專利名稱：用于太陽能收集器安裝的校準系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能收集器的安裝，并且更具體地涉及無需考慮太陽能收集器支撐系統(tǒng)的物理特性而在太陽與收集器之間提供對準的系統(tǒng)。
背景技術：
在日益重要的可再生能源生產的領域中，太陽能是很有前景的技木。在某些情況下，這種技術利用太陽能電池，也稱為光伏(PV)電池，將太陽輻射轉換成直流電。太陽能電池可以布置在平板陣列中，其中陽光直接照射在太陽能電池的大的表面積上?；蛘?，太陽能電池可以用在光伏聚光器(concentrator)中，其中反射鏡和透鏡將太陽能反射并聚焦到小得多的太陽能電池上。在其他情況下，太陽輻射被集中并聚焦到腔式收集器上，以生產熱能。雖然任何太陽能系統(tǒng)的效率都在很大程度上由聚光器將太陽能轉換成電的能力來量化，但是太陽能系統(tǒng)跟蹤太陽移動的能力對太陽能系統(tǒng)的效率也有很大影響。也就是說，在太陽能系統(tǒng)中能夠有效且高效地調整太陽能板/收集器的角度以使所收集的陽光的強度最大化仍然是ー個重要的考慮因素。ー種跟蹤系統(tǒng)利用底座安裝式(pedestal-mounted)設計，其中太陽能模塊通常安裝在垂直桿或底座上，該垂直桿或底座本身插入到地面中。然后各種機械連接和電動機被用于使支撐桿上的板根據太陽的移動在一條或兩條軸上傾斜。除了底座安裝式設計之外，許多其他跟蹤系統(tǒng)利用滑軌、銷連接、球窩式、轉輪等等的組合。這些非底座設計涉及典型地圍繞太陽能模塊的周邊定位的多個支撐件，以便錨定(anchor)并控制模塊的移動。例如，一種現(xiàn)有技術的布置包括圓形的、環(huán)式安裝的反射器，該反射器由ー對在直徑上相対的杠桿支撐，第三杠桿定位在該杠桿對的連接處之下并在其之間。這三個杠桿使用多個連接件的組件，以將反射器轉到其希望的位置，這可以包括將反射器面向下地轉到防護性的收起位置。雖然已經設計和實施了許多跟蹤系統(tǒng)，但是仍然存在與場地準備、由太陽能收集器制造和組裝所引起的“疊加的”公差、以及與收集器本身在場地的安裝相關的問題。也就是說，太陽能收集器要求構造精確的地基和隨后的光學對準，以在安裝和之后跟蹤太陽在空中的移動的過程中使收集器與太陽準確地對準。與場地準備和所述地基的制造相關的高成本影響了安裝大面積太陽能收集器場(field)(也就是說，安裝大量的単獨的收集器，這些收集器之后作為“系統(tǒng)”運行)的經濟可行性。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術中仍然存在的需要，本發(fā)明涉及太陽能收集器的安裝，并且更具體地涉及用于創(chuàng)建“定制”跟蹤信息的校準工具和過程，該校準工具和過程對単獨的太陽能收集器安裝中的不準確進行補償，從而無需考慮太陽能收集器構造和安裝中的各種缺陷，在太陽與所安裝的太陽能收集器之間保持對準。具體地，本發(fā)明的校準工具包括一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)在安裝時可拆卸地附接到太陽能收集器系統(tǒng)。該工具通過以下步驟執(zhí)行校準功能(1)收集ー批數據，所述數據限定收集器在它初始地移動以跟蹤太陽的移動時的位置；( 將該實際移動數據與“預期的”移動數據(從標準太陽圖表和緯度/經度信息獲取)相比較；⑶產生調整“覆蓋(overlay) ”(以這兩組數據之間的“差值”的形式)；以及(4)將覆蓋信息存儲在收集器的移動控制機構中。