专利名称：具有自跟踪接收器的太阳能聚集器的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能收集器领域，并且更具体地为具有抛物型槽的太阳能收集器以及其他类型的聚集器。
背景技术：
太阳能在解决对无污染的替换能源的不断增长的需求中具有突出的地位。当前， 主要有四种用于利用太阳能的装置。它们是(1)抛物型槽状聚集器，(2)定日镜，(3)光电电池模块，以及(4)平板型热水收集器。这些装置中，大规模抛物型槽聚集器阵列逐渐得到普及。这些阵列覆盖面积大，通常用于产生蒸汽，然后蒸汽再被用于发电。然后电被送入到电网中，分散到其他地方。然而这个过程具有一些局限性，包括在将太阳能转换成电能过程中大量的能量损失以及在将电能从太阳能阵列输送到使用点的过程中的损失。申请人:在这里提出一种简单并且实用的装置，该装置可以直接在使用点收集太阳能，其包括将建筑物和其他结构建造成具有抛物型屋顶和/或带有一体的抛物型槽的罩篷，或者其他能就地提供用于除电能以外的加热、产生热水以及空调的太阳能的太阳能聚集器。由于这些结构基本上都是无法移动的，并且太阳能抛物型槽聚集器的焦点的路径随着一天中的变化和季节的变化而移动，这些太阳能聚集器或者优选的与其相关的接收器需要包括自跟踪系统以保持接收器位于聚集器的焦点的路径上。涉及太阳能跟踪系统以及特别是那些内部包含有光伏电池的系统的许多专利文献已经公开。这些包括由授权给krlaut等的美国专利No. 4，031，385，授权给Brokaw的美国专利#4, 098，264，授权给Bourdon等的美国专利No. 4，068，653，授权给Carroll的美国专禾Ij No. 4，153，039，以及授权给Beam的美国专利No4, 349，733，它们通过引用而并入本文。然而，这些专利中的光伏电池直接朝向太阳。结果是，这些电池不能产生足够的能量来独立地操作这些系统的跟踪马达，并且由此这些系统限制由这些电池产生的电能只能用于信号目的。进一步的结果是，这些系统在没有外部电源的地点无法使用。此外，尽管同样通过引用并入本文的授权给Cohen的美国专利No. 4，469，938将光伏电池向下集中到抛物型槽的聚集器里，该‘938号专利主要被设计用于移动轻质的镀铝聚酯薄膜聚集器。尽管‘938号专利的系统在一定程度上的可改变，但跟踪太阳能电池的移动整个反射器的能力对聚集器的尺寸产生实际限制。本专利的目标是通过使用跟踪太阳能电池来移动收集管而不是反射器以克服这些局限性。因此，需要一种自跟踪抛物型槽以及其他太阳能聚集器系统，其不依赖于外部能源来驱动他们的跟踪马达。通常还需要一种自跟踪太阳能聚集器系统，即使在大规模的系统中，该系统也是简单的并且因此生产成本低。
发明内容
在一个实施例中，提供包括抛物型太阳能聚集器的太阳能收集器，其具有一个抛物型横截面，该横截面具有第一端、第二端、位于第一端和第二端之间的中点、以及焦点的路径；具有横跨聚集器的第一端和第二端的长度的支撑梁；以及可移动地连接到位于聚集器上方的支撑梁上的接收器支撑构件。接收器支撑构件包括至少松散地连接到接收器支撑构件的接收器，多个光伏电池，至少一个光伏电池面向第一方向并且至少另一个光伏电池面向不同于第一方向的向着聚集器的第二方向，以及操作地连接到接收器支撑构件的马达，以使该马达沿着支撑梁的长度的至少一部分移动支撑构件。在这种情况下，光伏电池电连接到马达以提供控制马达运动的信号并且提供驱动马达的至少一部分能量。在一个实施例中，接收器支撑构件包括具有在朝向聚集器的顶点处相交的第一支腿和第二支腿的钩状部分。至少一个光伏电池设置在第一支腿上，至少另一个光伏电池设置在第二支腿上，并且接收器放置在钩状部分的凹口里。支撑构件的钩状部分以及接收器共享一个共同的中心点并且马达可以移动钩状部分沿着聚集器的焦点路径移动。钩状部分可以包括具有从两个支腿中的一个延伸出来的一端以及可移动地将钩状部分连接到支撑梁的相对一端的直立部分。