專利名稱：具有大的多個共軸盤反射器的太陽能聚光器裝置的制作方法
具有大的多個共軸盤反射器的太陽能聚光器裝置
背景技術(shù)：
氣候變化被認(rèn)為是已經(jīng)受到顯著關(guān)注的重大問題。作為來自化石燃料的能量的遍 及全球的生成的結(jié)果，大量的溫室氣體正積聚在我們的大氣中。許多專家相信，如果不很快 地做一些事情來減慢或甚至逆轉(zhuǎn)這樣的積聚，我們的氣候和我們居住的世界將遭受悲慘的 后果。專家預(yù)言，僅僅幾度的全球溫度的上升將融化極區(qū)冰，并導(dǎo)致足以將許多沿海城市推 到水下的海平面的上升。一些科學(xué)家還預(yù)言了許多種類的植物和動物的消失。鑒于由于燃 燒化石燃料以產(chǎn)生能量造成的這些和其他顯著的不利結(jié)果，存在對于能在不產(chǎn)生大量溫室 氣體的情況下以成本有效的方式產(chǎn)生能量的方法和裝置的顯著需要。本發(fā)明旨在通過需要強(qiáng)烈聚集的太陽能或使用聚集的陽光而變得更有效或更成 本有效的過程來便于太陽能到有用的電或化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。尤其是，本發(fā)明旨在用于通過光 伏或熱的過程的發(fā)電的裝置。該裝置還可用于將太陽能通過熱或光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換為化學(xué) 能。熱轉(zhuǎn)換的效率受限于第二熱力學(xué)定律，其為了高轉(zhuǎn)換效率需要高溫，因此需要高 度聚集的光。光伏轉(zhuǎn)換效率還可在高度聚集的光中被提高。因此，在過去，對在高度聚集下 轉(zhuǎn)換太陽能的問題給予了大量的努力和關(guān)注，但是結(jié)果不是令人完全滿意。盡管有更有效 地在高度聚集的光操作中的太陽能轉(zhuǎn)換設(shè)備的可用性，但是高聚集太陽能系統(tǒng)還沒有變成 全球太陽發(fā)電中的主要因素。之前在高聚集系統(tǒng)的嘗試的顯著缺點是向太陽能轉(zhuǎn)換設(shè)備提 供高度聚聚的光所需的光-機(jī)械系統(tǒng)的高成本。部分地由于光學(xué)聚光器的不利的規(guī)模尺 寸，之前的努力沒有成本競爭性。這些之前的嘗試常常涉及使用需要以非常低的水平或非 常高的水平的功率來輸入聚集的陽光的特定轉(zhuǎn)換設(shè)備，而這樣的功率需要極大程度地導(dǎo)致 陽光聚光器的非常小或非常大的光學(xué)孔徑。該設(shè)計方法未能足夠地最小化所產(chǎn)生的電(或 其他形式的能量)的每單位成本。在過去，小單元尺寸有利于大多數(shù)光伏轉(zhuǎn)換器。這導(dǎo)致低效和高成本。具有小光 學(xué)聚光器的大量小單元的陣列制造、裝配和運輸昂貴，因為它們大且復(fù)雜，并具有排列在大 面積上的許多小的光學(xué)的和電的和熱的組件。而且小單元的陣列在大規(guī)模上賦予了小的硬 度，并將作為靜重被承載在兩軸太陽跟蹤器上。需要以結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式的相當(dāng)大的附加的重 量，以控制重力和風(fēng)彎曲，并與跟蹤支架連接。該設(shè)計方法顯著地增加了在這樣的系統(tǒng)中使 用的跟蹤器的成本，并且未能實現(xiàn)所產(chǎn)生的電(或其他形式的能量)的足夠最小化的每單 位成本。在過去，非常大的單元尺寸有利于需要以高聚集輸入的非常高的太陽功率的太陽 熱系統(tǒng)。在二維上聚集以滿足這些需要的大光學(xué)器件導(dǎo)致低效率。在一些系統(tǒng)中，熱轉(zhuǎn)換 器單元被安裝在單個大盤的焦點處，盤-發(fā)動機(jī)組件由兩軸跟蹤器承載。在其他系統(tǒng)中，熱 轉(zhuǎn)換器單元被固定在塔上，陽光通過日光反射裝置上的一般數(shù)以千計的平面反射鏡的場被 聚集在塔上。這些設(shè)計方法都在最小化所輸送的每瓦的聚光器系統(tǒng)成本方面是次佳的，并 且未能足夠地最小化所產(chǎn)生的電(或其他形式的能量)的每單位成本。對于大的單獨的盤，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性及每單位面積的質(zhì)量和成本都隨著盤面積而上升。在過去，嘗試過使用由許多小的彎曲的反射器部分組裝的大反射器。在由許多彎曲的反 射器部分制成的大反射器中，每個單獨的部分必須在拋物面支撐桁架結(jié)構(gòu)(paraboloidal back-up truss structure)上對齊。以此方式組裝的組合大反射器往往沉重且制造和組裝 昂貴。在許多情況下，大圓盤被單獨安裝在兩軸跟蹤器上，并陳列在大的太陽農(nóng)場(solar farm)中。這樣的大圓盤必須被充分間隔開，以避免清晨和傍晚時的顯著的自身陰影，導(dǎo)致 土地的次優(yōu)化使用。大圓盤的另一缺點是每單位面積的相對高的風(fēng)載荷，這需要更重且更 貴的支撐結(jié)構(gòu)，以抵抗風(fēng)載荷。在過去，通過使用日光反射裝置的場來嘗試非常高的能量聚集。該方法的顯著的 缺點是對于承載給定反射器面積的跟蹤器的低效使用。因為入射在很多日光反射裝置反射 鏡上的陽光成遠(yuǎn)非垂直入射的角度而導(dǎo)致該低效率，因此輸送到功率塔的太陽功率的日平 均值是在每個反射鏡能被跟蹤以面向太陽的情況下可被捕獲的太陽功率的僅僅一部分。另 一缺點是日光反射裝置的許多小的兩軸跟蹤器的機(jī)械復(fù)雜性。許多之前的太陽能聚光器系統(tǒng)的另一困難是對它們的兩軸跟蹤器的特殊要求。已 經(jīng)使用垂直基座上的緊湊的抬升方位角支架(altitude-over-azimuth mount)。典型的設(shè) 計不是關(guān)于仰角軸平衡，因而一般遭受高的聚集的驅(qū)動載荷，且因此需要重驅(qū)動結(jié)構(gòu)。當(dāng) 然，重驅(qū)動結(jié)構(gòu)增加了此類系統(tǒng)的成本，且在太陽能系統(tǒng)中，成本是區(qū)分成功和失敗的關(guān)鍵 因素。用于熱轉(zhuǎn)換的大的高聚集盤常常通過大徑向開口而特別在它們的機(jī)械結(jié)構(gòu)中被折 衷，以使臂支撐焦點處的流體加熱器、發(fā)動機(jī)或渦輪機(jī)以及電磁發(fā)電機(jī)。用于使用聚集的陽光的現(xiàn)有系統(tǒng)已經(jīng)留下了相當(dāng)大的改善余地。在可以使用太陽 能以與通過燃燒化石燃料產(chǎn)生的電有競爭性的成本來產(chǎn)生電之前，太陽能系統(tǒng)不太可能對 減少大氣中的溫室氣體有顯著影響。成本對太陽能系統(tǒng)來說是關(guān)鍵的。事實上，成本不能 被過多強(qiáng)調(diào)，因為只有成本能產(chǎn)生成功和失敗之間的差別是如此重要的。只要太陽產(chǎn)生的 電比通過燃燒化石燃料產(chǎn)生的電花費得更多，就存在太陽功率將對減少我們大氣中的溫室 氣體有顯著影響的很小的機(jī)會。對太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的裝置和制造方法存在長期需要，該太 陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有低的總系統(tǒng)成本且能夠以與通過燃燒化石燃料產(chǎn)生的電有競爭性的成 本產(chǎn)生電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和特征本發(fā)明的主要目的包括提供用于以低成本產(chǎn)生電或其他形式的太陽功率的裝置 和制造方法。本發(fā)明包括將高度聚集的太陽輻射以最低的每單位功率成本輸送到高效轉(zhuǎn)換 單元的裝置。為實現(xiàn)此目標(biāo)，在設(shè)計優(yōu)化過程中，在太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中輸送到每個單獨的單 元的總太陽輻射被認(rèn)為是可變的參數(shù)，并且單元光學(xué)收集系統(tǒng)的孔徑和相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)被 改變，以找出所產(chǎn)生的電的最小每瓦成本。通過建立最小每瓦成本的功率水平，高效轉(zhuǎn)換單 元可對該功率水平被再優(yōu)化，在效率上有很少或沒有損失或有每單位功率的轉(zhuǎn)換成本的增 加。例如，在根據(jù)本發(fā)明使用的聚光器光伏電池的情況下，聚集到大約50W以上的單元水平 中的輸入功率可被容納在轉(zhuǎn)換單元中，該轉(zhuǎn)換單元合并具有主動冷卻的多個密集地包裝的 電池，并且提供所有電池的等量照明。除了在使用光伏電池的系統(tǒng)中是有用的以外，本發(fā)明 還有為優(yōu)化的熱和化學(xué)轉(zhuǎn)換單元提供低成本輸入功率的優(yōu)勢。