校準工具包括對準元件(可拆卸地附接到收集器)，該對準元件用于在任何給定的時間點感測收集器與太陽之間的最佳對準；位置編碼器(也附接到收集器)，用于在任何給定的時間點產生收集器的海拔高度和緯度信息(一般而言，“位置信息”)；以及處理器， 該處理器收集并利用來自對準元件和位置編碼器二者的信息，與“預期的”太陽移動信息相結合，以確定實際值與預期值之間的偏差，從而產生由伺服機構用來控制收集器的移動的校準信息(偏移數據)。在操作中，校準工具的作用是初始地提供太陽與收集器之間的對準，并確定收集器的初始位置信息(即，海拔高度和方位角)。之后，在足以確定太陽的預期位置(相對于收集器的光軸，來自己知的參考來源)與太陽的實際位置(相對于收集器的光軸，來自位置編碼器數據)之間的偏差的時間段跟隨一校準程序(存儲在該處理器中)。該偏移信息被處理器用來確定將需要由收集器的伺服機構執(zhí)行以保持具體的收集器與太陽的路徑對準的校準調整。然后該信息被傳送到伺服機構，并且從收集器移除校準工具。本發(fā)明的布置的優(yōu)點是僅在太陽能收集器的初始安裝時需要校準工具。一旦執(zhí)行了校準，該工具可以被移除，并準備好用于另ー個收集器安裝。此外，已經發(fā)現(xiàn)，使用校準工具來完成太陽與收集器之間的對準降低了準備安裝場地、構造系統(tǒng)的單獨組件以及在場地中建造系統(tǒng)所要求的精確性。與依靠安裝時準確對準的現(xiàn)有技術布置相比，這些降低產生了顯著的成本節(jié)約。在以下討論過程中并且通過參考附圖，本發(fā)明的其他和另外的方面以及實施例將
變得清楚。


現(xiàn)在參考附圖，圖1圖示說明了可以利用本發(fā)明的校準工具的示例性太陽能收集器；圖2是圖1的收集器的側視圖；圖3是根據本發(fā)明形成的示例性校準工具的圖；并且圖4是圖示說明根據本發(fā)明進行太陽能收集器校準的示例性過程的流程圖。
具體實施例方式圖1是示例性太陽能收集器10的簡單圖示，該太陽能收集器10可以用本發(fā)明的系統(tǒng)進行校準以提供跟蹤程序，該跟蹤程序克服了可能存在于系統(tǒng)組件、安裝場地準備和/ 或太陽能收集器本身的現(xiàn)場構造中的缺陷。在這個具體的示例中，太陽能收集器10包括集中反射器12，該集中反射器用于將入射太陽輻射重新引導到接收器14(或定位在該位置處的次級反射器)上。在安裝場地處，收集器10可以被附接到(例如)混凝土臺座(pad) 20， 或類似的支撐結構。安裝結構30被用來將收集器10附接到臺座20。雖然未在這個視圖中明確地示出，但是結構30還包括用于移動收集器10的伺服機構，以便在一天中跟蹤太陽的移動。圖2中示出了圖1的布置的側視圖，其圖示說明了安裝結構30的具體配置。如上所述，場地準備和聚光器組件的變化將影響收集器10與太陽之間的對準。例如，其上安裝收集器的“水平”平臺在幾米寬的平臺上不應呈現(xiàn)出距“水平”大于幾“毫米”的偏差。安裝結構30的尺寸變化也影響收集器10與太陽之間的對準。圖3圖示說明了根據本發(fā)明形成的示例性校準工具40，該校準工具40在收集器 10移動以保持對準時提供在太陽移動的預期路徑與由接收器14觀測到的太陽的“實際”位置之間的修正。如上所述，預期值與實際值之間的差值歸因于各種不同的因素，這些因素包括但不限干，在其上安裝收集器的臺座的缺陷、系統(tǒng)組件之間的未對準、単獨的系統(tǒng)組件構造時的缺陷和/或太陽能收集器系統(tǒng)實際安裝在場地中時的構造缺陷。校準工具40不是永久地附接到太陽能收集器10，而是僅在安裝時使用，以確定預測值與實際值之間的偏差， 并創(chuàng)建之后由收集器的伺服機構用來控制收集器10的移動的調整信號。此后，移除校準エ 具40。如圖3所示，校準工具40包括對準元件42、處理器44和位置編碼器46。