在一个实施例中，钩状部分包括设置在直立部分的相对一端上的并通过支撑梁里的长度方向的开口而位于支撑梁中的台车，从而允许台车沿着支撑梁的长度的至少一部分移动。该台车可以通过至少一条导线或线缆连接到马达上，以此马达可操作地沿着支撑梁的长度的在至少一个方向上拉动台车。台车可以包括靠在与支撑梁相关联的至少一个凸缘上的多个轮子。在一个实施例中，收集器包括位于钩状部分的与支撑梁在一条直线上的两个相对端上的多个滑轮，和连接到台车的相对端的连续的导线环或线缆环，其中马达驱动多个滑轮中的一个。在一个实施例中，马达集成在钩状部分的直立部分的相对一端中，马达包括至少一个与布置在与支撑梁相关联的凸缘上的相应的齿相作用的带齿齿轮。支撑梁可以是管状构件，其中马达至少部分地通过支撑梁的长度方向的开口设置在管状构件里。凸缘可以包括结合到凸缘上的齿形带。在一个实施例中，马达在直立部分的相对一端集成到钩状部分中，马达包括与固定到支撑梁上的螺母相作用的螺杆。钩状部分可以通过环套可移动地连接到支撑梁上并且马达和螺母布置在支撑梁的外部。在一个实施例中，提供一种太阳能收集器，其包括具有抛物型横截面的抛物型槽太阳能聚集器，其中抛物型横截面具有第一端、第二端、位于第一端和第二端之间的中点以及焦点路径；具有横跨聚集器的第一端和第二端的长度的支撑梁，所述支撑梁具有与聚集器的焦点路径相匹配的形状；以及可移动地连接位于聚集器上方的支撑梁上的接收器支撑构件。接收器支撑构件包括具有在面朝聚集器的顶点上相交的第一支腿和第二支腿的钩状部分，至少松散地在钩状部分的凹口处连接到接收器支撑构件上的接收器，多个光伏电池， 其中至少一个光伏电池布置在第一支腿上以面向第一方向并且至少另一个光伏电池布置在第二支腿上以面向不同于第一方向的朝向聚集器的第二方向，以及操作地连接到接收器支撑构件上的马达，使得马达沿着循着聚集器的焦点路径的所述支撑梁的所述长度的至少一部分移动支撑构件。光伏电池电连接到马达上以提供用于控制马达的信号并且提供至少一部分驱动马达的能量。在一个实施例中，提供一种太阳跟踪系统，其包括固定的太阳能抛物型槽聚集器， 聚集器将所有由其表面反射的太阳光线导向到单一的焦点路径上；一个或多个横跨太阳能抛物型聚集器的支撑梁，其具有弯曲部分，支撑梁的弯曲部分与太阳能抛物型槽聚集器的焦点路径重合；“V”型或修正的“V”型自跟踪接收器支撑构件悬挂在支撑梁上，自跟踪支撑构件具有两个或多个向下面朝太阳能抛物型槽聚集器的表面；两个或多个同样地被供能的光伏电池相对地连接到自跟踪钩的朝向下方的表面上，朝向下方的光伏电池截获由太阳能抛物型槽聚集器反射的太阳光线；以及布置在自跟踪支撑构件的“V”型或修正的“V”型部分中的接收器，接收器与位于相对的光伏电池之间的中点对齐。马达响应于来自相对的光伏电池的差值电流，将自跟踪钩和接收器作为一个整体移动进入到太阳能抛物型槽聚集器的焦点路径里，响应于来自相对的光伏电池的差值电流，将自跟踪钩和接收器移动进入到太阳能抛物型槽聚集器的焦点中。本发明其它方面的技术方案可以参照下面给出的详细的描述。
图1为根据这里公开的系统的至少一个实施例的自跟踪太阳能接收器的仰视立体图，其包括可移动地安装到支撑梁上的支撑钩。图IA为根据这里公开的系统的至少一个实施例的自跟踪太阳能接收器的切去一部分的视图，其包括使用靠在支撑梁的凸缘上的台车系统可移动地安装到支撑梁上的支撑钩。图IB为根据这里公开的系统的至少一个实施例的自跟踪太阳能接收器的切去一部分的侧视图，其包括使用围绕布置在支撑钩上的与支撑梁在一条直线上的相对两端的两个滑轮的导线或线缆的支撑钩。图2为根据这里公开的系统的至少一个实施例的自跟踪太阳能接收器的切去一部分的侧视图，其包括具有集成到其上的用于转动与连接到支撑梁的凸缘上的相应的齿相作用的齿轮的马达的支撑钩。图3为根据这里公开的系统的至少一个实施例的自跟踪太阳能收集器的切去一部分的侧视图，其包括具有集成到其上的用于转动与连接到支撑梁上的相应的螺母相作用的螺杆的马达的支撑钩。图4为根据这里公开的系统的至少一个实施例的自跟踪太阳能接收器的侧视图， 其包括具有集成到其上的用于转动与连接到支撑梁下方的相应的螺母相作用的螺杆的马达的支撑钩。图5为根据这里公开的系统的至少一个实施例的自跟踪太阳能接收器的侧视图， 其包括具有位于圆柱管状支撑梁中的摩托化螺母和螺杆驱动系统的支撑钩。图6为根据这里公开的系统的至少一个实施例的结构的立体图，其包括包含有两个太阳能抛物型槽聚集器的改进的锯齿状屋顶。图7为根据这里公开的系统的至少一个实施例的结构的立体图，其包括具有连接到结构上的带电动马达的抛物型太阳能罩篷。图7A为图7所示的电动马达的侧视图。