本發(fā)明的一個特征在于，最小化每瓦成本的功率水平可在大約IkW到大約20kW之 間的中間范圍——以前的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)幾乎不能觸及的范圍——內(nèi)實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的太陽輻射的聚集通過經(jīng)由兩軸跟蹤器實質(zhì)上直接地指向太陽的中 間尺寸整體盤反射器的嚴(yán)格共同對齊的陣列來實現(xiàn)。每個中間尺寸盤反射器為反射器的焦 點處的緊湊轉(zhuǎn)換器提供動力。本發(fā)明的優(yōu)勢是緊湊能量轉(zhuǎn)換單元與多個相對簡單但固有地 大的能量收集元件的完全分離。以此方式，三個主要部件，即，反射器盤、跟蹤器以及轉(zhuǎn)換單 元的大規(guī)模生產(chǎn)、傳送組裝、升級和維護(hù)的方面可被分開地最優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明，通過使用 橫截面面積比為反射器盤提供動力所需的反射器盤的面積小得多的轉(zhuǎn)換單元來最大化光 通量。在白天期間，太陽在東方升起、越過天空移動，并在西方落下。存在調(diào)整反射器的 方位的需要，以便它們在太陽越過天空移動時指向太陽的方向。為了制造有成本競爭性的 太陽能發(fā)電系統(tǒng)，重要的是最小化用于跟蹤太陽的支撐機(jī)械結(jié)構(gòu)的成本。這是根據(jù)本發(fā)明 通過將多個反射器和轉(zhuǎn)換器單元支撐在剛性輕重量的空間框架中來實現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的 空間框架是最大化硬度和強(qiáng)度同時最小化所收集的光的每單位面積質(zhì)量的剛性的、輕重量 的、開放的桁架結(jié)構(gòu)。開放的桁架結(jié)構(gòu)在三維上延伸，以實現(xiàn)抵抗由重力和風(fēng)引起的彎曲的 高硬度和經(jīng)受得住偶爾的非常強(qiáng)的風(fēng)的高強(qiáng)度。兩個尺寸在所收集的陽光的整個面積上延 伸，并且第三尺寸沿著連接下面的反射器單元和上面的轉(zhuǎn)換器單元的光軸在垂直方向上延 伸。根據(jù)本發(fā)明，反射器和跟蹤器的成本通過使用便宜的材料例如玻璃和鋼被進(jìn)一步 最小化。本發(fā)明的特征在于，單獨的反射器采用大的玻璃整體的形式，與不連續(xù)的鄰接部分 的陣列相反。整體的構(gòu)造簡化了玻璃反射器制造和集成，并且最小化了給定玻璃厚度的每 單位面積支撐點的數(shù)量和每單元面積質(zhì)量(面積密度)。本發(fā)明的一個特征在于，初級盤光學(xué)器件具有光學(xué)質(zhì)量，其導(dǎo)致在由太陽盤的直 徑設(shè)置的聚集限制方面的僅僅適度的降級，有在短焦比的通常拋物面的反射器的直接焦點 處以高聚集——優(yōu)選地10，000倍一輸送太陽輻射的能力。此類高聚集并不總是在實際 轉(zhuǎn)換點處被需要，而是連同剛性空間框架結(jié)構(gòu)的精確跟蹤一起，該水平的聚集為轉(zhuǎn)換單元 的設(shè)計提供了最大的靈活性，以充分利用太陽能聚集的優(yōu)勢。本發(fā)明的另一特征是，由每個兩軸跟蹤器承載的反射器的陣列的縱橫比是寬的且 低的。在本優(yōu)選設(shè)計中提供的水平延伸通過在多個單元的場中的鄰近單元最小化了在低太 陽仰角處的陰影，因此最大化了土地使用。該優(yōu)選設(shè)計還最小化了風(fēng)載荷。本發(fā)明的一個特征在于，驅(qū)動具有高的機(jī)械優(yōu)勢，其有利地最小化了來自驅(qū)動電 機(jī)的寄生負(fù)載。本發(fā)明的附加特征在于，驅(qū)動元件在大的半徑上被應(yīng)用，這有利地最小化了 驅(qū)動組件的驅(qū)動力和質(zhì)量。發(fā)明概述本公開包括1)輸送用于通過轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生電能的聚集的陽光的裝置，及2)適合 用在制造此類裝置中的鍍銀玻璃反射器的制造方法。根據(jù)本發(fā)明的裝置合并以嚴(yán)格的陣列共同對齊的多個大盤反射器，準(zhǔn)備將緊湊的 太陽能轉(zhuǎn)換單元保持在每個反射器盤上。反射器和轉(zhuǎn)換器單元的支撐結(jié)構(gòu)被制造為3維的 空間框架，在其中將反射器連接到轉(zhuǎn)換單元的構(gòu)件提供結(jié)構(gòu)的深度，因此還用來賦予高的總硬度。空間框架以及仰角軸承和驅(qū)動為具有方位軸承和驅(qū)動的兩軸抬升方位角跟蹤器 (two-axis, elevation-over-azimuth tracker)提供了仰角結(jié)構(gòu)。當(dāng)跟蹤器被定位成使得 反射器陣列被定向成面向太陽時，強(qiáng)烈聚集的陽光被輸送到轉(zhuǎn)換單元或轉(zhuǎn)換器單元。本發(fā) 明可有利地與各種轉(zhuǎn)換單元一起使用，包括通過光伏或熱過程產(chǎn)生電的轉(zhuǎn)換單元，或?qū)⑻?陽能通過熱或光化學(xué)反應(yīng)存儲為化學(xué)能的轉(zhuǎn)換單元。優(yōu)選地，與該裝置一起使用的轉(zhuǎn)換器單元是小的，以便不會顯著地遮蔽反射器盤。 根據(jù)本發(fā)明的包括一組轉(zhuǎn)換器和適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器的裝置形成獨立的太陽功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。本 方面尤其適合于通過使用可以被大規(guī)模生產(chǎn)的多個此類獨立的太陽功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來提供 大規(guī)模的太陽能轉(zhuǎn)換。太陽功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的大規(guī)模陣列可有利地在具有強(qiáng)直接陽光的位置 上被曝露于場上或被部署，例如美國西南部的沙漠。顯著的益處和優(yōu)勢可以從根據(jù)本發(fā)明在單個兩軸跟蹤器上使用多個最佳地依尺 寸制造的反射器盤來實現(xiàn)。該構(gòu)造允許有效使用材料(在聚集的陽光的每單位功率質(zhì)量方 面)。優(yōu)選地，陣列關(guān)于仰角軸承被平衡，以最小化由于風(fēng)和重力產(chǎn)生的力和力矩。反射器 被優(yōu)選地排列在剛性的空間框架中，其中空間框架在所有三維上具有主要支柱，以最大化 總硬度，同時提供最佳地放置成保持單獨的反射器盤、轉(zhuǎn)換單元以及對仰角軸承和驅(qū)動的 安裝點的節(jié)點。在本發(fā)明的大多數(shù)優(yōu)選的實施方式中，空間框架主要由具有對角托架的鋼 支柱的長方形構(gòu)架組成，從而提供高的硬度重量比。空間框架的每個大的室容納下面的盤 反射器和上面的其相關(guān)的轉(zhuǎn)換單元。盤反射器被優(yōu)選地制造為背部鍍銀的低鐵浮法玻璃的大整體，每個盤反射器由開 放的桁架結(jié)構(gòu)支撐。背部鍍銀的玻璃反射器由于玻璃的較好的保護(hù)性和結(jié)構(gòu)功能以及銀的 非常高的反射比而對本發(fā)明是優(yōu)選的。玻璃也由于其剛性及化學(xué)和尺寸上的穩(wěn)定性是優(yōu)選 的，將反射器的真實外形保持在寬范圍的空間尺度上。玻璃的整體構(gòu)造是優(yōu)選的，因為當(dāng)被 制造為整體而不是較小的部分的陣列時大反射器在結(jié)構(gòu)上是更有效的，并且大的玻璃整體 可根據(jù)本文公開的制造方法以低的成本被大量制造。銀是優(yōu)選的反射材料，但是其他材料 例如鋁可以取代銀，在性能上有一些降低。背部鍍銀的玻璃反射器的壽命和穩(wěn)定性在暴露 到戶外天氣條件的太陽能應(yīng)用中提供良好的耐久特性。低鐵鈉鈣硅酸鹽玻璃由于其低的太 陽能吸收率而成為優(yōu)選的材料。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，其它材料可被代替，而 不偏離本發(fā)明的精神。盡管詞“玻璃”被用在以下的描述中，除非另有說明，應(yīng)理解，低鐵鈉 鈣硅酸鹽浮法玻璃對本發(fā)明是優(yōu)選的。優(yōu)選地，盤反射器具有軸對稱的凹形外形和實質(zhì)上正方形或六邊形的周邊。反射 器被排列在支撐空間框架的鄰近的室中，這些室在尺寸和形狀上匹配，以便最小化間隙和 能量損失。反射器優(yōu)選地是相對大的最佳尺寸和整體，以便于以最小每單位面積成本的制 造和花費。該設(shè)計的一個重要特征在于，整體反射器盤被設(shè)置有軋制的邊，以增加剛性并減 少支撐點的數(shù)量，并且因此進(jìn)一步減少每個玻璃整體的制造和安裝的成本。軋制的邊提供 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，并且之前并沒有在太陽能玻璃反射盤的成形中被使用。反射器被制造有優(yōu)選地 大約4mm厚的玻璃，并且通過優(yōu)選地大約每半米間隔開的墊被支撐在開放的桁架上。反射 器優(yōu)選地利用貼合性粘合劑被粘合到支撐墊。盤具有拋物面形狀或根據(jù)選擇成在焦點附近 使用的發(fā)生器或轉(zhuǎn)換器單元的設(shè)計被最優(yōu)化的另一凹形外形。為了最小化反射器和其組件的每單位面積的成本，單獨的整體玻璃反射器盤使用某些成本利益折衷在尺寸上被最優(yōu)化，并且被優(yōu)選地制造為達(dá)到與其他重要考慮因素實際 上一致。本發(fā)明通過允許玻璃反射器盤由強(qiáng)烈地優(yōu)選的通常大約3. 3m的全標(biāo)準(zhǔn)寬度的浮 法玻璃產(chǎn)品制成而有利地提供了顯著的成本節(jié)約。每個大的正方形或六邊形反射器被優(yōu)選 地連接到剛性的、重量輕的鋼桁架支撐件。在一個優(yōu)選的實施例中，桁架在其上表面上提供 用于連接近似4mm厚的實質(zhì)上正方形的整體的在四乘四柵格中的16個點的托架，并且桁架 在下面延伸，以形成在正方形中的四個節(jié)點，以連接到長方形仰角空間框架的單元室的下 角。對于由3. 3m寬的玻璃制成的優(yōu)選的正方形反射器來說，有效面積為近似9平方米，并 且因此輸送到每個盤焦點的聚集的太陽能一般為大約8kW(對于每平方米1000瓦特的日射 率和多于90%的平均反射率)。最適合于用在本發(fā)明的該優(yōu)選實施方式上的轉(zhuǎn)換單元是能 夠以每單元大約8. 5kff輸入功率水平有效地操作的那些轉(zhuǎn)換單元?！