對準元件42被用于周期性地重新調整收集器10的位置，以保持該收集器的光軸與太陽的位置對準。在一個實施例中，對準元件42包括四象限光電ニ極管傳感器陣列，其將基于該陣列接收的太陽輻射的量來創(chuàng)建一系列的電輸出信號。各種其他類型的布置可以用于形成對準元件42，這些布置包括但不限干，光電ニ極管的矩陣構型、一組熱電偶、照相機；總的來說，將受到來自太陽的輻射影響的任何類型的儀器。處理器44包括控制程序，該控制程序將使得收集器調整其位置，直到實現(xiàn)太陽與對準元件42之間的對準(即，當通過例如光電ニ極管陣列測量到“最大”太陽輻射時)。一旦實現(xiàn)對準，與收集器10的位置相關的實際位置信息(就海拔高度和方位角數據而言)被位置編碼器46記錄，然后傳輸到處理器44。理解了形成校準工具40的元件的操作之后，現(xiàn)在將詳細描述根據本發(fā)明進行的示例性校準過程。圖4包含可以用于實現(xiàn)如根據本發(fā)明提供的校準過程的示例性過程的流程圖。該過程在步驟100以對準元件42和位置編碼器46附接到太陽能收集器系統(tǒng)而開始。為了正確地校準收集器系統(tǒng)與太陽位置的對準，對準元件42需要沿系統(tǒng)的光軸而定位。在優(yōu)選實施例中，對準元件42定位在接收器14處，允許其相對直接的附接以及稍后的移除。一旦這些元件放置在適當的位置，校準過程就以收集器10的初始掃描移動(步驟 110)和照射對準元件42的光學信號(太陽輻射)的測量開始。這個步驟可以被認為是初始地使太陽能收集器系統(tǒng)的接收器14與太陽的位置排齊的“定中心”過程。如步驟120所示，收集器10的移動(在包括在安裝結構30中的伺服機構的控制下)繼續(xù)進行，對準元件 42捕獲的光學信號的功率被傳送到處理器44，直到達到與最佳對準相關的信號(例如，測量到最大太陽能功率)。在這一點，已完成了收集器10與太陽位置的初始記錄，并且收集器 10的位置(海拔高度和方位角)從位置編碼器46傳送到處理器44(步驟130)。
因為太陽不斷地穿越橫跨地平線的路徑，所以收集器10必須保持與太陽位置對準，以連續(xù)接收最大輻射。如上所述，現(xiàn)有技術有很多提供這種跟蹤的系統(tǒng)。但是，已知這些系統(tǒng)僅利用太陽的“預測的，，或“預期的，，移動(對于給定的地理位置、一年中的時間等)， 而沒有考慮由太陽能收集器系統(tǒng)自身的缺陷引入到跟蹤中的任何不規(guī)則情況。本發(fā)明的目的是理解這些不規(guī)則情況，并校準收集器所跟隨的“路徑”，以保持與太陽的實際位置對準。因此，本發(fā)明的校準過程以校準序列的開始而在步驟140繼續(xù)進行。該序列以通過測量由對準元件42接收的光學信號來繼續(xù)控制收集器10的移動ー預定時間段以便保持與太陽對準(步驟150)而開始。當執(zhí)行每次移動時，來自位置編碼器46的太陽能收集器的位置信息(例如，海拔高度和方位角)被傳送到處理器44 (步驟160)，該處理器為這個位置數據附加一個時間戳并將其存儲在包括的存儲器模塊中(步驟170)。在這點處，做出判定(步驟180)，以確定校準時間期限是否已到期。假設校準期限沒有到期，那么該過程返回到步驟150，在該步驟處收集器的位置再次與太陽重新對準(使用來自對準元件42的反饋)，并且相關的海拔高度和方位角信息被傳送到處理器44。通過重復這些步驟ー預定時間段(或許以小時或分鐘測量)，創(chuàng)建ー批數據，這些數據限定保持太陽與收集器10之間的對準所需要的太陽相對于收集器的實際位置。一旦已收集到足夠的數據量(如由單獨進行校準所確定的)，該過程移動到步驟190，在該步驟處處理器44用于將收集的關于太陽的海拔高度和方位角的實際數據與同存儲在其中的地理信息相關的預期值進行比較。