图8为根据这里公开的系统的至少一个实施例的结构的立体图，其包括弯曲成与太阳能抛物型槽聚集器的抛物线形状的焦点路径相匹配的支撑梁。图9为根据这里公开的系统的至少一个实施例的太阳能抛物型槽聚集器的侧视图，其示出了从聚集器反射出的太阳光线射向自跟踪支撑钩。图10为根据这里公开的系统的至少一个实施例的结构的立体图，其包括添加到现有结构上的抛物型太阳能收集器。
具体实施例方式因此提供一个或多个太阳能收集器系统，其通常包括太阳能聚集器以及可移动地与其相关联的接收器。在至少一个实施例中，接收器连接到可移动地连接到支撑梁的自跟踪接收器支撑构件上。支撑梁保持并且运送太阳能系统的支撑构件/接收器，保持接收器集中在或者尽可能地接近聚集器的反射光线的焦点路径。该系统优选地包括至少一个为一个或多个相对于聚集器移动接收器支撑构件的马达提供电能的光伏电池。在这方面，该系统不需要外部能源而将支撑构件/接收器保持在与聚集器对准。由于该系统不需要外部能源，因此其在容易停电的地区具有格外优越的实用性并且对于没有连接到电网的偏远环境同样是很理想的。参照图1，在至少一个实施例中，系统包括具有“V”形部分的自跟踪接收器支撑构件12，在下文中，其被称作支撑钩或者简称为钩。尽管支撑构件12被称作钩12并且在图中以钩被示出，可以理解支撑构件12可以采用任何形状和类型并且由此不被局限于此。在这种情况下，钩12包括多个向下面向用于捕获如图9所示被从太阳能抛物型槽聚集器36反射的聚集的太阳射线39的聚集器的光伏电池14。优选地，自跟踪钩12将接收器16保持在 “V”形部分的凹口中。如图9所示，自跟踪钩12在一端由支撑梁10悬挂在聚集器36的上方。在这种情况下，钩12包括一个直立部分，其具有从“V”形部分的侧边之一向支撑梁10延伸的一个端部。直立部分的相对另一端可移动地连接到支撑梁10，在该实施例中，通过台车M连接。 也就是，直立部分的相对另一端连接到通过支撑梁10的长度方向的开口布置在支撑梁10 内部的滑块或台车M上，这样台车M可以沿着支撑梁10的长度的至少一部分移动。台车 24连接到导线或线缆20的至少一个上，导线或线缆20的至少一个进一步与马达18操作地相连。在这种布置中，台车M由马达18拖曳导线或线缆20而被拉动。台车M可以由重力或者马达18沿相反的方向驱动。马达18由具有电连接线22的光伏电池14供电。在这里公开的一些或者全部实施例中，由于在典型的一天里接收器16的实际移动距离相对非常小，因此，高扭矩低转速直流电动马达被用来移动接收器16。这样可以使用较小的电动马达18以装配在本文提出的空间和几何形状中。图IA是图1所示自跟踪钩12的立体图，其中将支撑梁10的凸缘11切去以展示台车M，在这种情况下，台车M具有轮子15。在该实施例中，支撑梁10为具有大致上矩形横截面的管状构件。支撑梁10进一步包括长度方向的开口，钩12从中穿过，凸缘11位于开口的两端上以支撑台车M。轮子15靠在支撑梁10的凸缘11上随着导线或线缆20被拉动或释放而运动。图IB为自跟踪钩12的一个实施例的立体图，其尤其适用于低纬度地区，在那里太阳能抛物型槽聚集器36的倾斜可能不足以使台车M只单独依靠重力向下发生滚动。在这种情况下，需要使用晾衣绳类型的滑轮系统四，其包括位于钩12的与支撑梁10在一条直线上的相对两端上的滑轮。与图IA所示的连接到台车M的单一的导线或线缆20不同，在该实施例中，连续的导线或线缆环20被连接到台车M相对的两个端部并且围绕着每个滑轮 29，由电动马达驱动滑轮四中的一个。由于线缆20的实际移动极小，该系统即使对于弯曲的支撑梁也适用。