鹂紤]以上限制，實質(zhì)上正方形的盤狀反射器的單元反射器室采用具有正方形 橫截面的直角棱鏡的形式。反射器的優(yōu)選實施方式從單元室的下正方形端部的角被支撐， 并且緊湊的轉(zhuǎn)換器或發(fā)生器通過薄的對角元件優(yōu)選地以張力的形式從相對的上端部的角 被支撐。單元室在所有六個面上而不僅僅在轉(zhuǎn)換器面上具有對角構(gòu)件，使它在所有三個偏 轉(zhuǎn)方向上和所有三個扭曲方向上都非常硬。多個這樣的單元反射器室被連接成陣列，以形 成深的、剛性的仰角空間框架。兩軸跟蹤器的仰角結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包括被配置成形成剛性空間 框架的室的nXm陣列。該空間框架可包括在單元的水平行之間的偏移，以提高機(jī)械性能。 在任一種情況下，大多數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部地起作用以保持單元轉(zhuǎn)換器與它們相關(guān)的反射器嚴(yán) 格地對齊，并且全部起作用以提供非常硬的空間框架。為了實現(xiàn)低成本和性能之間的最佳 折衷，桁件支柱的橫截面被優(yōu)選地選擇，使得在最大操作載荷下的偏轉(zhuǎn)接近它們的對不同 盤軸的彎曲度誤差的積累，同時在最大生存風(fēng)載荷處應(yīng)力接近它們的失效極限。根據(jù)本發(fā) 明的空間框架和支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)造已經(jīng)被設(shè)計成以低成本實現(xiàn)顯著的結(jié)構(gòu)整體性，該結(jié)構(gòu)整 體性可能是在用于產(chǎn)生太陽能電的實際競爭性系統(tǒng)中的關(guān)鍵性考慮因素。根據(jù)本發(fā)明的 空間框架結(jié)構(gòu)以最小每單位功率質(zhì)量產(chǎn)生了所需的性能，并實現(xiàn)了減少的總成本的顯著優(yōu) 勢。以下詳細(xì)描述了兩個優(yōu)選實施方式，這兩個實施方式都使用了抬升方位角構(gòu)造。 第一和較大的所述實施方式說明了一種構(gòu)造，其中單元室在垂直于它們的公共光軸的共面 陣列中，并且方位軸承在錨定到地面的水平軌道上轉(zhuǎn)動。該第一所示實施方式更適合于建 造在水平場地上的較大尺度的單元。本發(fā)明的所示大實施方式在規(guī)則的三乘九元件空間框 架中具有27個單元室。剛性仰角結(jié)構(gòu)包括具有下面的兩個撐牢的C環(huán)的空間框架，形成靠 近其重心的虛擬樞軸。來自C環(huán)的載荷通過具有四個角轉(zhuǎn)向架(corner truck)的短粗的 方位平臺幾乎被直接帶到地面上的圓形方位軌道。每個轉(zhuǎn)向架具有支撐C環(huán)的面向上的輪 和正好在下面的騎在方位軌道周圍的面向下的輪。在使用抬升方位角構(gòu)造的第二所述實施方式中，仰角結(jié)構(gòu)包括具有向后移動的上 部行和前進(jìn)的下部行的單元室的兩個交錯的行。頂部行的前底邊與頂部行的后底邊重合， 以形成延伸構(gòu)架的整個長度并且通過其重心的公共結(jié)構(gòu)構(gòu)件，從而為仰角軸承的支撐提供 了非常硬的中心構(gòu)件。該實施方式的一個重要特征在于，除了兩行室以外還需要小的結(jié)構(gòu) 來形成完整且非常硬的空間框架和仰角結(jié)構(gòu)。在此所示實施方式中，反射器室的每行還包 括中心窄室，以適應(yīng)仰角軸軸承。方位運動是繞著在仰角軸下居中的基座。該基座在柱上樞軸轉(zhuǎn)動，該柱優(yōu)選地采用在有壓碎的石頭或收集的土地瓦礫的地面上的洞中設(shè)置的鋼桁 架的形式，優(yōu)選地避免了在整個組裝中對于混凝土的任何使用，以便最小化成本。合并到用在以上所述的實施方式中的太陽能聚光器中的并且在其他可選實施方 式中具有實用性的鍍銀玻璃反射器可根據(jù)使用浮法玻璃的低成本方法來制造。該制造方法 有助于顯著地減小太陽功率系統(tǒng)的總成本。反射器制造工藝的開始點為浮法玻璃。浮法玻璃由于其高質(zhì)量和低成本是強(qiáng)烈地 優(yōu)選的。浮法玻璃還使用了可允許大量生產(chǎn)玻璃反射器的成熟技術(shù)。為了對減少大氣中溫 室氣體和碳污染有顯著影響，期望有以足夠低的成本和以足夠大的量制造太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 的玻璃反射器的方法，以便于用于產(chǎn)生非常高功率水平的電的系統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)。這里所 描述的工藝可被有利地集成到浮法玻璃生產(chǎn)線中，以便來自浮法玻璃生產(chǎn)線的新近形成的 熱玻璃可在其被退火和冷卻之前成形。根據(jù)本發(fā)明的制造工藝提供使用浮法玻璃工廠的整 個輸出來生產(chǎn)在一個連續(xù)的工藝或生產(chǎn)線中制成的玻璃太陽能反射器的能力。制造工藝因 此被設(shè)計成以非常高的速度進(jìn)行，例如允許新的玻璃反射器每十秒被制成，并且該制造工 藝能夠適應(yīng)來自浮法玻璃工廠的對4mm厚的3. 3米正方形片的典型生產(chǎn)率。如果需要的話， 制造工藝可以可選地以較慢的速度被離線進(jìn)行，但是根據(jù)所公開的制造方法的高生產(chǎn)率的 能力是本發(fā)明提供的顯著優(yōu)勢。制造過程的第一步驟包括將新近形成的且仍然熱但剛性的浮法玻璃帶切割成反 射器大小的塊。接下來是將每個反射器大小的玻璃塊定位在全主體模上的步驟。每個反射 器大小的玻璃塊隨后被加熱，同時其角被限制成抵抗橫向的運動。當(dāng)反射器大小的玻璃塊 在加熱的環(huán)境中軟化時，玻璃下陷并伸展，接觸并符合模的周邊，并以其他方式自由地下降 以呈現(xiàn)盤狀反射器的近似形狀，同時保持其光滑的鏡面拋光(finish)。提供角限制以通過 迫使玻璃在其下陷時到處伸展來防止起皺。當(dāng)反射器大小的玻璃塊到達(dá)并且輕微地接觸模 的整個主體時，反射器大小的玻璃塊呈現(xiàn)盤的期望形狀。該方法實現(xiàn)了在不會顯著降低玻 璃的前表面或后表面的光學(xué)光滑度的情況下使反射器大小的玻璃塊精確成形的目標(biāo)。不銹 鋼模被優(yōu)選地使用，尖的凹槽被加工到其內(nèi)，以便精確地限定外形，同時提供將由于與模接 觸而破壞的玻璃面積的部分很好地保持在以下的優(yōu)勢。在反射器大小的玻璃塊仍然是 軟的并且凹形盤正在成形的同時，成形工具被用在玻璃的邊上，以向后壓緊玻璃，以靠著模 的圓邊形成軋制的邊。只要成形完成，反射器大小的玻璃塊就可被快速地冷卻，以將其硬化 到其可從模被去除而不會有顯著變形的程度。在連續(xù)的生產(chǎn)線中，?？砂匆?guī)定路線返回到 生產(chǎn)線的起點，并被再利用以形成下一個反射器。期望最小化模的熱循環(huán)，因為熱循環(huán)可縮 短模的壽命。所公開的制造方法通過在模的相應(yīng)于正在被模制的玻璃塊的操作表面中使用 尖的凹槽而實現(xiàn)了最小化模的熱循環(huán)的期望結(jié)果，并且凹槽最小化了玻璃到模的熱傳導(dǎo)。 根據(jù)優(yōu)選的制造方法，通過涂敷鄰近正被模制的玻璃塊的操作模表面以便對在加熱和冷卻 期間經(jīng)歷的熱輻射通量是高度反射的，來進(jìn)一步減少模的熱循環(huán)。輻射傳熱是加熱和冷卻正在被模制的浮法玻璃塊的優(yōu)選方法，以便實現(xiàn)期望的快 速生產(chǎn)率。優(yōu)選地，許多模在同時使用中，例如被配置在生產(chǎn)線中，以跟上浮法玻璃的一般 工廠片生產(chǎn)率。根據(jù)優(yōu)選制造工藝的模循環(huán)包括將反射器大小的玻璃片定位到與模的相 應(yīng)關(guān)系中；通過快速輻射加熱來加熱玻璃片，以軟化玻璃片；將玻璃片保持在加熱的環(huán)境 中，直到玻璃片通過下陷、伸展和將玻璃片沉陷在整個模上而成形為反射器；形成玻璃片的邊；通過快速的輻射冷卻來冷卻玻璃片；去除成形的玻璃反射器，用于退火和冷卻；以及返 回模，用于再裝載。所公開的制造工藝能夠快速生產(chǎn)玻璃反射器，并且適合于實現(xiàn)用于完成 這些步驟的大約三分鐘的估計處理時間?？紤]到新的玻璃片可根據(jù)本發(fā)明通過在生產(chǎn)線中 使用20或更多模而大約每十秒被處理成成形的玻璃反射器，由所公開的制造工藝提供的 生產(chǎn)率的優(yōu)勢變得更為明顯。在使用20個模的此類生產(chǎn)線中，近似100米的生產(chǎn)線長度 在模被返回之前基于大約20或更多倍于模到模分離的生產(chǎn)線長度來提供若干分鐘的熱處 理。