因為任何安裝的太陽能收集器將具有ー個或多個缺陷，所以實際值和預測值將不同。然后處理器44用于將這個差值確定為需要對太陽移動的預期值做出的偏移調整(與一整年的過程中的移動相關)，并將這個偏移調整作為校準信號傳送到與安裝結構30相關的伺服機構(步驟200)。一旦校準信息已存儲在伺服機構中，那么校準過程結束，并且從太陽能收集器系統(tǒng)移除對準元件42和位置編碼器46 (步驟210)。應理解，校準工具40可以擴展到對已經以分布方式在“開放場地”區(qū)域共同定位的太陽能聚光器網絡進行控制。在傳統(tǒng)布置中，這些聚光器陣列必須在土地使用與相鄰聚光器的陰影遮擋之間進行折中。太陽能熱收集只能在太陽偏離地平線30度時進行，這導致一年中平均6. 25小時/天的太陽能收集。本發(fā)明的控制/跟蹤方法可以配置為當太陽升出地平線時無陰影遮擋地依次升高這些收集盤(dishes)。這將導致年利用率増加4%。雖然已參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但明顯的修改和改變對于相關領域的普通技術人員是可能的。因此，意圖是本發(fā)明包括在以下權利要求或其等效物的范圍內的最大范圍內的所有這些修改和改變。
權利要求
1.一種校準工具，用于在太陽能收集器系統(tǒng)的初始安裝時將太陽能收集器與太陽對準，所述校準工具包括對準元件，其沿太陽能收集器系統(tǒng)的光軸可拆卸地附接，用于提供關于太陽與太陽能收集器之間的當前對準的信息；位置編碼器，其附接到太陽能收集器，用于在與太陽對準時產生太陽能收集器的位置信息；以及處理器，其耦接到所述對準元件和所述位置編碼器二者，用于利用位置信息結合關于太陽的預期移動的所存儲的信息來確定它們之間的差異，并使用所述差異作為之后由太陽能收集器的移動控制機構使用的校準調整。
2.如權利要求1所述的校準工具，其中，所述對準元件包括光電ニ極管傳感器陣列。
3.如權利要求2所述的校準工具，其中，所述光電ニ極管傳感器陣列包括四象限傳感器陣列。
4.如權利要求1所述的校準工具，其中，所述位置編碼器產生海拔高度和方位角數據作為位置信息。
5.一種校準初始安裝的太陽能收集器的移動以跟蹤太陽的移動的方法，該方法包括 初始地將太陽能收集器與太陽對準；確定與這ー初始對準相關的太陽能收集器的位置數據；進行ー預定時間段的跟蹤操作，記錄針對太陽能收集器的每個移動的太陽能收集器的位置數據；將在跟蹤操作期間記錄的位置數據與基于已知的太陽路徑的預期位置信息進行比較；如果所記錄的位置數據與預期的位置信息之間存在位置偏差，則確定該偏差；并且將所述偏差作為校準信號傳送到伺服機構用于在此之后控制太陽能收集器相對于太陽的跟蹤移動。
6.如權利要求6所述的方法，其中，該方法進ー步包括從太陽能收集器移除校準工具的步驟。
全文摘要
一種太陽能聚光器校準工具，其補償在太陽能收集器系統(tǒng)的制造、組裝和安裝中的不一致，以允許該太陽能收集器最佳地運行。該校準工具向監(jiān)控處理器提供反饋信息，從而允許處理器將太陽的預期位置和由校準工具發(fā)現(xiàn)的“實際”位置進行比較。然后該處理器產生校準信號，該校準信號此后被收集器的移動控制機構用來對太陽能收集器的跟蹤進行補償，從而精確地跟隨太陽的移動，不受構造不一致的效果所限制。
文檔編號F24J2/18GK102549350SQ201080042707
公開日2012年7月4日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權日2009年7月24日
發(fā)明者M.E.范格曼 申請人:賽瓦技術股份有限公司