管状支撑梁仅仅用于说明的目的。可以理解这种双滑轮、晾衣绳系统可以用于具有任何几何形状的支撑梁以及所有的纬度范围。图2是根据这里公开的系统的至少一个实施例的，自跟踪钩12的支撑梁10的一部分被去掉后的侧视图，示出了带有带齿齿轮观的集成的电动马达18，带齿齿轮观与布置在支撑梁10的凸缘11上的相应的齿沈相啮合或者以其它形式相作用。也就是，电动马达18集成到支撑钩12中，例如集成到位于支撑梁10内的端部。马达18上的齿轮可以与凸缘11上的齿沈直接相作用或者通过中间齿轮(未示出)相作用。在随后的一个实施例中，由马达18驱动较小的齿轮并且该较小的齿轮可以与一个较大的齿轮相作用，然后该较大的齿轮与凸缘11上的齿26相作用。在这种情况下，基于大小齿轮的直径比，齿轮增大了由马达18产生的力。齿沈可以直接形成在凸缘11上或者形成在一个被连接或结合到凸缘11上的带上。在任何一种情况下，齿沈沿着支撑梁10的至少一个凸缘11的长度的至少一部分延伸。钩12的重量可以直接承载在齿沈上或者可承载在凸缘11上或者支撑梁 10的其他地方处的单独的一个或多个承载表面上。马达18还可以布置在有或没有轮子的台车上，其起到支撑钩I2的重量的承载作用。在其他的实施例中，电连接线22仅被布置在系统的移动部分上，封闭在自跟踪钩 12或者其他部件中。将连接线22封闭在钩12中可以保护它们避免受到元件以及由太阳能抛物型槽聚集器36产生的极端的热量的损害。尽管在图2中连接线22位于自跟踪钩12 的侧部，电连接线同样还可以被包围在自跟踪钩12的内部。当将这些电连接线22直接连接到电动马达18时，在运行中连接线22不会遭受在连接移动部件和固定部件时可能作用在其上的机械应力。图3是根据这里公开的系统的至少一个实施例的自跟踪太阳能接收器的一部分被去除后的侧视图，其包括集成到支撑钩12中的马达18。在这种情况下，马达18转动作用于对应的螺母30的螺杆32。马达18封闭在支撑梁10中并且可以沿着支撑梁10的长度的至少一部分移动，而螺杆30固定到支撑梁10的通道壁上。马达18可以靠在轮子15上以使得其可以在支撑梁10的凸缘11上滚动。该特定的实施例更适用于弦为直线的抛物线。图4是根据至少一个实施例的自跟踪太阳能接收器的侧视图，其具有集成的摩托化螺母和螺杆驱动器。也就是，与图3中所示实施例的类似，马达18连接到自跟踪钩12 上，除此之外，马达18、杆32、以及螺母30设置在支撑梁10的外部。支撑梁10没有像其他实施例那样在上面开槽，而是实心或者中空的，在上面没有沿长度方向的开口以供钩12通过。在这种情况下，自跟踪钩12通过环套33松散地连接到支撑梁10上。也就是，环套33 将钩12的重量支撑在支撑梁10上，同时允许钩12沿着支撑梁10的长度的至少一部分移动。该特定的实施例同样更适合于弦为直线的抛物线。在图3和图4所示的实施例中，马达18通常驱动杆32转动，杆32作用于固定的螺母30以向希望的方向移动钩12。光伏电池14提供能量和信号以控制高扭矩、低转速直流马达18，从而使自跟踪钩12以及连接到其上的接收器16沿着聚集器的反射光线的焦点路径移动。尽管这些实施例中，马达18是连接到自跟踪钩12上并且螺母30是固定到梁10 上，然而这些组件还可以以相反的方式使用。图5是根据这里公开的系统的至少一个实施例的自跟踪太阳能接收器的侧视图， 其包括组合在圆柱管状支撑梁34中的具有摩托化螺母和螺杆30驱动装置的支撑钩12。管状支撑梁的使用相对于其他几何形状的支撑梁具有优势。例如，环形横截面可以减少灰尘或者冰在它的圆形表面上的堆积，并且用起来更加经济。图6是根据这里公开的系统的至少一个实施例的结构的立体图，其包括包含两排太阳能抛物型槽聚集器的改进的锯齿形屋顶。这些聚集器的曲率优选地符合方程式Y2 = 4AX。该曲率确保聚集器的焦点路径基本上为一条位于聚集器抛物线横截面的两端之间的直线，这允许钩12运动时所沿着的支撑梁10在结构上为直的。必须要注意，支撑梁10需要设置在接收器16实际的中心点的上方几英寸处，以使得接收器16而不是支撑梁10位于焦点路径上。