圖1為安裝在具有兩軸跟蹤系統(tǒng)的可移動支撐件上的并具有分布的太陽能轉(zhuǎn)換 器單元的反射器的陣列的透視圖。圖2示出根據(jù)圖1的實施方式的沿著兩軸跟蹤系統(tǒng)的仰角軸看的側(cè)視圖。圖3示出根據(jù)圖1的實施方式的沿著光軸看的俯視圖，如從太陽方向看到的。圖4為根據(jù)圖1的實施方式的放大的透視圖(部分的)，其示出拋物面反射器和具 有球透鏡的特別優(yōu)選的轉(zhuǎn)換器單元。圖5為根據(jù)本發(fā)明的在太陽能反射器單元的焦點處使用的特別優(yōu)選的玻璃球透 鏡的透視圖，其示出了相對于玻璃球透鏡適當(dāng)定位的次級聚集反射器的特別優(yōu)選的陣列， 為清楚起見所有的支撐結(jié)構(gòu)被移除。圖6為根據(jù)圖1示出的優(yōu)選實施方式的在適合于太陽農(nóng)場的配置中的反射器的多 個系列的平面圖。圖7為安裝在具有兩軸跟蹤系統(tǒng)的可移動支撐件上的可選實施方式的透視圖。圖8示出根據(jù)圖7的具有以低仰角設(shè)置的兩軸跟蹤系統(tǒng)的沿著仰角軸看的實施方 式的側(cè)視圖。圖9示出根據(jù)圖7的具有以45°仰角設(shè)置的兩軸跟蹤系統(tǒng)的沿著仰角軸看的實施 方式的側(cè)視圖。圖10示出根據(jù)圖7的具有以高仰角設(shè)置的兩軸跟蹤系統(tǒng)的沿著仰角軸看的實施 方式的側(cè)視圖。圖11示出根據(jù)圖7的在指向沿著光軸看的水平線時的實施方式，其示出了方位軸 承和基座底座的細(xì)節(jié)。圖12示出指向沿著光軸看的水平線的可選實施方式，其示出了方位軸承和基座 底座的細(xì)節(jié)。圖13為根據(jù)圖7的實施方式的透視圖，其示出了仰角和方位驅(qū)動的細(xì)節(jié)。圖14為根據(jù)圖7的實施方式的透視圖，其示出了方位鏈驅(qū)動的細(xì)節(jié)。圖15為示出了根據(jù)圖7的實施方式的仰角軸承的細(xì)節(jié)的透視圖。圖16為根據(jù)圖12示出的實施方式的在適合于太陽農(nóng)場的配置中的反射器的多個 陣列的平面圖。圖17為根據(jù)圖12示出的實施方式的在適合于太陽農(nóng)場的配置中的反射器的多個 陣列的透視圖。圖18為從根據(jù)圖12示出的實施方式的在適合于太陽農(nóng)場的配置中的反射器的多個陣列的太陽方向看的視圖。圖19為單個太陽能轉(zhuǎn)換單元的實施方式的透視圖，其示出了將轉(zhuǎn)換器單元支撐 在正方形反射器上的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。圖20為單個太陽能轉(zhuǎn)換單元的可選實施方式的透視圖，其示出了將轉(zhuǎn)換器單元 支撐在六邊形反射器上的可選結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。圖21為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用在太陽能轉(zhuǎn)換單元中的反射器單元的優(yōu) 選實施方式的透視圖，其示出了玻璃反射器和其支撐結(jié)構(gòu)。圖22為根據(jù)圖21所示的實施方式的整體玻璃反射器的支撐結(jié)構(gòu)的透視圖，其示 出了在去除了玻璃反射器的情況下的支撐支柱和節(jié)點。圖23為根據(jù)圖21所示的實施方式的整體玻璃反射器的支撐結(jié)構(gòu)的平面圖，其示 出了支撐點的托架和圖22所示的最高支撐支柱和節(jié)點的細(xì)節(jié)。圖M為對4mm厚度在軸向一個g重力載荷下的所計算偏轉(zhuǎn)的等高線圖的透視圖， 其示出了在整個玻璃反射器表面上的由載荷斜度偏差導(dǎo)致的傾角變化。圖25為將被成形為用在圖1和圖7所示的實施方式中的反射器的扁平玻璃塊的 橫截面視圖。圖沈為根據(jù)圖25的放置在模上的玻璃塊的橫截面視圖。圖27為在圖沈示出的步驟之后的玻璃塊的橫截面視圖，其中玻璃塊已經(jīng)通過輻 射地傳輸?shù)臒岜卉浕?，并且部分地成形到模。圖觀為在圖27示出的步驟之后的玻璃塊的橫截面視圖，其中玻璃塊已經(jīng)完全符 合模形狀。圖四為在圖觀示出的步驟之后的模制玻璃塊的橫截面視圖，其中玻璃塊正通過 輻射傳輸被冷卻。圖30為根據(jù)圖四的模制玻璃塊的橫截面視圖，其中模制玻璃塊已經(jīng)從模去除。圖31為示出了具有保持在模之上的扁平玻璃片的正方形模的透視圖。圖32為示出了具有懸在模之上的部分彎曲的玻璃片的正方形模的透視圖。圖33為示出了具有擱在模上的完全成形的玻璃片的正方形模的透視圖，角支撐 件仍然在適當(dāng)?shù)奈恢?。圖34為示出了具有擱在模上的完全成形的玻璃片并且去除了角支撐件的正方形 模的透視圖。圖35為示出了下面的支撐框架和角支撐件的正方形模的部分剖面平面圖。圖36為示出了連接的角支撐件和一些前板的正方形模的部分剖面透視圖。圖37為支持在成形之前的扁平玻璃片的角支撐件的橫截面細(xì)節(jié)視圖。圖38為支持部分成形的玻璃片的角支撐件的橫截面細(xì)節(jié)視圖。圖39為支持?jǐn)R在模上的盤狀玻璃片的角支撐件的橫截面細(xì)節(jié)視圖，角支撐件仍 然在適當(dāng)?shù)奈恢谩D40為擱在模上的盤狀玻璃片的橫截面細(xì)節(jié)視圖，角支撐件被去除。圖41為詳細(xì)說明了模的邊處的一部分的部分剖面透視圖，成形工具位于模上。圖42為詳細(xì)說明了模的邊處的一部分的部分剖面透視圖，部分成形的玻璃在適
當(dāng)位置。
圖43為詳細(xì)說明了模的邊處的一部分的部分剖面透視圖，玻璃在適當(dāng)位置，并且 通過成形工具形成軋制的邊。圖44為詳細(xì)說明了通過根據(jù)本發(fā)明的模制工藝被彎曲和成形有軋制的邊的玻璃 的一部分的部分剖面透視圖。圖45為示出了具有凹槽和尖端的模表面的一部分的剖視圖的示意圖。圖46為示出了成形玻璃接觸尖端的模部分的剖視圖的示意圖。圖47為詳細(xì)說明了成形玻璃在完成成形之后擱在尖端上的尖的模的橫截面視 圖。圖48為說明了用于在適合于制造玻璃反射器的生產(chǎn)線中以相應(yīng)于浮法玻璃生產(chǎn) 線的輸出速率的速率來使玻璃反射器成形的多個模的示意圖。圖49為兩軸太陽能跟蹤器的電控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式圖1、圖2和圖3說明了本發(fā)明的包括多個單元反射器室34的當(dāng)前優(yōu)選的實施方 式，大的拋物面反射器1在剛性的框架100中保持同軸。在所示出的實施例中，27個單元反 射器室34的陣列被顯示在三行乘九列的長方形柵格中，但是其他配置和布置可與布置在 各種其他配置中的多個聚光器一起使用。期望有在白天期間當(dāng)太陽越過天空移動時將反射 器1的陣列指向太陽的能力。為了實現(xiàn)此，反射器1的公共軸通過兩軸跟蹤器107被定向 到太陽。在此示例性實施方式中，平轉(zhuǎn)向架(flat truck) 101在地面上的圓形軌道102上 轉(zhuǎn)動，以提供支撐拋物面反射器1的框架100的方位旋轉(zhuǎn)。仰角運動由連接到剛性框架100 的兩個C環(huán)103提供，兩個C環(huán)103在轉(zhuǎn)向架輪105上的且鄰近轉(zhuǎn)向架輪105的上輪104 上關(guān)于虛擬的軸110轉(zhuǎn)動。仰角環(huán)的對角支撐件109和結(jié)構(gòu)48中的對角線提供硬度。在 此優(yōu)選的實施方式中，拋物面反射器1是具有修剪的角106的幾乎正方形或者實質(zhì)上正方 形，以便最小化否則可能被損失的反射面積，并且被布置在正方形或長方形對稱的剛性框 架100中，以便幾乎所有由單元反射器室34的整個陣列截住的陽光都被輸送到反射器1中 的每個的相應(yīng)的拋物面焦點觀。圖4和圖5為具有以光伏發(fā)生器4和拋物面反射器1形式的轉(zhuǎn)換器的單元反射器 室34的透視圖。進(jìn)入系統(tǒng)的陽光作為由反射鏡1反射的進(jìn)入的太陽輻射或光線2而進(jìn)入。 在包括球透鏡5的這個圖示中，反射鏡1被成形，以便所反射的太陽輻射或光線3被引導(dǎo)到 光伏發(fā)生器4所位于的焦點觀。反射鏡1優(yōu)選地具有實質(zhì)上拋物面的反射表面，該實質(zhì)上 拋物面的反射表面反射盡可能多的陽光2，并且將其聚集在發(fā)生器4的位置上。反射鏡1優(yōu) 選地在低鐵玻璃的背側(cè)上被制造有薄的銀涂層。然而，正涂的反射鏡盡管不是優(yōu)選的，但是 可作為替換物被提供，并且可選的反射涂層可用在具有其他金屬或介質(zhì)涂層的玻璃上。另 外，反射鏡可以由仍然提供陽光到發(fā)生器4的期望反射的可選的材料制成。盡管反射器1在 配置上優(yōu)選地為實質(zhì)上拋物面的，但是也可采用在性能上有一些降低的其他彎曲表面。拋 物面形反射器1是優(yōu)選的，因為其能將平行進(jìn)入的光線2反射到焦點觀。因為進(jìn)入的太陽 輻射不是精確地以平行光線2的形式，反射表面1的可選形狀可用于將光線3反射到發(fā)生 器4所位于的焦點觀。但是，包含本文所描述的優(yōu)選實施方式的反射鏡1的元件的組合被 認(rèn)為提供成本和性能之間的最佳折衷。在反射器1為實質(zhì)上拋物面的優(yōu)選實施方式中，反射表面的形狀與期望拋物面形狀的偏差可以被特征化為初級拋物面反射鏡1的反射表面 中的表面斜度誤差，并且充分利用本發(fā)明的任何轉(zhuǎn)換器應(yīng)提供對這樣的誤差的某一公差以 及對跟蹤器指示誤差的某一公差。這是在制造和操作中實現(xiàn)一定程度的成本有效性的期望 特征。用在拋物面反射鏡1的焦點觀處的以光伏發(fā)生器4形式的轉(zhuǎn)換器的實施例被顯 示在圖5的透視圖中。發(fā)生器4包括球場透鏡5，并具有同心地位于球場透鏡5周圍的多個 次級反射器45，其中所述多個次級反射器45將聚集的光引導(dǎo)到多個聚光器光伏電池15上， 如圖5所示。光伏電池15直接從太陽輻射產(chǎn)生電。圖5的發(fā)生器和這種類型的其他光伏發(fā) 生器的結(jié)構(gòu)、功能和操作在題目為 “Photovoltaic Generator with a Spherical Imaging Lens for Use with a Paraboloidal Solar Reflector，，的由 Roger P. Angel 同此提交的 第12/463，016號申請中被描述，該申請的內(nèi)容通過引用合并于此。通過球透鏡5的所聚集的陽光3在凹球面形表面9上形成初級拋物面反射器1的 圖像，在該凹球面形表面9中次級反射器45被定位在與球狀透鏡5同心的位置上。圖5只 示出了球透鏡5、旁通二極管30以及多個正方形光伏電池15，所述多個正方形光伏電池15 被直接放置在具有近似正方形輸入的以鏡像框架45形式的次級反射器的后面。為清楚起 見，所有其他的結(jié)構(gòu)被省略。多個光伏電池15以串聯(lián)的形式電連接在一起，以將各個電池 15產(chǎn)生的電功率合并到來自發(fā)生器4的總電流輸出中。