定了第二鼓转动轴线和沿其圆周的第二鼓外表面，所述第二鼓包括平行于所述第二鼓转动轴线并且与所述第二鼓固定连接以在所述第二转动轴线随着所述第二鼓转动的第二中心轴；安装在所述第二鼓外表面上的第二弹簧，所述第二弹簧具有垂直于所述第二鼓转动轴线的第二弹簧轴线；以及安装在所述第二鼓外表面上的第二锚固件；安装在所述第二支撑结构上的与所述第二鼓相邻的第二圆柱形绞盘，所述第二绞盘限定了平行于所述第二鼓转动轴线的第二绞盘转动轴线和沿其圆周的第二绞盘外表面；具有第一端和第二端的第二缆线，所述第二缆线沿着第一方向紧紧缠绕在所述第二鼓上以及沿着第二方向紧紧缠绕在所述绞盘上，其中所述第一端与所述第二锚固件固定连接，所述第二端与所述第二弹簧固定连接，并且利用大于转动所述第二鼓所需作用力的作用力使得所述第二弹簧保持张紧状态，从而沿着第一方向转动所述第二绞盘将使得所述鼓沿着第二方向转动，并且实现基本上为零的偏移和基本上为零的漂移；以及安装在所述第二主支撑上用于提供第二追踪运动的第二马达；以及与所述第二马达和所述第二圆柱形绞盘保持通信的第二传动系统，以将来自于所述第二马达的所述第二追踪运动传送到所述第二绞盘。
61.如权利要求60所述的中央设备，其特征在于，所述第二马达是从步进马达和直流马达的组中选择的。
62.如权利要求60所述的中央设备，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成方位角-高度固定架。
63.如权利要求60所述的中央设备，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成十字固定架。
64.如权利要求60所述的中央设备，其特征在于，所述第一和第二追踪单元被布置成极固定架。
65.如权利要求58所述的中央设备，其特征在于，所述收集器具有真实的焦点以及在0.5m和2m之间的孔。
66.如权利要求58所述的中央设备，其特征在于，所述能量转换单元是从包括热发生器、聚焦光电电池和平光电电池的组中选择的。
67.如权利要求58所述的中央设备，其特征在于，布置成热电联供(CHP)系统。
68.如权利要求58所述的中央设备，其特征在于，还包括用于测量太阳入射通量的差动装置，以提供所述追踪运动的闭环控制。
69.如权利要求58所述的中央设备，其特征在于，还包括与所述马达保持通信的控制单元，所述控制单元利用对于使得太阳入射通量最大的方向的表达式来控制所述追踪运动。
全文摘要
本发明提供一种高效、小型、热电联供(CHP)聚集太阳能的系统，该太阳能系统特别是为住宅和其它较低的功率应用场合设计的，使其成本节省和经济可行。孔在1和2米之间的盘状反射器的两轴追踪确保200和800 suns之间的高或者更高的会聚比。因此，可在收集器冷却剂(可是油、气体或者加压水)的出口处达到120－180℃的很高冷却剂出口温度。高冷却剂温度是具有优势的，这是因为它们可用于空气调节。较高的聚集度是具有优势的，这是因为聚集度较高能够提高为集中辐射设计的光电电池的效率。总效率大于60％。另外，被设计成为无线电转盘驱动装置的一种简单但精确的驱动装置被提供以驱动聚集太阳能的系统，该驱动装置具有基本为零的偏移以及基本上为零的漂移。最好，使用两个无线电转盘驱动装置并且沿着方位角－高度固定架、极固定架或者十字固定架的两个轴进行追踪。
文档编号H01L31/052GK1826496SQ200480020067
公开日2006年8月30日 申请日期2004年5月12日 优先权日2003年5月12日
发明者A·克里布斯, N·－A·利维, D·卡夫托里 申请人:特拉维夫大学拉莫特有限公司