由于太阳在日出和日落时的极端角度引起的阴影效应，因此，理想的是在槽聚集器的端部使用非跟踪钩代替支撑梁10上的自跟踪钩12。这样，几乎不存在对接收器16的移动的任何阻力；如果不这样做，将会因设置在端部支撑梁上的电动马达18而产生阻力。结构通常包括至少一个抛物型槽聚集器36。聚集器36如同名称所表达地具有抛物型横截面，如图9所示地，接收器16垂直于抛物型横截面。接收器16通常通过多个支撑梁10悬挂在聚集器36上方，每个支撑梁10都具有自跟踪支撑构件12，该构件12可移动地将接收器16连接到支撑梁10上。支撑梁10基本上与聚集器36的焦点路径相平行并且被固定在聚集器36的抛物型横截面的每个端部上。图7为根据这里公开的系统的至少一个实施例的结构的立体图，其具有作为聚集器36的抛物型太阳能罩篷。该特定的应用可以很容易地用于加装现有的商用的结构。该图用于说明电动马达18的位置位于结构本身上而不是连接到自跟踪钩12或支撑梁10上。 这里示出了马达18远离太阳能钩12的任选的定位。聚集器还可以通过罩篷之外的其他手段加装在现有结构的屋顶上。例如，聚集器可以如图10所示地，直接安装在现有的屋顶上。图7a为附着到图7的结构上的马达18的侧视图。马达18缠绕并且松开导线或线缆20从而控制台车M在支撑梁10中的移动。导线或缆索20可被结合在一起以便能在单个马达18上运行。对于长度相当大的抛物型太阳能罩篷这种设置无疑是理想的，因为它也可以限制马达18不均衡地移动接收器16的可能性。图8是根据这里公开的系统的至少一个实施例的结构的立体图，它的支撑梁10是弯曲的而不是直的以便与太阳能抛物型槽聚集器36的焦点路径相一致，聚集器36具有不同于方程Y2 = 4AX所描述的曲率。弯曲的支撑梁10需要能够允许自跟踪钩12沿着曲线移动的运动系统。这样的系统如图2所示，其中齿形带沈连接到支撑梁10的凸缘11上与电动马达18的带齿齿轮观相啮合。齿形带可以类似于车用弹性带，其可以粘附到任何曲线表面。另一个同样可以有效用在弯曲支撑梁10上的系统为图IB所示的晾衣绳运动系统。图9为根据这里公开的系统的至少一个实施例的太阳能抛物型槽聚集器36的侧视图。如同所看到的，太阳的射线37进入并且被太阳能抛物型聚集器36反射。反射的射线39到达其上具有光伏电池14的钩12的“V”形部分的每个支腿。由光伏电池14产生的电能使得钩12和安装在其上的接收器16移动进入并保持在聚集器的焦点路径上。太阳能抛物型槽聚集器36优选地总是向赤道方向倾斜。这种描述代表了在北半球大约35°的纬度处的安装方法。太阳自东向西的运动的整体扫掠造成的自跟踪钩12和接收器16的一天内的移动以及季度的移动相对比较小。这个事实使得使用相对较小并且廉价的高扭矩、低转速直流电动马达18来达到跟踪的目的。操作过程本申请公开了一种可移动的“V”型或改进的“V”型自跟踪钩12，其支撑并移动用于固定的太阳能抛物型槽聚集器36的接收器16。自跟踪钩12悬挂在横跨太阳能抛物型槽聚集器36的两侧的支撑梁10上。固定的太阳能抛物型槽聚集器36可以是屋顶，墙壁，罩篷，车棚或者其他固定结构。聚集器36同样还可以用作移动房屋或者拖车式移动房屋的屋顶或墙表面。太阳能抛物型槽聚集器36理想地面向赤道的方向，并且以与安装地点的纬度相接近的角度倾斜。接收器16沿着太阳能抛物型槽聚集器36的长度以自东向西的方向布置，并且在跟踪太阳时以自北向南的方向移动。“V”型或修正的“V”型自跟踪钩12朝向下方的表面上具有附着到其上的同样地被供能的光伏电池14。布置在自跟踪钩12的朝向下方的表面的中心点的相对两侧的这些光伏电池14，分别由导线连接到高扭矩、低转速可逆直流电动马达18的正负极上。当从太阳能抛物型槽聚集器36反射的朝向上方的太阳射线到达到光伏电池14的朝向下方的侧部时，产生出电流，电流驱动可逆马达18以沿太阳能抛物型槽聚集器的焦点路径的方向移动自跟踪钩12和其所支持的接收器16。接收器16优选地直接布置在自跟踪钩16的中心点的后方。