發(fā)生器4包括通過被抽吸到散熱器 的水來積極地冷卻電池15的系統(tǒng)(未示出)，用于對空氣的對流冷卻。發(fā)生器4的一顯著方面在于，對于容忍初級拋物面反射鏡1的反射表面中的表面 斜度誤差的設(shè)計來說，遍及所有光伏電池15的太陽輻射3的強(qiáng)度由抵抗跟蹤器107的指示 誤差的球透鏡5來穩(wěn)定。即使跟蹤器107不直接指向太陽，由球透鏡5在棱鏡反射器45的 入口處形成的圖像的光強(qiáng)度也保持相對恒定，并且在顯著的指示誤差范圍內(nèi)提供所有電池 15的等量照明。發(fā)生器4的另一顯著方面是次級反射器45在進(jìn)一步改善對錯定位的公差 中和在使鄰近電池15之間的相當(dāng)大的間隙暢通中的行動。在鄰近電池15之間設(shè)置的間隙 允許靠近電池15放置旁通二極管30和互相連接的接線，而不會干擾它們的光學(xué)輸入或它 們的電和熱輸出。因此，圖5的發(fā)生器4通過通量穩(wěn)定化以便確保來自串聯(lián)連接的許多電 池15的高功率輸出并通過去除來自被強(qiáng)烈照明的電池15的緊密陣列的廢熱的暢通的熱路 徑來提供來自本發(fā)明的聚光器的高太陽功率輸入。圖2說明了在沿著垂直于圖紙平面并且穿過C環(huán)103的弧的中心的仰角軸110的 方向看到的視圖中根據(jù)圖1的剛性框架100的仰角支撐件和驅(qū)動。關(guān)于此仰角軸110的旋 轉(zhuǎn)由C環(huán)103在它們的支撐輪104上的運動而不是由軸110上的任何物理軸承來限定。C 環(huán)103由面內(nèi)支柱109支撐，該面內(nèi)支柱109在剛性框架100中連接到單元反射器室34的 節(jié)點11。圖3說明了根據(jù)圖1的如沿著光軸的方向所見到的剛性框架100，并且示出了實 質(zhì)上正方形的盤反射器1如何有效地被包裝在剛性框架或空間框架100中，以捕獲入射在 仰角空間框架100上的大部分陽光2。圖4說明了用于被動地去除來自發(fā)生器4的廢熱的熱虹吸管的優(yōu)選實施方式。發(fā) 生器4處的熱使工作流體沸騰，使得蒸汽將熱虹吸管39提升到對流結(jié)構(gòu)M，空氣冷卻位于 對角支撐架38的上象限中。在所示的優(yōu)選實施方式中，對流結(jié)構(gòu)M在實際上為仰角軸110 設(shè)想的仰角的整個范圍上保持在發(fā)生器4之上的方向上，以便所冷凝的流體將通過重力返回到發(fā)生器4。這提供了在不增加泵的附加成本和維護(hù)的情況下用于在熱虹吸管39和對流 結(jié)構(gòu)M中使冷卻流體循環(huán)的成本有效的設(shè)計。圖6在數(shù)量上說明了本實施方式的多個跟蹤器單元107的優(yōu)選放置，多個跟蹤 器單元107以等邊三角形的柵格被布置，該柵格依尺寸制造成允許全方位旋轉(zhuǎn)的裕度，而 沒有碰撞的可能性。被投影的水平長度與被投影的高度的3的優(yōu)選比是有利的，如在這 個示出的實施例中所示出的，因為此比最小化在清晨和傍晚時低太陽仰角處的自身陰影， 也最小化了風(fēng)載荷。給定在北-南方向上定向的行，當(dāng)陽光來自正東或正西時，于是不存 在tarTHl/^) =18.4°度之上的太陽仰角的自身陰影損失，并且僅僅1/3的單元室將對 12.3°太陽仰角被遮蔽。反射器面積與所示放置的陸地面積的比為近似25%。因為在此優(yōu) 選的實施方式中，所有的反射器1為共面的并處于開放的桁架結(jié)構(gòu)100中，所以可通過在反 射器平面在頂點指示位置上安置跟蹤器107來最小化風(fēng)載荷，反射器平面在非常高的風(fēng)中 是水平的。維護(hù)道路112被顯示成在一個方向上每隔兩行放置。通過合適的方位角和仰角 旋轉(zhuǎn)，因此為所有的跟蹤器107提供對前部或后部維修的準(zhǔn)備好的接近機(jī)會。本發(fā)明的第二當(dāng)前優(yōu)選的實施方式被顯示在圖7中。此可選的實施方式包括在剛 性的框架50中保持同軸但具有在兩行51和52和四列配置中的八個單元室34的較小陣列 的多個大拋物面反射器1。為了使反射器1的陣列指向太陽，反射器1的公共軸由具有抬升 方位角軸承的兩軸跟蹤器定向到太陽。如圖11所示，方位運動由設(shè)置在基座支架67上的 垂直軸軸承78和79提供。反射器陣列由設(shè)置在方位軸承78和79之上的水平軸仰角軸承 58在仰角方向上轉(zhuǎn)動。在如圖7所示的可選實施方式中，反射器1優(yōu)選地為具有修剪的角的大致正方形 或者實質(zhì)上正方形，并且每個反射器1被容納在單元反射器室34中，該單元反射器室34在 支持焦點觀附近的單元發(fā)生器的條件下采用基于正方形的直角棱鏡的形式。如圖11 (其 為沿著光軸的視圖)中更為清楚地示出的，仰角空間框架50被配置，以便如從太陽看到的 輪廓為長方形，并且?guī)缀跛杏烧麄€陣列截住的陽光都被指引到多個反射器1的焦點觀。兩個交錯的行51和52的向前/向后位移被最清楚地顯示在沿著圖8、圖9和圖 10所示的仰角軸的視圖中。在圖8中，仰角為低的，在圖9中仰角為45°，而在圖10中仰 角為高的。上行的室51被向前設(shè)置，而下行52被放置在后面，以便上行51的前下邊與下 行52的后上邊重合，并且公共結(jié)構(gòu)構(gòu)件53被設(shè)置在框架50中。該公共結(jié)構(gòu)構(gòu)件53被制 成與仰角軸相符，并且接近于如圖7詳細(xì)說明的完整的仰角結(jié)構(gòu)的重心通過。通過將前加 強(qiáng)構(gòu)件56和后加強(qiáng)構(gòu)件57分別添加在上行52的室和下行51之間，仰角空間框架50被完 成。前加強(qiáng)構(gòu)件56連接室的兩行51和52的上前角14，而后加強(qiáng)構(gòu)件57連接下后角11。參照圖7，通過使室34的兩行51和52交錯，框架50關(guān)于仰角軸被自然地平衡， 并因此由中心基座67有效地支撐。另外，在仰角方向上移動或旋轉(zhuǎn)剛性框架50所需的功 率被最小化。室34的交錯行51和52的第二優(yōu)勢在于，垂直于因而產(chǎn)生的空間框架50的 行51和52的橫截面在兩個維度上被最大化，框架50包括外圍加強(qiáng)支柱56和57。這導(dǎo)致 了抵抗在中心軸承58周圍的彎曲的高硬度，無論仰角可能如何。盡管在此示例性實施方式 中的結(jié)構(gòu)在上行52中具有四個反射器單元34并且在下行51中具有四個反射器單元34，但 是在有了本公開的益處之后對于本領(lǐng)域技術(shù)人員也明顯的是，不同長度的交錯行例如兩行 或六行可能在實踐中提供好的結(jié)果，取決于對給定位置期望和適當(dāng)?shù)臍埓骘L(fēng)強(qiáng)度，并且取決于普遍的制造成本。例如，圖12說明了可選實施方式，其類似于圖7和圖11所示實施方 式，但是在兩個交錯行51和52的每個中具有六個反射器單元34。返回到圖7和圖11所示的實施方式，該實施方式中的仰角軸軸承58通過中心結(jié) 構(gòu)軸上的兩個節(jié)點連接到仰角空間框架50，其細(xì)節(jié)可參照圖11被更好地描述。軸承58的 空間通過在四個單元反射器室34的下行51中包括窄的中心室59并且通過在上行52中包 括窄的中心室60來產(chǎn)生。圖15示出如何實現(xiàn)高結(jié)構(gòu)效率，因為支撐仰角軸承58的端部的 硬仰角節(jié)點61和62被形成為支撐并連接反射器1的剛性空間框架50的固有部分。為清 楚起見，圖11示出了支撐仰角軸承58的支柱中的僅僅幾個。圖15詳細(xì)示出了仰角軸承58 的兩個端部如何被支撐在兩個非常硬的節(jié)點61和62處，這兩個非常硬的節(jié)點61和62被 形成在四個內(nèi)部單元反射器室34的角支柱的交叉點處。不需要附加的鋼構(gòu)件來加強(qiáng)該支 撐件61和62，或者將仰角軸承58放置在重心處。例如在圖9中示出的連接構(gòu)件56和57 加強(qiáng)兩行室，以完成在中心基座67上繞著仰角軸承58轉(zhuǎn)動的全仰角結(jié)構(gòu)。仰角驅(qū)動弧63被顯示在圖13中。仰角驅(qū)動弧63從兩個下節(jié)點64和65 (圖9所 示)牢固地連接在窄的中心室59和60(圖7所示)的一側(cè)上，提供在從頂點到水平指示的 90°范圍上的運動，如通過比較圖8、圖9和圖10所示的。在所示的實施方式中，驅(qū)動弧63 具有等于單元室34的寬度和深度的半徑，該單元室34的寬度和深度在所示的實施方式中 是相等的。圖7和圖11所示的實施方式的方位軸承采取繞著固定垂直軸66轉(zhuǎn)動的中心基座 67的形式。軸向載荷由位于中心基座67的上部部分中的或者在軸66的頂部處的止推軸承 78承擔(dān)。橫向載荷優(yōu)選地由兩個塑料軸頸軸承78和79承擔(dān)，一個在軸66的頂部處，而另 一個在軸66的底部處。方位驅(qū)動通過連接到中心基座67的下端部的大的360°驅(qū)動輪68 來起作用。在所示的實施例中，驅(qū)動輪68被示有與仰角驅(qū)動相同的大半徑。但是，本發(fā)明 并不被如此限制，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可使用驅(qū)動輪68的其他半徑。參照圖13，在當(dāng)前優(yōu)選的實施方式中的對于方位運動的優(yōu)選驅(qū)動是通過電驅(qū)動鏈 70，該電驅(qū)動鏈70被更詳細(xì)地顯示在圖14中。為了繞著方位軸66旋轉(zhuǎn)空間框架50，驅(qū)動 力通過圍繞方位輪68伸展且牢固地連接到方位輪68的方位驅(qū)動鏈70起作用。斜撐鏈輪 (rider sprocket wheel) 74可用于調(diào)整或保持驅(qū)動鏈70中的期望張力。在圖14中示出的 所示實施例中，方位輪68由輻條76支撐。仰角驅(qū)動弧63(圖13所示)和方位驅(qū)動輪68 優(yōu)選地由彎曲的結(jié)構(gòu)槽77簡單地且以低成本構(gòu)造，如圖14所示。