起源共享相同的X和y定位不同聚光 器模块的反射器。
[0096] 如前所述，现代的或常规的太阳能热塔电厂设计都平行聚光在太阳跟踪，单反射 块状场地（或多反射单位与反射器为每个跟踪单位彼此，即，不在不同的初始角度），它们 排列在关于单个热塔式接收器大的面积。运种现代太阳能塔设计通常阵列的反射器在大面 积上，特别是当与图IA的矩形小区场地相比较。图IB描绘了应用于加州己斯托的太阳能 一号/太阳能二号太阳能热电厂余弦效应曲线。如可W看到的，在太阳能一号/太阳能二 号太阳能热电厂的反射器场（黑色小方块）被相对均匀地分布在所有的半圆区场地是运样 的塔（在图中屯、）的北的，运是近地的半径。该太阳能一号/太阳能二号反射器的两个领 场地也是通过最相似的半圆形区场地向南延伸。图IC适用于图1为艾文帕-1的太阳能热 塔式发电厂的光学余弦效应曲线。与此相反的太阳能一号/太阳能二号（原建于1981年 和1995年，它们分别不再运行），艾文帕-1的太阳能热塔式厂是一个完全现代化的体系，已 经在2013年后期完成。可W看出，艾文帕-1采用了更大的定日镜场（将近比太阳能一号/ 二号更宽2. 5倍），在目前是世界上最高的太阳能光热塔（比太阳能一号/二号高50% )。
[0097] 应当理解，本文所用术语"聚光器模块"，指的是具有多个初始角度的多个反射器 聚光器模块，具有一个单一的反射器的聚光比大于1聚光器模块，或者到聚光器模块具有 的总聚光比大于1。
[0098] 对于给定的聚光器模块的给定反射器，（除了聚光器模块的中屯、反射器，它可W具 有与聚光器模块的平面的矢量对应正常单位矢量和具有的X，y坐标0,0)具有初始角a， 在聚光器的坐标系的正常单位矢量被给出：
[0100] 单位矢量/；。片，,0)和足(.、;〇..0)是光束入射和反射单位矢量，分别为中屯、在提供 X和y位置中的聚光器的反射器坐标系。的角度丫为单位矢量/;(.、-，，,，〇,)和足之间 的角度：
[0101]
[0102] 一个例子聚光器模块和塔布局为一系列2维固定目标太阳能热塔的发电厂显示 于图3A所述的与塔31和聚光器模块32 (在图3A中，每个聚光器模块被示为具有XY坐 标，其中第一坐标表示从塔中的聚光器模块中屯、沿大致纵向线和第二坐标的距离（如塔高 度的函数）表示的距离（如塔高度的函数）的聚光器模块中屯、之间在课程的大致横向方 向-即纵向线，其它图案也可W使用，W及和本发明并不限于所描绘的图案和指示坐标）。 每个2维固定目标太阳能热塔发电厂可W具有是由聚光器模块的数量提供一个峰值功率。 每个聚光器模块可W由一个太阳跟踪设备得到支持，并可W具有可变的个体聚光比依赖的 聚光器模块的位置相对于相应的目标位置上。每个聚光器模块可W具有许多较小的反射器 /反射镜是平坦的或弯曲的。
[0103] 图3B示出了地球表面的坐标系为一个聚光器模块。地球表面的坐标系原点在塔 接收器面中屯、投射在地球平面，即正下方的平面上的接收器目标面部中屯、相切地球的在该 位置的公称表面，WX和y轴指向北部和东部，分别与Z轴指向接收器的目标面中屯、。高度 h定义了从平行于地球平面和大致重合与聚光器模块至目标面中屯、的旋转中屯、的平面的距 离，并且可W代表标称塔的高度。每个聚光器模块可W被定位在一个位置狂，Y，0)相对于 地球表面的坐标系，和聚光器模块的旋转中屯、可W是距离d远离目标面中屯、。
[0104] 各个反射器/反射镜的例子太阳能聚光器模块的布局示于图4中一个直角坐标系 是用来与X和y轴与模块框和与原点在模块转动中屯、41对准（在图2中运是相同的坐标 系）。
[0105] 下面的实施例描述了如何获得用于给定聚光器模块，W及如何确定每个聚光器模 块的聚光比。