当从位于自跟踪钩12 —侧的光伏电池14产生的电流达到与位于自跟踪钩12的中心点的另一侧的光伏电池14产生的电流相等时，自跟踪钩16停止移动。随着太阳在天空中的位置的变化，马达18响应于由相对布置的光伏电池14发出的电流的不均衡性，并且将自跟踪钩12和/或接收器16的中心点带回到聚集器的焦点。通过这种方式，太阳能抛物型槽聚集器36的焦点精确地或尽可能接近地保持在接收器16上，接收器16与“V”型或修正的“V”型自跟踪钩12的中心点对齐。由于到达自跟踪钩12上的光伏电池14的被聚集的太阳能量所产生的能量大约是太阳产生的能量的30倍或者更多，因此不需要外部能源来移动接收器16。然而，应该期望的，从自跟踪钩12流出的电流可以用于操作开关以允许可逆马达18由外部能源供电运行。 这里公开的系统的进一步改进对于本领域技术人员来说都是可以想到的，并且所有的这些改进都位于本发明的精神和范围之内。支撑梁10可以是直的或者弯曲的并且其可以由棒、杆、管或者任何其他可以提供自跟踪钩12的精确移动所必需刚性支撑的结构形式构造。尽管支撑梁10通常为金属材料， 其他的刚性材料同样也适用。支撑梁10之间适宜的空间的确定由建筑学和工程学的考虑决定。支撑梁10可以是中空的，具有适合于用来移动太阳能钩12的运动装置的型面，或者还可以如图4所示的为实心的。自跟踪接收器优选的实施例在图2中示出。它在自跟踪钩12上集成有电动马达 18。电动马达18垂直布置在支撑梁内并且具有连接到马达18的传动装置上的带齿齿轮观。 带齿齿轮18与附着到支撑梁10的凸缘11上的柔性齿形带啮合。当齿轮18转动时，其与凸缘上相应的齿相作用由此使得马达18、自跟踪钩12、以及接收器16沿着支撑梁10的长度的至少一部分向期望的方向移动。本申请中的马达18可以是高扭矩、低转速直流马达，其通过连接电池14和马达18的电连接线22从自跟踪钩12上的光伏电池14获得电能。如这里讨论的，电池14分别连接到马达18的正负极上。在本实施例或其他实施例中，太阳能收集器利用固定的太阳能抛物型槽聚集器 36，其抛物曲线由方程Y2 = 4AX确定。该特定的抛物线形状的焦点总是落在沿着抛物线的弦的直线上。因此，保持太阳跟踪钩12的支撑梁10同样可以是直的以使得接收器16能保持在焦点路径上。在其他的实施例中，直流马达18可以连接到太阳跟踪钩12上。马达18转动螺纹杆或螺杆通过螺母30 ；螺母30固定在支撑梁10上。该动作与自动车库门开门机上的螺丝驱动相类似。马达18的这个动作将太阳跟踪钩12以及接收器16保持在抛物型槽聚集器 36的焦点上。尽管优选的抛物型反射器曲线由方程Y2 = 4AX确定并且顶点为(0，0)，这允许使用直的支撑梁10来利用沿着弦线下降的为一条直线的焦点路径，而更大的屋顶表面可能需要更浅的抛物型槽聚集器36而不是由方程Y2 = 4AX所定义的。更浅的抛物型槽聚集器 36的焦点路径为弯曲的。在这种情况，支撑梁10的形状将会被弯曲以与从更浅的抛物型槽聚集器36发出的焦点路径的移动弧线尽可能地精确地重合或者实际上与该弧线重合。将支撑梁定位于聚集器36上方将考虑支撑梁10和接收器16之间的距离以确保接收器16而不是支撑梁10能截获被选择的特定抛物型曲线的焦点。在另一个实施例中，用于移动自跟踪钩12的能量在支撑梁10的一端提供。马达 18由位于太阳跟踪钩12上的光伏电池14产生的电流致动。马达18根据不同的更强的电流，通过控制导线22、导线、线缆或链条20、或任何其他类似的装置来移动太阳跟踪钩12沿着支撑梁10移动。马达可以由各个光伏电池14之间产生的电流的差值的电流来运行。可替换地，马达14可以包括一个控制器，其可以确定由多个光伏电池14中的一个产生的不同的电流并且将电流组合起来驱动马达。当电流相同时，控制器可以将能量存储在可再充电的电池或电容器中。在这种情况下，电池和/或电容器可以提供驱动马达14的备用电流。 可逆马达18还可以通过从支撑梁引出的导线、线缆或链条控制任意数量的太阳钩12的运动。在这种情况下，一系列太阳跟踪钩10的电输出可以被组合到一起为马达18提供能量。