改進(jìn)的太陽(yáng)能單元組件和構(gòu)造這種組件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種適于將光反射到接收器上的太陽(yáng)能單元組件，包括多個(gè)太陽(yáng)能收 集器單元、主支撐元件、多個(gè)第二支撐元件和兩個(gè)側(cè)支撐元件。本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)及一種提供 運(yùn)種太陽(yáng)能單元組件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多年來(lái)，可再生的和可替代的能源已經(jīng)在大范圍內(nèi)被探測(cè)，并且在近些年中，對(duì) 總體能源產(chǎn)生和消耗的認(rèn)識(shí)不斷提高，特別是由對(duì)全球氣候變化的關(guān)注和諸如石油的傳統(tǒng) 資源更高的價(jià)格推動(dòng)。
[0003] 一種運(yùn)種可再生資源為太陽(yáng)能。太陽(yáng)能利用來(lái)自太陽(yáng)的福射產(chǎn)生熱或發(fā)電，基本 上或者通過(guò)直接產(chǎn)生電力，即通過(guò)使用包括多個(gè)含有光伏材料的太陽(yáng)能電池的光伏太陽(yáng)能 電池板將太陽(yáng)福射轉(zhuǎn)換為直流電，或者通過(guò)太陽(yáng)能集熱器W利用熱能產(chǎn)生熱量，例如用于 住宅供熱的目的，用于液體的蒸發(fā)（蒸饋），或通過(guò)加熱水或另一種傳熱流體生成蒸汽（其 接著驅(qū)動(dòng)與發(fā)電機(jī)連接的汽輪機(jī)）來(lái)發(fā)電。
[0004] -種獲得非常高的溫度并因此獲得太陽(yáng)熱能的有效利用的方法是聚光太陽(yáng)能發(fā) 電（CS巧系統(tǒng)，其根本上使用鏡子或透鏡W將大面積的太陽(yáng)光，即太陽(yáng)熱能，聚集至一小面 積上。
[0005] 聚集技術(shù)存在四種基本類型，也就是太陽(yáng)能收集器的形式為拋物面型槽，碟鏡，聚 集線性菲涅爾反射器，和導(dǎo)向太陽(yáng)能塔的平面型太陽(yáng)能收集器。CSP近來(lái)已經(jīng)被廣泛地商業(yè) 化，并已經(jīng)取得可觀的可再生資源市場(chǎng)占有率。就世界范圍內(nèi)的CSP裝置而言，拋物面型槽 裝置占主要部分。
[0006] 原則上，包括拋物面型槽的太陽(yáng)熱能收集器由線性拋物面反射器組成，線性拋物 面反射器將福射聚集在沿反射器的焦線定位的接收器上。接收器是定位在拋物面鏡的中部 正上方的管，且填充有傳熱流體。拋物面型槽通常對(duì)準(zhǔn)在南-北軸上，且旋轉(zhuǎn)W在太陽(yáng)移動(dòng) 時(shí)追蹤太陽(yáng)，或者槽能夠被對(duì)準(zhǔn)在東-西軸上，其減少了追蹤的需求但是降低了收集器的 整體效率。
[0007] 拋物面型槽反射器傳統(tǒng)地被形成為由支撐結(jié)構(gòu)承載的長(zhǎng)形拋物面鏡。該鏡典型地 由玻璃制成，其具有優(yōu)異的反射和穩(wěn)定特性。但是，玻璃具有一些缺點(diǎn)。例如，其易碎，意味 著在制造、運(yùn)輸和安裝期間必需采取特殊的預(yù)防措施。此外，運(yùn)種鏡面的重量是相當(dāng)大的， 運(yùn)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)提出大的要求，且系統(tǒng)的制造、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)的總體成本相對(duì)高。
[0008] 在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)試圖提供運(yùn)種拋物面鏡組件的替代。示例已經(jīng)示出在美國(guó) 公開專利申請(qǐng)No. 2010/0313933和歐洲專利No. 338051中。在例如美國(guó)公開專利申請(qǐng) No. 2003/0193066A1中給出另一示例，其建議形成反射椎體作為對(duì)拋物面型槽和碟鏡形式 的太陽(yáng)能收集器的替代。與在該文獻(xiàn)中提到的特定設(shè)計(jì)相關(guān)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造和保持拋物 面型槽和鏡碟所需要的相當(dāng)大的穩(wěn)定性可被避免。但是，拋物面型槽或鏡碟的效率遠(yuǎn)大于 在該文獻(xiàn)中建議的太陽(yáng)能收集器。
[0009] 在已知的裝置中，由侶板制成的反射器被用于減小重量。但是，侶的反射性能比玻 璃的反射性能差；此外，因?yàn)檫\(yùn)種太陽(yáng)能收集器在所有時(shí)間均暴露于風(fēng)化作用，裸露的侶需 要頻繁地清潔和拋光，從而保持其反射性能。