在所示的實施方式中對于仰角運動的優(yōu)選驅(qū)動是通過電驅(qū)動鏈69，如圖13所示。 用于仰角驅(qū)動的驅(qū)動鏈69可以類似于圖14中所示的用于方位驅(qū)動的驅(qū)動鏈70。在仰角驅(qū) 動中，驅(qū)動力通過連接到仰角弧63的端部的仰角驅(qū)動鏈69起作用，以便圍繞仰角軸承58 旋轉(zhuǎn)空間框架50。仰角鏈69被牢固地連接到弧63的端部。驅(qū)動力由通過類似于在圖14 中對方位驅(qū)動示出的鏈輪71和電機(jī)和齒輪箱73的電機(jī)和齒輪箱轉(zhuǎn)動的鏈輪施加到仰角驅(qū) 動鏈69。仰角弧63由小桁架75支撐。如圖14所示，驅(qū)動力矩由通過電機(jī)和齒輪箱73轉(zhuǎn)動的鏈輪71施加到方位驅(qū)動鏈 70。為了最小化鏈70中的張力并增加總傳動比，方位驅(qū)動輪68的半徑被制成大的。在鏈驅(qū) 動中需要至少一個空轉(zhuǎn)鏈輪74，以便鏈70在驅(qū)動鏈輪71上的嚙合大于120°。以此方式， 鏈70上的磨損和鏈70以高扭矩在驅(qū)動鏈輪71齒上滑動的機(jī)會均被減小。在太陽能應(yīng)用中，為了跟蹤太陽的運動必須移動方位驅(qū)動和仰角驅(qū)動的速率是相對慢的，并且驅(qū)動機(jī)構(gòu) 可以利用高機(jī)械減速比，并允許使用較低成本的驅(qū)動電機(jī)73?？梢詫嶋H上實現(xiàn)近似100比 1的優(yōu)選的機(jī)械減速比，幾乎為大于對使用鏈輪的傳統(tǒng)鏈驅(qū)動的減速比的一個數(shù)量級。優(yōu)選 地，空轉(zhuǎn)輪74或鏈70的端部將由彈簧裝載機(jī)構(gòu)(spring take up mechanism)拉緊。盡管 未詳細(xì)示出，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，仰角驅(qū)動鏈69由類似的布置驅(qū)動，并且仰 角驅(qū)動弧63的半徑由于方位驅(qū)動輪68被設(shè)置有大半徑的相同的原因而被制成大的。仰角 驅(qū)動鏈69優(yōu)選地由連接到鏈69的端部的彈簧裝載機(jī)構(gòu)拉緊。合起來一并考慮，使用方位驅(qū)動輪68的大弧半徑和仰角驅(qū)動弧63來減小所需的 驅(qū)動力連同與許多鏈輪齒71相嚙合的鏈驅(qū)動將導(dǎo)致方位驅(qū)動元件和仰角驅(qū)動元件的減少 的成本、復(fù)雜性和尺寸。在操作期間，期望跟蹤太陽從東到西越過天空的運動，以便剛性框架100指向到 達(dá)的太陽輻射2的方向。參照圖49的示意圖，如果跟蹤器107隨動到從剛性地連接到框架 100的光學(xué)太陽跟蹤傳感器121取得的仰角和方位角誤差信號，那么可實現(xiàn)精確的太陽指 示。太陽跟蹤傳感器121的優(yōu)選形式包括硅四節(jié)電池，該硅四節(jié)電池由通過硅四節(jié)電池之 上的小孔的陽光照亮。優(yōu)選地，該方位也通過不需要陽光的重力和磁場傳感器122來檢測。 圖49示意性地說明了來自連接到計算機(jī)120的傳感器121和122的信號。來自計算機(jī)120 的驅(qū)動控制信號通過接口 125被轉(zhuǎn)換成驅(qū)動功率，并且電功率由方位電纜IM傳送到方位 驅(qū)動電機(jī)73并由仰角電纜123傳送到仰角驅(qū)動電機(jī)73。在多云的情況下優(yōu)選地通過參照提供來自讀取重力和磁場的換能器122的絕對 指示數(shù)據(jù)的傳感器來保持框架100到太陽的方向，因此避免來自基座底座40的下陷、鏈69 或70的伸展或者由于強(qiáng)烈穩(wěn)定的風(fēng)造成的彎曲的誤差。可選地，可使用常規(guī)望遠(yuǎn)鏡驅(qū)動算 法，以基于每個單獨的跟蹤器107的GPS坐標(biāo)并使用提供到計算機(jī)120的精確時間和日期 信息來計算太陽的位置。如果必要，可通過同步所計算的太陽位置與當(dāng)陽光是可得到的時 由太陽跟蹤傳感器121指示的位置來提高精度，并且這樣的同步可有效地解釋來自基座底 座40的下陷、鏈69或70的伸展或者由于強(qiáng)烈穩(wěn)定的風(fēng)造成的彎曲的誤差。類似于常規(guī)望 遠(yuǎn)鏡GOTO系統(tǒng)的常規(guī)計算機(jī)控制的驅(qū)動系統(tǒng)可用于將剛性框架100指向準(zhǔn)確的方向并跟 蹤太陽的運動，包括向計算機(jī)120提供方位角信息和仰角信息的編碼器。應(yīng)該理解，圖49 示出的圖示只是示意性的，并且驅(qū)動電子器件可被連接到框架100或其他地方。優(yōu)選地，方 位角和仰角驅(qū)動電機(jī)73和主動冷卻系統(tǒng)(如果有)的電功率將由不間斷的電源供應(yīng)。合 適的源可通過在上行的窄中心室60的面向太陽的側(cè)上提供光伏轉(zhuǎn)換器來獲得，光伏轉(zhuǎn)換 器可結(jié)合蓄電池來使用。支撐本實施方式的方位軸承的優(yōu)選基座在圖11和圖12中的橫截面中示出?；?采用延伸進(jìn)入洞41的焊接的三角鋼桁架40的形式，例如使用在常規(guī)的轉(zhuǎn)向架上安裝的螺 絲鉆可在地面42中鉆出洞41。可選地，可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的許多常規(guī)工具來挖掘 洞。在插入桁架或柱40之后，洞41優(yōu)選地使用廉價的干燥材料43例如來自采礦業(yè)的壓碎 的石頭或表土被回填，而不使用水泥粘合劑。洞和桁架尺寸依尺寸制造成使得干燥材料將 承擔(dān)來自桁架40的相對集中的載荷并將其轉(zhuǎn)移到面積大得多的土壤42，以確保在強(qiáng)風(fēng)中 幸存。未粘合的石頭由于其低得多的成本和碳足跡被優(yōu)選地代替混凝土。當(dāng)然，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員將認(rèn)識到，如果在特定的應(yīng)用中可以容忍此類材料的一般較高的成本，那么可以使用混凝土。基座40的某些小的下陷運動是可接受的，并且在基座40的初始放置中的低 精度可被容忍，因為跟蹤器驅(qū)動111將使用太陽跟蹤器121和絕對的傳感器例如加速計和 /或頻繁地重新校準(zhǔn)的或同步的傳感器來定位剛性框架100。可選地，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 認(rèn)識到，可使用其他桁架底座設(shè)計，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。圖16、圖17和圖18示出了在圖12中所示的盤陣列111的實施方式的優(yōu)選放置。 圖16在平面圖中示出了允許全方位旋轉(zhuǎn)的裕度而沒有碰撞的可能性的規(guī)則三角形柵格， 類似于圖6中所示的布局。相對小的在柱上安裝的單元需要非常小的位置坡度緩和或準(zhǔn) 備。它們有利地適于安裝在坡地以及平地上，或在不規(guī)則的一塊土地中。優(yōu)選的尺寸在優(yōu)選實施方式的設(shè)計中的一重要考慮因素為初級拋物面反射器1的尺寸和制 造，特別是因為成本是重要的因素。本發(fā)明包括反射器1的尺寸的優(yōu)化。對于由結(jié)構(gòu)的、背 部鍍銀的玻璃制成的反射器1，大約3米(3m)的尺寸作為一般最佳的尺寸是優(yōu)選的。該尺 寸是優(yōu)選的，因為它是可由常規(guī)浮法工藝制造的扁平玻璃的單個整體制成的最大可裝運的 尺寸。以該尺寸的整體反射器1可提供用于跟蹤根據(jù)本發(fā)明的反射器系統(tǒng)的最低的每單位 面積成本。在操作中，優(yōu)選地，近似: 大小的多個盤發(fā)生器單元34被安裝在每個跟蹤器107 上，以獲得最低的每單元面積總成本。每個正方形反射器1具有大約9m2的反射面積。對于 1000W/m2的標(biāo)稱太陽通量和94%的反射率，輸送到每個轉(zhuǎn)換器單元4的標(biāo)稱太陽功率為大 約8.最佳兩軸跟蹤器107的優(yōu)選實施方式的具有4mm厚玻璃的；^玻璃反射器1的鋼 支撐結(jié)構(gòu)100應(yīng)在實踐中提供令人滿意的性能。對于27個反射器1的實施方式，整個系 統(tǒng)——包括固定軌道——的鋼的質(zhì)量為每平方米收集區(qū)域34kg，且當(dāng)頂點指示時偏轉(zhuǎn)為最 大0.1°。對于8個反射器1的實施方式，整個支架107——包括固定基座——的鋼的質(zhì)量 為每平方米收集面積25kg，并且在頂點指示時最大偏轉(zhuǎn)為0. 06°。單元反射器/轉(zhuǎn)換器室的優(yōu)選結(jié)構(gòu)設(shè)計的細(xì)節(jié)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式使用多個單元反射器室34作為積木式構(gòu)件。單元反射器 室34包括將能量引導(dǎo)至焦點區(qū)域觀的反射盤1和支撐盤1并在焦點區(qū)域觀附近將轉(zhuǎn)換 器單元4保持為嚴(yán)格對齊的機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要元件為以直角棱鏡形式的桁架，該 直角棱鏡的橫截面和端面優(yōu)選地是正方形或六邊形，如圖19和圖20所示的。圖19示出了 具有正方形橫截面的單元室34，如在以上描述的優(yōu)選實施方式中所采用的，而圖20示出了 具有六邊形橫截面的可選單元室34。實質(zhì)上為正方形(圖19)或六邊形(圖20)的盤狀反 射鏡1通過下面描述的盤支撐結(jié)構(gòu)從下棱鏡面的角11被支撐。盤軸7通過盤中心或頂點 6。只遮蔽初級收集器的一小部分的緊湊轉(zhuǎn)換器4位于上面，在盤軸7上居中，并且從由構(gòu) 件13形成的上棱鏡面的上角14被支撐。上端面具有與由構(gòu)架10形成的端面相同的尺寸， 并平行于它。上端面和下端面中心位于盤軸7上。轉(zhuǎn)換器4在盤軸7上居中，并且優(yōu)選地 被支撐在中心軸轉(zhuǎn)換器支撐構(gòu)件18的下端處。轉(zhuǎn)換器支撐構(gòu)件18優(yōu)選地由對角張力元件 17從上角14支撐。四個(圖19)或六個(圖20)垂直元件16連接上正方形和下正方形。 優(yōu)選地，棱鏡的側(cè)面由對角元件18支撐。玻璃支撐桁架12靠近結(jié)構(gòu)的底側(cè)，以及支撐初級 拋物面反射器1。