另外，来自光伏电池14的差值电流能够致动控制由外部电源供电的可逆马达18 的运动的开关。该实施例适用于槽聚集器26的长度非常长的情形，例如当它放置在购物中心的罩篷里并且需要使用多个马达的情形。在多数情况下，可以将配重物附加到导线或线缆上以减小一个或多个马达上的负荷。配重物可以插入到图IB所示的晾衣绳型移动系统的环中。这将与电梯的配重物的运行一样，以抵消接收器的重量。配重物同样还可以如图7A所示的那样容易地集成在连接到结构上的运动系统里。太阳跟踪钩12上的宽开口使得接收器16的插入和移除变得容易。接收器16布置在接收器支撑的“V”型凹口或者其他类似形状的部分中，例如“C”、“D”、“Y”等形状的太阳跟踪钩12，并且由重力或机械连接保持在适当的位置。由于能够简单地将接收器16抬升出太阳跟踪钩12而不需要移除太阳跟踪钩12或者支撑梁10，能量吸收管16的维护、清理、或者更换变得简单。这同样允许甚至在能量吸收管被插入到合适位置之前就可以测试跟踪系统的精确性。屋顶结构的反射材料选择为M到沈标准厚度的镜面化的不锈钢。该厚度与通常用在“巴特勒(Butler)，，以及其他金属建筑物中的金属屋顶的标准类似，只是使用不锈钢是用来相对于传统屋顶表面的寿命来说显著地延长屋顶的寿命。太阳能项目的回报期的计算，通常基于太阳能按照自身的费用；然而，由于用具有不锈钢的抛物型槽聚集器建造的新的或现存的结构具有比标准的屋顶长得多的寿命，随着时间的用于屋顶维修或更换的较低的花费能够显著地改变项目的经济性并且能够加速这项技术进入市场的认可度。镜面化的玻璃、铝、或者塑料为可接受的替换材料，尤其是用于墙壁、罩篷或者其他非屋顶的应用时。这里公开的太阳能系统还可以用在移动应用中，例如休闲车、移动房屋、以及其他临时设施中。当提到聚集器为固定的时，这意味着聚集器自身保持固定到在其运行期间所连接到的结构上。可以理解，整个聚集器和结构可以随意移动和组装。尽管这里公开的系统理想地适用于新结构或者加装到现有结构中的罩篷，根据经验可以确定，它的简易和低成本对于自立式的固定太阳能抛物型槽聚集器具有实际的应用性。虽然出于清楚和便于理解的目的已经对前述的发明作出了详细的描述，本领域技术人员通过阅读公开的内容可以意识到，能够做出的各种形式和细节的修改均没有脱离附加的权利要求中记载的发明的真正的范围。
权利要求
1.一种太阳能收集器，包括具有抛物型横截面的抛物型太阳能聚集器，抛物型横截面具有第一端、第二端、位于第一端和第二端之间的中点，以及焦点路径；具有横跨聚集器的第一以及第二端的长度的支撑梁；以及在聚集器上方可移动地连接到支撑梁上的接收器支撑构件，该接收器支撑构件包括 至少松散地连接到接收器支撑构件上的接收器，多个光伏电池，其中至少一个电池面向第一方向并且至少另一个电池面向不同于第一方向的朝向聚集器的第二方向，以及马达，其操作地连接到接收器支撑构件，从而马达沿着支撑梁的长度的至少一部分移动支撑构件，其中光伏电池电连接到马达上以提供用于控制马达的信号并且提供至少一部分驱动马达的电能。
2.权利要求1的系统，接收器支撑构件包括具有在面向聚集器的顶点处相交的第一支腿和第二支腿的钩状部分，其中至少一个光伏电池布置在第一支腿上，至少另一个光伏电池布置在第二支腿上，并且接收器布置在钩状部分的凹口中。
3.权利要求2的系统，其中支撑构件的钩状部分以及接收器共用一个共同的中心点， 并且其中马达沿着聚集器的焦点路径移动钩状部分。
4.权利要求2的系统，其中钩状部分包括直立部分，所述直立部分具有从支腿中的一个延伸出来的一端以及可移动地将钩状部分连接到支撑梁上的相对一端。
5.权利要求4的系统，其中钩状部分包括布置在直立部分的相对一端上的并且通过支撑梁的长度方向的开口而位于支撑梁内的台车，从而允许台车沿着支撑梁的长度的至少一部分移动。
6.权利要求5的系统，其中台车通过至少一条导线或线缆连接到马达上，于是马达可操作以沿着支撑梁的长度在至少一个方向上拉动台车。
7.权利要求6的系统，其中台车包括多个靠在与支撑梁10相关联的至少一个凸缘上的轮子。