[0106] 所述的跟踪系统和各模块的散焦效应所描述到地球表面的坐标系，其中X和y轴 分别与北，东对准，并且与原点在模块旋转中屯、与Z轴顶角。
[0107] 所述的跟踪系统和散焦效应为2维的固定目标太阳能热塔发电厂相对于地球表 面的坐标系进行了讨论。在下面的讨论中，XYZ坐标系是将被理解为与地球表面对准坐标 系（X轴指向东部，Y轴指向北，和Z轴朝上）。
[0108] 当阳光，接收器祀面中屯、，W及一个聚光器模块的旋转中屯、不排在一条直线上，即 落在聚光器模块的中屯、反射器的光束入射单位矢量可W在地球表面的坐标系被获得：
[0110] 5是定义为阳光和地球的赤道平面，其值范围之间的角度之间-23.5°至 巧3.5°，由下式给出的磁偏角：
[01U] 5 =arcsinlO. 39795cos[0. 98563(N-173)]} (5)
[0112] 式中，和W前一样，余弦度和天数N开始于I月I日。
[0113] 小时角《被定义为描述绕其极轴地球的旋转位置的角度，并且增加了由每小时 15度的值0在太阳正午一个值在太阳能热塔式发电厂的位置，CO的计算公式如下：
[0114] O=15也-。）（6)
[0115] 其中tg是在小时的太阳时。
[0116] 是聚光器模块面板的单位矢量，运也是聚光器模块的中屯、反射器的载体，一个 饼. 聚光器模块在一天W跟踪太阳在不同时间可由下式获得：
[0118] 其中一个聚光器模块的反射单位矢量由下式给出：
[0120] 一个聚光器模块的正常单位矢量.^也可W通过一个跟踪旋转矩阵R如下求得：
[0122] 其中角度B是从一个聚光器模块的单位法线矢量,^的投影在xy平面上W顺时针 测量的y指向坐标轴和定义为集电体的单位法线矢量#之间的角度的角度P是模块和聚 M: 光器的Xy平面坐标系。图5绘出了模块跟踪角B和角度0。模块跟踪角B和角度0给出 由W下等式获得的参数：
[0124] 图6绘制了聚光器模块在一天跟踪太阳在特定时间的特定反射器的法线单位矢 量。聚光器模块的一个特定反射器的正常单位矢量可W通过使用之前在本公开内容中 讨论的相同的旋转矩阵R来获得。利用旋转矩阵R，要聚光器模块的特定反射器的正常单位 矢量.iC由下式给出：
[0125] 而二馬,瓜.;>.，()） (11)
[0126] 矢量指向从聚光器单位来源，例如载体，中屯、反射器中屯、或聚光器模块的旋转中 必，^具体的反射中必为/片，_);，0^日从在聚光器模块旋转后的反射器位置^^的接收器的中 屯、的偏差由下式给出：
[0127] I二伊/心，v，0) 祥萄
[0128] 特定反射器的光束入射单位矢量￡为一个聚光器模块等效于入射单位矢量在 下式的给定时间跟踪太阳：
[0129] Cr二I
[0130] 反射单位矢量用于跟踪在一天太阳当聚光器模块的特定的反射器由下式给 TK 出：
[0131] 爲=2.爲.cosf/二.爲]-/二 卿） V.J
[0132] 根据用于一个聚光器模块的特定反射器的反射部矢量和聚光器模块旋转后， 每个反射器的位置中，线可通过使用下式获得的：
[0134] 接收面的公式因此可W由下式给出：
[01 巧]A(X' -X。)+B(y' -y。)+C(Z' -Z。)+D= 0
(16)
[0137]其中相，咕，^是^在X，y和Z的分量，RfKx,RrRy和RrRz是惠在X，y和Z的分量， X和Y是相对于塔的每个模块位置的X和y分量（见图3B)。同样地，X。和Y。是X和y分 量为与模块中屯、并垂直于目标表面上的目标中屯、间的结线的聚光器模块。h是塔的祀面中 屯、对于旋转的模块中屯、的相对垂直高度。