轉(zhuǎn)換器支撐件18的同心放置適于廢熱主動地由抽吸的冷卻液體而不是被動地由 熱虹吸管M去除的實施方式。在主動冷卻系統(tǒng)中，冷卻液體通過熱交換器被循環(huán)，熱交換 器可正好位于圖19或圖20中的發(fā)生器4之上，或在不會遮蔽進(jìn)入的陽光的由沿著對角支 撐件17和18的管道達(dá)到的另一位置上。反射器盤1的最優(yōu)選的實施方式是連接到開放鋼桁架的浮法玻璃的單個塌陷的 背部鍍銀的反射器。桁架的充分間隔開的上節(jié)點的托架通過粘合的墊將玻璃反射器1的形 狀保持在大的空間尺度(spatial scale)上，以抵抗重力和風(fēng)力。下節(jié)點將載荷轉(zhuǎn)移到主 仰角框架100的單元室34的下角11。將鍍銀的玻璃反射器1連接到角支撐件11的玻璃支撐桁架12在任何給定的實施 方式中依據(jù)玻璃反射器1的尺寸、形狀和厚度來優(yōu)化。玻璃1的厚度在很大程度上通過抵 制冰雹損害的需要來確定。在槽式熱系統(tǒng)中使用的四個支撐墊上的4mm厚的背部鍍銀的儀 表大小的面板已經(jīng)在實踐中給出了令人滿意的結(jié)果。對于本發(fā)明的較大的反射器盤1，具有 大約4mm厚的厚度的玻璃反射器1需要最佳分布的較多數(shù)量的支撐件，以便在重力和風(fēng)力 下的彎曲不會使光學(xué)外形明顯降級。優(yōu)選地，作為大的、深度開放的桁架的一部分的支撐點 被用于玻璃反射器1，提供了對最小質(zhì)量和材料成本的最大總硬度。圖21示出的優(yōu)選的集成反射器設(shè)計包括實質(zhì)上正方形的背部鍍銀的玻璃反射器 1和支撐反射器框架。圖22為示出玻璃反射器1被去除的反射器框架或桁架95的詳細(xì)透 視圖，展現(xiàn)出了支撐玻璃反射器1的16個反射器支撐點86、87和88。在平面圖23中，這 些形成了以四乘四模式的大體正方形的笛卡爾柵格。反射器桁架95被設(shè)計成在其底部96 處連接到單元反射器室34的四個下角點11。單元室34的四個底部支柱10與在底部中心 81處匯合的兩個底部對角線80組合，以在底部平面中形成四個三角形。三個成角度的支 柱82從每個所述三角形的角豎起，以形成四個四面體，該四面體的上節(jié)點83為形成玻璃反 射器1的托架的主節(jié)點。五個其他的主要上節(jié)點84和85在兩個平面框架的角處形成，這 兩個平面框架從底部對角線80向上延伸，并且共享連接81和84的垂直于底部平面的公共 中心構(gòu)件97。這兩個正交的框架由將底部中心81連接到上節(jié)點85的四個對角構(gòu)件98支 撐。圖23為僅詳細(xì)說明了轉(zhuǎn)向架梁和反射鏡支撐件86、87和88的上部結(jié)構(gòu)的平面圖。16 個托架支撐點包括四個內(nèi)部支撐件86、8個中間支撐件87和四個外部角支撐件88。內(nèi)部 四個托架點86和外部四個托架點88分別位于延伸而穿過節(jié)點84、85和90的托架支柱89 上。支柱91的端部處的節(jié)點83和90支撐中間支撐件87。圖M示出了由圖21、圖22和圖23所示的優(yōu)選框架支撐的玻璃反射器1的偏轉(zhuǎn)， 如通過有限元分析所計算的。偏轉(zhuǎn)是對具有1. 7m焦距的3. 3m正方形拋物面反射器1計算 的。玻璃1為4mm厚，并且具有向后滾動過90°的具有25mm半徑的邊。支撐桁架被模造有 0. 6m的中心深度，支柱由2英寸直徑和0. 015英寸壁厚的圓鋼管制成。其他橫截面也可行 得通，假定它們的橫截面面積和慣性力矩是相似的。參照圖24，所計算的例子的桁架重量 平均為每平方米玻璃支撐3. 5kgo對于4mm厚度，鋼的此面積密度對顯著地小于10. lkg/m2 的玻璃面積密度。對于4mm厚的玻璃，完整的: 反射器組件的平均重量因此為13.6kg/m2。 為該例子計算的在軸向重力載荷(或等效地30mph正常風(fēng)載荷)下的偏轉(zhuǎn)在圖對中示出。 表面上的等高線圖顯示了由裝載引起的傾斜角的變化。圖M示出了具有0. 05弧度的斜度 偏差的等高線92。在大部分表面上主要由鄰近支撐墊的剪切偏轉(zhuǎn)引起的斜度的偏差總計小于0.1毫弧度——由輪廓B標(biāo)記的水平。輪廓A相應(yīng)于0.05弧度的斜度偏差。在整個表 面上平均的由盤反射的準(zhǔn)直光的90%落在0. 2。直徑的圖像內(nèi)，同時所有的光位于0. 4° 的直徑內(nèi)。大的整體和深盤狀玻璃反射器的優(yōu)選制造方法通過使最初扁平的玻璃片成形來制造凹形整體反射器1的工藝操作的優(yōu)選順序 在圖25、圖26、圖27、圖28、圖四和圖30中被連續(xù)示意性地示出。工藝操作還以圖31、圖 32、圖33和圖34的順序在透視圖中示出。圖25示出了玻璃片200，該玻璃片200在工藝開 始時是扁平的。圖沈和圖31示出了在放置在模201上之后的扁平片200。模201具有實 質(zhì)上凹形的表面204和軋制的邊203。玻璃片200最初從其角被支撐在模201上，這些角通 過鉸鏈?zhǔn)降腖形支撐件202被暫時抓住。圖27和圖32說明軟化和伸展步驟的開始。玻璃 片214的溫度優(yōu)選地通過來自玻璃片214之上的熱表面207的輻射熱來增加。優(yōu)選地，輻 射表面207為實質(zhì)上連續(xù)的，并具有高發(fā)射率。優(yōu)選地，可通過使用低熱慣性的可變溫度散 熱器207，或通過提供不同溫度的模201和輻射表面207之間的相對運動，來快速地增加或 減少玻璃214所經(jīng)歷的輻射溫度。優(yōu)選地，還可根據(jù)遍及模201的空間位置來改變溫度，例 如，與輻射表面207的中心區(qū)域的溫度相比，較高的溫度在輻射表面207的邊208周圍被提 供，以便使玻璃片214的邊211比玻璃片214的中心更軟。盡管重力可專門用來驅(qū)使玻璃 片200成形為凹形的盤212，但是使玻璃片200符合模201的形狀212的過程可通過壓力加 速，例如通過從上面引導(dǎo)的熱氣噴射，或通過例如使用真空泵以另一方式產(chǎn)生的壓力差。當(dāng)如圖33所示玻璃片212已經(jīng)下陷到足以產(chǎn)生沿著模201的邊或側(cè)203的大范 圍的接觸并且玻璃212具有圖觀所示的形狀時，可去除角支撐件202，如圖34所示。在此 階段，邊成形工具210可以與玻璃片212的外部邊211機(jī)械接觸，以將玻璃邊211擠壓并彎 曲成期望的軋制的形狀，如圖觀所示。此外，一旦玻璃片214符合并密封模201的彎曲周 邊203，如圖27所示，就可期望通過減少模201之下的空氣壓力來加快或以其他方式控制使 下陷的玻璃片214成形為盤形狀212。為此目的，模201可如圖27所示被構(gòu)造有下面的真 空歧管205，并在表面中具有與歧管205流體相通的洞206。于是可通過借助于抽運向下抽 取空氣而通過洞206并通過出口 209出來以減少歧管205中的壓力來加速成形過程。一旦玻璃212接觸模201的整個主體和其邊203，從而呈現(xiàn)模形狀，快速的冷卻就 開始。圖四說明了通過從玻璃212的上表面進(jìn)入現(xiàn)在比玻璃212的表面冷得多的吸收黑 色表面213的輻射來實現(xiàn)的工藝。遍及玻璃212的表面的冷空氣的強(qiáng)制對流也可用于加速 冷卻步驟。一旦玻璃212足夠地冷卻到對短期處理足夠硬，它就優(yōu)選地從模201去除，如圖 30所示，用于退火和冷卻，為待成形的下一塊玻璃200保持模201無阻礙。玻璃塊212可隨 后通過被強(qiáng)制的空氣對流以加速的速率冷卻到室溫。模201可被構(gòu)造有如圖35中以平面圖示出的下面的結(jié)構(gòu)框架，和精確加工的板的 鑲嵌覆蓋物，該鑲嵌覆蓋物產(chǎn)生如圖36的透視剖面圖所示的成形表面。模201的優(yōu)選材料 為AISI 304不銹鋼。圖35所示的正方形模201的蛋箱形結(jié)構(gòu)框架215由相同形狀的板215 的有槽且互鎖的陣列制成，這些板215為了強(qiáng)度和硬度在連接節(jié)點處焊接在一起。模周邊 203優(yōu)選地由圓管形成，并被焊接到結(jié)構(gòu)框架215，在該模周邊203上玻璃片200的邊將被 軋制。管半徑被選擇為待模制的軋制邊211的半徑。外圍管203可具有如所示的正方形角 或修剪的角，以產(chǎn)生如圖4所示的玻璃反射器1。參照圖35和圖36，覆蓋模制表面217可從剛性地連接到支撐蛋箱結(jié)構(gòu)215的多個單獨加工和緩解張力的部分217組裝。可選地， 模端面可以從被加工成單個零件的旋轉(zhuǎn)的或液壓成形的整體盤在一個零件中形成。在與圖 35所示的一樣安裝在支撐框架215上之前，該零件可以按需要被緩解張力并再加工。模盤 的部分217或整體單個零件可通過采用定位設(shè)備(未示出)的形式的支撐件連接到框架 215。這些設(shè)備可用于借助于未示出的諸如激光跟蹤器的計量設(shè)備將這些部分對齊。圖37、圖38、圖39和圖40 —起說明了角支撐件202的動作，角支撐件202繞著垂 直于反射器軸的水平軸236被鉸接，所以它們能向下擺動，而不會徑向向內(nèi)移動。該限制方 法確保當(dāng)玻璃片214軟化且下陷時，玻璃214將伸展，從而當(dāng)下陷到深的盤212中時通過壓 縮環(huán)彎曲應(yīng)變避免了簡單支撐的片200起皺的趨勢。