[0010] 文獻(xiàn)W0 2007/096158A1描述了一種自支撐的支撐結(jié)構(gòu)，其形式為在其前表面承 載拋物面型集中器反射器的中空腔型材。支撐結(jié)構(gòu)被提供為擠壓、線拉拔或漉壓形成的型 材。類似地，US2008308094描述了一種提供自支撐槽型太陽(yáng)能單元的方法，其中橫向肋的 支撐結(jié)構(gòu)環(huán)繞反射元件。盡管此設(shè)計(jì)緩解了其它替代組件的許多缺點(diǎn)，但是就易于制造、運(yùn) 輸、安裝、尺寸的靈活性、維護(hù)來(lái)說(shuō)W及非常地就反射器單元的利用率來(lái)說(shuō)，運(yùn)種設(shè)計(jì)不是 非常的靈活，因此仍然具有改進(jìn)的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 由此背景，一個(gè)目的在于提供一種太陽(yáng)能單元組件，其更加靈活、有成本效益和多 用途，不損害精確性，并且其在制造地點(diǎn)和使用地點(diǎn)均可被容易地組裝。
[0012] 在第一方面中，該目的和另外的目的被實(shí)現(xiàn)，如權(quán)利要求1中所述的，其中主支撐 元件僅被附接到側(cè)支撐元件和第一排沿縱向方向延伸的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能收集器單元。
[0013] 通過(guò)將主支撐元件僅附接到第一排的太陽(yáng)能收集器單元，足夠的穩(wěn)定性被出人意 料地實(shí)現(xiàn)，從而確定接收器被穩(wěn)定地保持而不沿縱向方向偏離，而在剩余排的太陽(yáng)能收集 器單元中允許一些靈活性，而不損害集中器的精確度。通過(guò)提供的結(jié)構(gòu)，能夠省略在并置方 向上的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，使得唯一的橫向穩(wěn)定性元件為側(cè)支撐元件。W運(yùn)種方式，已經(jīng)采用支撐太 陽(yáng)能收集器單元的新方法。不是在整個(gè)面積中提供相同的支撐，現(xiàn)在能夠優(yōu)化支撐，并且運(yùn) 不降低太陽(yáng)能收集器單元的準(zhǔn)確性，在測(cè)試中顯示99. 6%的準(zhǔn)確性。
[0014] 在本發(fā)明的另一方面提供了一種構(gòu)造太陽(yáng)能單元組件的方法，包括方法權(quán)利要求 15中限定的步驟。
[0015] 在本發(fā)明的特定實(shí)施例的說(shuō)明中描述另外的細(xì)節(jié)并陳述另外的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]W下，將參照示意圖通過(guò)實(shí)施例的示例進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中
[0017] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能單元組件的實(shí)施例的透視圖；
[0018] 圖2從另一角度示出圖1的太陽(yáng)能單元組件的透視圖；
[0019] 圖3示出圖1和圖2的太陽(yáng)能單元組件的側(cè)視圖；
[0020] 圖4W更大尺度示出圖1至圖3的太陽(yáng)能單元組件的細(xì)節(jié)的局部透視圖，即連接 到第一排的太陽(yáng)能收集器單元的主支撐元件；
[0021] 圖5示出圖4的細(xì)節(jié)的局部側(cè)視圖；
[0022] 圖6和圖7分別示出對(duì)應(yīng)于圖4和圖5的太陽(yáng)能組件的另一細(xì)節(jié)的視圖，即連接 到第二排的太陽(yáng)能收集器單元的第二支撐元件；
[0023] 圖8示出側(cè)支撐元件的透視圖；
[0024] 圖9和圖10分別示出主支撐元件和第二支撐元件的透視圖；
[0025] 圖11-14W更大尺度示出支撐結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)的局部透視圖；
[0026] 圖15是對(duì)應(yīng)于圖1的例示構(gòu)造組件的方法的透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 在圖中，根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能單元組件1的實(shí)施例被示出。組件1典型地形成未 示出的包括能量產(chǎn)生和儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等的太陽(yáng)能裝置的一部分。特別參見圖1，組件 1包括安裝在承載或支撐框架上的多個(gè)太陽(yáng)能收集器單元2,承載或支撐框架包括主支撐 元件5、多個(gè)第二支撐元件6和在組件1的每個(gè)縱向端部的側(cè)支撐元件7。
[002引在所示的構(gòu)造中，組件1包括總共21個(gè)太陽(yáng)能收集器單元2,其中屯個(gè)太陽(yáng)能收集 器單元2被定位為沿弧形方向a彼此并置，在寬度和高度方向y、z上突出，且=個(gè)太陽(yáng)能收 集器單元2沿縱向方向X。