[013引使用矢量计算，我们可能获得的散焦效果（AX，Ay,和Az)的一个例子公式。再 次，尽管跟踪模块期间正常单位矢量旋转可W确保聚光器模块的反射矢量总是指向接收器 面中屯、，所述聚光器模块上不同的反射器的反射矢量可能偏离接收器面中屯、。在接收器表 面平面运些偏差，AX，Ay,和Az由下式给出：
(i7)
[0140] 在下面的详细实施例，其实例跟踪系统被描述，包括散焦利用地球表面坐标系统 中给定聚光器模块的作用和聚光比。对于图2中描述的太阳位置，都在一个聚光器模块的 反射器将反射朝向接收机祀面的中屯、的入射阳光。但是，当太阳在任何其他位置时，所述聚 光器模块的法线单位矢量必须旋转远离图2中，W保持聚光器模块的反射矢量上的接收机 目标脸部的中屯、所描述的位置。在运个例子中，聚光器模块的旋转中屯、是聚光器模块的中 屯、反射器的中屯、。图7显示了跟踪角B和0为当地24小时计时功能，在春分/秋分，夏至 和冬至。在图7的例子中，聚光器模块中屯、是从塔接收器祀面中屯、6米（d= 6米），并且位 置缔度是18°N.在一些实施方案中，聚光器模块的作为时间的函数的跟踪角在一天（上 午8:00至下午4:00)在春分/秋分，夏至，和冬至分别是由直线，虚线，和虚线表示。W运 种方式，如图7所示，随时随地可W得到跟踪角。
[0141] 由于聚光器模块旋转中屯、是不聚光器模块中的所有反射器的中屯、（除中央反射 器的），聚光器模块旋转可导致对不同的反射器从接收器目标的中屯、偏离的反射矢量面对。 图8是示出示例计算聚焦对于d= 6米的示例聚光器模块的误差。初始角度a的反射器 为在本实施例的聚光器模块都与在18°的缔度在太阳能热塔植物获得；在本实施例的聚 光器模块45具有反射器（省略了 7X7阵列角反射器）。图8描述了在上午8:00和下午 4:00春分/秋分，夏至，并冬至所有的反射器在运个例子中聚光模块的散焦点坐标。反射在 上午8:00和下午4:00在春分/秋分的聚焦误差由黑色方块和白色方块，分别表明，反射的 上午8:00和下午4:00的聚焦误差夏至是由黑色五角星和白色五角星，表示分别与反射器 中的上午8:00和下午4:00在冬至聚焦误差由黑色=角形和白色=角形，分别表示。运个 示例性的聚光器模块的布局（离开了反射器具有更大的误差，例如，在7X7阵列本实施例 的角反射器）可通过仅包括反射器与一个特定的边界内密闭聚焦误差，例如，聚焦误差得 到如图8所示的满足-0. 4米《AX《0. 4米，-0. 4米《AZ《0. 4米。
[0142] 在一个示例配置中，例如，诸如图4的示例聚光器模块，该聚光器模块可W被设计 成使得在所述聚光器模块的每个反射器具有为40cm标称尺寸，并且接收器祀面具有的尺 寸80厘米。运种例子中的配置可具有约10通过保留反射器42提供的聚光比（被去除的 反射器43没有对聚光因子有贡献）。同样地，布局中的太阳塔发电厂其他聚光器模块可W W类似的方式来获得，例如，通过计算基于每个聚光器模块的X，Y，0位置每个聚光器模块， 每个反射器的聚焦误差，然后省略来自每个聚光器模块在阵列位置已聚焦超出聚焦误差包 络线误差，例如反射器，-0. 4米《AX《0. 4米，-0. 4米《AZ《0. 4米。
[0143] 在一些实现中，在一个聚光器模块为个人的反射器的聚光比可W是不同的，并且 在一些其它或替代实施方式中，每个聚光器模块可W具有可变的个体聚光比取决于相对的 聚光器模块的该位置为了在目标位置W最大化太阳能热塔发电厂的总聚光的比率。