8.权利要求6的系统，包括位于钩状部分的与支撑梁在一条直线上的相对两端上的多个滑轮，以及连接到台车的相对两端的连续的导线或线缆环，其中马达驱动多个滑轮中的一个。
9.权利要求4的系统，其中马达在直立部分的相对一端上被集成到钩状部分中，马达包括至少一个与布置在与支撑梁相关联的凸缘上的相应的齿相作用的带齿齿轮。
10.权利要求9的系统，其中支撑梁为一个管状构件并且其中马达至少部分地通过支撑梁上的长度方向的开口布置在管状构件里。
11.权利要求9的系统，其中凸缘包括结合到凸缘上的齿形带。
12.权利要求4的系统，其中马达在直立部分的相对一端上被集成到钩状部分里，该马达包括与固定在支撑梁上相应的螺母相作用的螺杆。
13.权利要求12的系统，其中钩状部分通过环套可移动地连接到支撑梁上并且其中马达和螺母布置在支撑梁外部。
14.权利要求3的系统，其中光伏电池相对通过所述中心点的至少一个轴线对称地布置。
15.权利要求1的系统，其中聚集器结合到结构的屋顶和罩篷的其中一个中。
16.权利要求1的系统，其中聚集器具有使得焦点路径被弯曲的曲率，并且其中支撑梁具有与焦点路径的弯曲相匹配的曲率。
17.一种太阳能收集器，包括具有抛物型横截面的抛物型槽太阳能聚集器，其中抛物型横截面具有第一端、第二端、 位于第一端和第二端之间的中点，以及焦点路径；具有横跨聚集器的第一端和第二端的长度的支撑梁，并且该支撑梁具有与聚集器的焦点路径相匹配的形状；以及在聚集器上方可移动地连接到支撑梁上的接收器支撑构件，该接收器支撑构件包括 具有在面向聚集器的顶点相交的第一支腿和第二支腿的钩状部分， 在钩状部分的凹口中至少松散地连接到接收器支撑构件的接收器，以及多个光伏电池，电池中的至少一个设置在第一支腿上从而面向第一方向并且至少另一个电池设置在第二支腿上从而面向不同于第一方向的朝向聚集器的第二方向，可操作地连接到接收器支撑构件上的马达，从而该马达沿着循着聚集器的焦点路径的支撑梁的长度的至少一部分移动支撑构件，其中光伏电池电连接到马达上以提供控制马达的信号以及提供驱动马达的至少一部分能量。
18.一种太阳跟踪系统，包括固定的太阳能抛物型槽聚集器，聚集器将所有从其表面反射的太阳光线导向到单一的焦点路径上；一个或多个横跨太阳能抛物型聚集器的支撑梁，该支撑梁具有曲率，支撑梁的曲率与太阳能抛物型槽聚集器的焦点路径重合；“V”型或修正的“V”型自跟踪接收器支撑构件悬挂在支撑梁上，自跟踪支撑构件具有两个或多个向下面朝太阳能抛物型槽聚集器的表面；两个或多个同样地供能的、相对地连接到自跟踪钩面朝下方的表面上的光伏电池，面朝下方的光伏电池截获从太阳能抛物型槽聚集器反射的太阳光线；并且接收器放置在自跟踪支撑构件的“V”型或修正的“V”型部分里，接收器与相对的光伏电池之间的中心点对齐；其中，马达响应于来自相对的光伏电池的差值电流，将自跟踪钩和接收器作为一个整体移动进入到太阳能抛物型槽聚集器的焦点路径里，并且马达响应来自相对的光伏电池的差值电流，将自跟踪钩和接收器移动进入到太阳能抛物型槽聚集器的焦点中。
全文摘要
本发明涉及具有自跟踪接收器的太阳能聚集器。提供一种包括悬挂在横跨固定太阳能槽型聚集器的两侧的支撑梁上的移动、自跟踪接收器支撑构件的太阳能收集系统。自跟踪接收器支撑构件具有附着到支撑构件的两个或多个朝向下方的表面上的均等供能的光伏电池。这些光伏电池向下面对太阳能抛物型槽聚集器并且响应于由抛物型聚集器向上反射的焦点路径上的光线。太阳能电池连接到直流马达上以使得马达旋转地响应于太阳能电池输出能量的不一致。随着太阳能聚集器的焦点路径移动到自跟踪支撑构件的中心的一侧或另一侧，马达自动地移动支撑构件以及安装在其上的接收器一起进入到抛物型聚集器的焦点路径里。自跟踪构件组合了在跟踪太阳的同时将连接到其上的接收器输送到聚集器的焦点路径的功能。驱动马达的能量优选地由太阳能单独地提供。
文档编号F24J2/38GK102192606SQ20111004907
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者伊莱·科恩 申请人:伊莱·科恩