[0029]W下，只有一個(gè)太陽(yáng)能收集器單元2將被詳細(xì)描述；裝置的其它太陽(yáng)能收集器單 元可W類似地或改進(jìn)的方式被設(shè)計(jì)。還將理解，單個(gè)太陽(yáng)能收集器單元2自身可W構(gòu)成太 陽(yáng)能裝置，例如用于家庭使用領(lǐng)域。此外，太陽(yáng)能收集器單元也可被用作維修單元。每個(gè)太 陽(yáng)能收集器單元2被制造為具有預(yù)定的拋物面形狀。在所示的實(shí)施例中，每個(gè)太陽(yáng)能收集 器單元2包括反射器元件21，反射器單元21由基底和提供在該基底上的反射表面形成，所 述反射表面可為來(lái)自的高反射膜（諸如3MSMF1. 100膜）或者ReflectT枕h?的鏡 膜，所述太陽(yáng)能收集器元件進(jìn)一步包括支撐結(jié)構(gòu)，參見圖11和圖13,該支撐結(jié)構(gòu)大體上包 括預(yù)定數(shù)量的型材（profile) 22,型材22彼此相距一距離被連接到反射器元件，優(yōu)選地，每 2000mm的型材的數(shù)量為3至12,更優(yōu)選地為4至10,并且再更優(yōu)選地為5至8。型材起到 確保太陽(yáng)能收集器單元的拋物面性質(zhì)的作用。關(guān)于太陽(yáng)能收集器單元2的構(gòu)造的細(xì)節(jié)為申 請(qǐng)人的國(guó)際申請(qǐng)No.PCT/DK2012/050308的主題。一般地，太陽(yáng)能收集器單元2具有每平方 米大約5千克的平均重量。
[0030] 接收器4被布置在拋物面的焦線上，并通過(guò)保持臂3被安裝至組件1的承載或支 撐框架。接收器4適于容納傳熱流體，諸如W本身已知的方式用于消耗或用于蒸發(fā)的水。
[0031] 整個(gè)太陽(yáng)能收集器單元2通過(guò)機(jī)械方式或者粘合方式、或者組合的方式被連接到 承載框架1。合適的粘合連接包括使用例如3M?Scotch-Weld? 7271B/A。機(jī)械連接也是可 想到的，可例如包括夾持裝置。此外，太陽(yáng)能收集器單元可W任何合適的方式彼此連接。
[0032] W下，將詳細(xì)描述形成承載或支撐框架的一部分的元件的構(gòu)造。
[0033] 因此，接收器4在提供最大程度的保護(hù)W抵抗可能使接收器失去對(duì)準(zhǔn)的扭力和彎 曲的位置被連接到主支撐元件5。
[0034] 接著，主支撐元件5僅被附接到側(cè)支撐元件7和第一排沿縱向方向延伸的一個(gè)或 多個(gè)太陽(yáng)能收集器單元211、212、213。
[0035] 在剩余排的太陽(yáng)能收集器單元221、222、223 ;231、232、233…271、272、273中，一 個(gè)第二支撐元件6被附接到相應(yīng)的一排一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能收集器單元和側(cè)支撐元件7,例 如如15中所示。
[0036] 為了承受對(duì)抗扭強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的要求，主支撐元件5為堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。在所示的 實(shí)施例中，主支撐元件4包括兩個(gè)端部50,且主支撐元件的橫截面大體上為矩形，其中四個(gè) 梁51在端部50之間沿縱向方向延伸。主支撐元件5由一個(gè)或多個(gè)中間部56和在一個(gè)端 部50和相鄰的中間部56之間W及在中間部56之間延伸的多個(gè)撐條元件51、52、53、54加 強(qiáng)。為了在每個(gè)縱向側(cè)提供與側(cè)支撐元件7的連接，主支撐元件5被提供有適于與各個(gè)側(cè) 支撐元件7配合的接合機(jī)構(gòu)，如圖12所示，在所示的實(shí)施例中為提供在各個(gè)端部50上的法 蘭57的形式。元件通過(guò)例如螺栓或夾持裝置之類的任何合適的機(jī)構(gòu)彼此連接。
[0037] 主支撐元件5的長(zhǎng)度與第一排的太陽(yáng)能收集器單元211、212、213的總長(zhǎng)度相適 應(yīng)。在實(shí)際的實(shí)施例中，每個(gè)太陽(yáng)能收集器單元具有大約為4m的相同的長(zhǎng)度和大約為1. 3m 的弧形尺寸，因此，主支撐元件5的長(zhǎng)度為大約12m。在此長(zhǎng)度，主支撐元件5的重量為大約 500kg。
[0038] 對(duì)于第二支撐元件6,其包括兩個(gè)端部60,且其橫截面大體為=角形。=角形橫截 面通過(guò)每個(gè)第二支撐元件6包括一個(gè)形成頂梁的梁61和兩個(gè)形成底梁的梁62而獲得，參 見圖13,底梁62在安裝狀態(tài)下適于面向太陽(yáng)能收集器板221。在所示的實(shí)施例中，足夠的 強(qiáng)度被獲得，其中第二支撐元件6還包括一個(gè)或多個(gè)中間部66和在位于任一端的端部60 和相鄰的中間部66之間W及在中間部66之間延伸的多個(gè)撐條元件63、64、65。在任一側(cè)與 側(cè)支撐元件7的連接通過(guò)為第二支撐元件6提供