[0144] 一般而言，对于一个固定的目标太阳能热塔发电厂的聚光器模块场地布局可W如 图3所述的与塔31和聚光器模块32如所讨论的，多个太阳能热塔发电厂可W组合在一起， 并排列到提供一个总功率产量比任何单个太阳能热塔式发电厂更高（图3A示出了排列在 的东西线的=个太阳能热塔的发电厂）。在一些实施例中，每个聚光器模块可W具有一个单 独的聚光比3的聚光比是传统热的太阳能塔的发电厂的上实际限制大得多。此外，为了最 大限度地提高的总聚光比，每个聚光器模块可W具有可变的个体聚光比取决于聚光器模块 的位置相对于目标位置上的。每个聚光器模块可W具有一些较小的反射器是平面的或具有 曲率。W运种方式，总聚光比超过200至300,纯粹由于对聚光器模块可W实现（聚光比率 是在传统的热太阳塔发电厂的规模，但使用与比较的聚光器模块一个急剧减少数跟踪反射 器在现有的太阳能热塔式发电厂使用）的数量。由于较小的尺寸在此讨论的太阳能热塔的 发电厂，黑体福射损失可W保持较小（与常规太阳能热塔式植株相比）。对于具有在10-30 的聚光比范围内聚光器，较大功率的实施例（为200kW-500kW的）塔可W被实现，即使不使 用选择性吸收涂层或真空绝热用的聚光器模块更大数目。
[0145] 应当理解的是，通过限制放置聚光器模块对于给定的太阳能热塔到一个窄的北南 条，其中余弦效率是高的，例如，处于90%和更高的范围内，有效地利用更高聚光比的聚光 器模块，例如，聚光器模块有10-40的聚光比，可W容易。现有的太阳能热塔式发电厂包括 聚光器模块分布在区场地具有低得多的余弦效率不能使用运样的高聚光比聚光器模块大 场地，因为a)每聚光器模块将需要定制W考虑的光学条件在其中安装位置（并因此非常昂 贵），和b)运种定制聚光器模块的聚光比将由于余弦损失受到负面影响。其结果是，现有的 太阳能热塔式发电厂通常只使用一种或两种不同类型的横跨聚光器模块的整个领场地镜； 运样的镜子提供通常聚光比小于1，并从不超过3。
[0146] 虽然限制安置高聚光比聚光器模块W高余弦效率的区场地可有助于最大化太阳 能被引导在热接收器的数量，有可能仅是运样的聚光器模块的一个有限数量的可能适合运 样的地理区场地内，例如5-10,限制由聚光器模块所提供的总太阳聚光。在运样的情况下， 它是不希望的增加聚光器其它模块，例如，由于成本或放置在低级余弦效率区场地中，热接 收器可W配备，如先前所讨论的，在某些形式的真空绝热和/或选择性吸收涂层为了增大 总聚光比。
[0147] 除了上述讨论的聚焦误差，聚焦误差的额外来源可W是太阳跟踪机构，例如，用于 确定每个聚光器模块的旋转运动的角传感器的测量误差的转动准确度；对于运样的误差的 共同价值为±0.02°。图9示出图8的聚焦误差（不春分/秋分或冬季/夏季至日区分） 为黑=角，并且还包括白色=角形表示相同的数据点作为修改W考虑在+0.02°的误差对 于B和0。如可W看到的，跟踪系统旋转位置误差的贡献可W被减少到使用当前可用的跟 踪系统几乎可W忽略不计的水平。
[0148] 应当注意的是，尽管由于定位系统不准确的聚焦误差是上述（在相对短的距离d =6米）的条件下可W忽略不计，则聚焦误差影响可能是显著时，d是在一个更高的值。运 可能会限制在塔的高度和所述聚光器模块的相对于该塔的相对定位。
[0149] 下面进一步W详细的实施例来描述如何根据在给定的概念优化模块化太阳能热 塔系统的布局。最优塔的高度和每个聚光器模块中的给定缔度的定位进行说明。
[0150] 图10示出一个实施例的聚光比在不同缔度（18°和31° )，为的塔高度h的函数 的模块化的太阳能热塔发电厂（W米为单位）。在一些实施方案中，多个太阳能热塔式发 电厂系统的聚光比可W包括从不同高度的太阳能热塔发电厂聚光比。例如，一个太阳能热 塔发电厂系统可包括太阳能热塔每个具有五个聚光器模块，但不同的塔架高度，从而减少 对于一些聚光器模块的由相邻塔组件阴影阻挡的潜力。在一些实施方案中，可W通过计算 的最短距离，允许与入射最大角的阳光相对于所述聚光