角支撐件202和它們的操作的細(xì)節(jié)可 參照圖37、圖38、圖39和圖40被描述，所有圖37-圖40示出了沿穿過支撐件的對角線截 取的垂直橫截面。圖37示出了在玻璃片200軟化之前的角支撐件202。支撐件包括連接到 模201的托架及抓住玻璃200的角且繞著鉸鏈236轉(zhuǎn)動的鉸接的L形零件238。圖37示出 了在鉸接零件238中適當(dāng)位置上的實質(zhì)上扁平的玻璃片200。圖38說明了當(dāng)玻璃214部分 地下陷且伸展時的支撐件202。圖39示出了當(dāng)充分下陷和伸展并且接觸模201的整個主 體時的玻璃212，支撐件202仍然在適合的位置。圖40示出了在去除了支撐件202的抓緊 L形零件238之后的相符的玻璃212。玻璃212的軟化的邊219開始在模201的彎曲的邊 203上彎曲。邊軋制工具210的操作以圖41、圖42、圖43和圖44的順序被顯示在透視圖中。圖 41示出了具有管周邊203的模板部分217的部分剖面圖，以及在模201之上懸著的邊成形 工具210的剖面圖。圖40和圖42示出了仍然熱且軟的塌陷的玻璃片212的剪切部分，部 分塌陷的邊219由在其自身重量下的下陷形成。圖43示出了與玻璃212緊壓接觸以便形 成軋制的邊211的邊工具210。圖44示出了玻璃212的已制成的軋制的邊211。軋制的玻 璃邊211的反射面質(zhì)量不重要，并且因此成形工具可具有常規(guī)光滑的已加工的涂飾表面。在圖45所示的一個優(yōu)選實施中，模201被制成有凹槽的表面剖面218，以便通過與 模表面的接觸最小化對玻璃212的反射后表面的損害。模制板的表面217通過使球端銑刀 工具通過以產(chǎn)生在尖端221交叉的鄰近的凹形槽220被最終加工。尖端表面剖面222限定 了玻璃212將采用的形狀。模201 —般將被加工到反射器1的局部形狀的+/-10微米內(nèi)。 在成形期間，如圖46所示，軟化的玻璃片212接觸尖端221的線，并且橋接在它們中間，呈 現(xiàn)如由表面剖面在尖端的最高點處限定的總體形狀。因為復(fù)制的自然保真度是極好的，塌 陷的玻璃212將在大于凹槽間距的空間尺度上采用模201的形狀，并且將在較小的尺度上 保持未經(jīng)使用的浮法玻璃200的自然光滑度和鏡面反射。在圖47示出的玻璃-模接觸的詳細(xì)視圖中，玻璃212在尖端221之間輕微地下 垂224，其中下垂深度取決于接觸停留時間和在塌陷溫度時的玻璃粘度。成形工藝被優(yōu)化， 使得在玻璃212輕微地接觸和開始擱在模211的尖端上之前盤形狀212較大程度地由自由 的伸展和下陷形成。接觸一在模201上產(chǎn)生，就開始快速的冷卻，以防止尖端之間的連續(xù)下 垂。這樣，對玻璃212的破壞被局限在沿著尖端221的小凹痕的窄線處，并且模201的磨損 被最小化。對于該工藝，從在尖端221處的接觸損壞散開的凈太陽收集區(qū)域損失和來自玻 璃212中因而產(chǎn)生的凹痕的表面斜度誤差被找出，以平均化不超過0. 25%的總玻璃表面面 積，并且實際上在具有1至3厘米的范圍內(nèi)的間隔的凹槽221之間下垂的傾角一般小于0. 1度 rms。本發(fā)明的尖模表面218的另一優(yōu)勢在于，在成形的熱循環(huán)期間從模201到玻璃212 的直接熱傳導(dǎo)被最小化，因為接觸線221的面積是如此小。對模201的最少加熱確保了由 溫度梯度產(chǎn)生的形狀扭曲被最小化。另一優(yōu)勢在于，凹形谷220還提供收集小微粒污染物 的區(qū)域220，在塌陷期間保持小的顆粒分支地涌到尖端221，并從而減少了玻璃212中的可 能以其他方式由在模201的表面220上突出的顆粒導(dǎo)致的凹痕。在最小化接觸損壞的第二優(yōu)選的可選方案中，空氣墊用于防止玻璃212和模201 之間的任何直接的接觸。優(yōu)選的實現(xiàn)在模表面下具有雙歧管。一個歧管被加壓，而另一歧 管被排空。加壓的歧管將空氣提供到空氣墊，而排空的歧管將加壓空氣帶走，并且確保總的 向下的壓力。在此可選的實施方式中，墊被間隔開1至4厘米，排氣孔在其間。到塌陷模201的傳熱在玻璃成形熱循環(huán)期間被優(yōu)選地最小化，以最小化熱循環(huán)， 并且為AISI 304不銹鋼的溫度循環(huán)將模201上的溫度完全地保持在800C的臨界氧化層限 制之下。在模制板部分內(nèi)和整個模201上的內(nèi)部溫度梯度將優(yōu)選地被最小化，以減少扭曲 趨勢，以便復(fù)制具有適當(dāng)和一致的形狀的玻璃212。為了由玻璃212透射和發(fā)射的熱輻射的 高反射率，優(yōu)選地涂敷模201，以便最小化吸收。模面板或薄面板的剩余彎曲由位于整個剛 性框架上的緊固件限制。在玻璃片200已經(jīng)成形為期望的盤構(gòu)造212之后，模端面將進(jìn)入 熱平衡，并在被用于使下一個玻璃片200成形之前通過強(qiáng)制的空氣對流來恢復(fù)到優(yōu)選的開 始溫度。下面的結(jié)構(gòu)有效地保持為無熱的，并在成形的小輻射暴露期間不會經(jīng)歷顯著的熱 變形。用于增加模反射率的優(yōu)選方法是利用10-50微米的耐磨高反射的均勻厚度且粘 性很強(qiáng)的致密金屬膜來涂敷表面，該膜在高達(dá)400C的溫度處使用若干月之后保持高反射 率。諸如電解或無電鍍、噴射、等離子體和熱噴霧、氣相沉積的涂覆方法以及這些方法的組 合是優(yōu)選的。優(yōu)選的電鍍金屬包括鉻、鎳和貴金屬例如金、鉬、銠以及它們的耐熱合金，例如 鎳-鉻、摻鎳的磷、鉬-銠和鉬-銥。為了以最小可能的成本供應(yīng)非常大數(shù)量的玻璃反射器1，以上描述的玻璃成形和 背部鍍銀的工藝將優(yōu)選被合并到浮法玻璃工廠中，浮法玻璃工廠的整個玻璃輸出將以太陽 反射器1的形式。根據(jù)本發(fā)明的以集成到浮法玻璃工廠中所需的速度提供成形工藝的自動 連續(xù)工藝被示意性地顯示在圖48中。浮法玻璃231從熔化爐和錫浮動式電鍍槽230中取 出，其中玻璃在大約600C時作為帶231出現(xiàn)在輸送機(jī)系統(tǒng)232上。這里浮法玻璃231在仍 然熱時被切割成正方形片200。在生產(chǎn)線中的成形步驟之前將熱玻璃231切割成片200的一 種優(yōu)選的方法是通過刻痕和折斷，這是所有切割方法中最古老且最便宜的一種。這需要在 待切割區(qū)域中將玻璃231完全地或局部地冷卻到其易碎的溫度范圍，近似350C之下。避免 僅僅為切割玻璃而冷卻玻璃231的需要的可選的優(yōu)選方法是激光切割。用于高速切割熱玻 璃帶231的合適的高能激光系統(tǒng)在Chui的第3，885，943號美國專利、Chui的第3，930，825 號美國專利以及French的第3，934，995號美國專利中被公開，所有的專利通過引用并入于 此。使用切割裝置233(例如激光切割設(shè)備或刻痕和折斷設(shè)備)從玻璃帶231切除的 實質(zhì)上扁平的切割片200被冷卻到允許通過角夾具202從角處理的硬度。一旦被夾具202 抓住，片200就位于塌陷模201上。模201和片200隨后進(jìn)入成形通道207，在該成形通道207中來自在800C到1200C的范圍內(nèi)的溫度下的延伸黑體的強(qiáng)輻射能到達(dá)玻璃200的上表 面，并且快速地將其升高到下陷溫度，導(dǎo)致下陷的玻璃片214。通過以上已經(jīng)描述的步驟使 熱玻璃成形發(fā)生在熱通道內(nèi)。玻璃的下陷、伸展和到形狀212的模制通過重力被快速地實 現(xiàn)，如果需要的話通過施加壓力被加速。邊-成形工具210形成軋制的邊211，包括在去除 片的角夾具202之后在角處。在成形完成之后，玻璃212進(jìn)入冷卻通道213，在其中它通過 對流和將熱輻射到吸收輻射的冷表面被快速地冷卻。當(dāng)被足夠冷卻到恢復(fù)保持其形狀的足 夠硬度時，所成形的玻璃212從其模201被去除，并被轉(zhuǎn)移到向前移動玻璃212用于退火和 冷卻的輸送機(jī)線路213。模201被循環(huán)235，并被再次引入生產(chǎn)線。在生產(chǎn)線234的遠(yuǎn)下游端，優(yōu)選地通過類似于在低E建筑窗戶的制造中用于在浮 法玻璃上沉積銀和介質(zhì)層的工藝的真空等離子輔助工藝來涂覆銀。在常規(guī)的反射鏡制造實 踐之后，還優(yōu)選地通過等離子沉積利用銅薄膜抗氧化阻擋層來過涂敷玻璃212的銀表面和 主要邊。最后，銅薄膜和反射鏡邊被粉涂有防風(fēng)雨的聚合密封物。完成的玻璃反射器1是 可疊起堆放的，并且可被堆疊并裝運，用于與跟蹤器107和能量轉(zhuǎn)換器4集成，并且用于安 裝在太陽農(nóng)場地點上。在浮法玻璃的可選實施方式中，玻璃帶231在被切割裝置233切割之后被進(jìn)給到 兩個或多個成形的線路中，以便在一個生產(chǎn)線遭受故障或在其操作中變慢的情況下確保連 續(xù)的生產(chǎn)。另外，萬一所有的成形線路出故障，單獨的分支就可被設(shè)置成冷卻并包裝扁平的 玻璃片200?？纱鎯ΣＡ?00，用于離線成形。以從浮法玻璃工廠可獲得的輸出的全速率支持連續(xù)生產(chǎn)所需的模201的數(shù)量和 生產(chǎn)線的長度取決于每個模201的循環(huán)時間。例如，在該循環(huán)時間為200秒和待加工的新 片200每10秒從錫浮動式電鍍槽230出現(xiàn)的過程中，隨后必須同時使用20個模201。本發(fā) 明的制造工藝設(shè)計成最小化模循環(huán)時間，并因此最小化了在生產(chǎn)線上在使用中的模201的 數(shù)量和設(shè)備的尺寸。模循環(huán)時間主要通過熱平衡和傳熱因素來設(shè)置。例如，在加熱和軟化 玻璃214中涉及的熱平衡和傳熱時間以及伸展和熱平衡并冷卻下來以使玻璃212變硬以便 可將其從模201釋放的時間將是影響模循環(huán)時間的因素。用于使玻璃片200成形達(dá)到的溫度由在相對短的時間中實現(xiàn)下陷和伸展的需要 來確定。為了確定玻璃在重力下伸展到盤形狀212中的速度，由于下陷損失的重力勢能與 通過伸展粘性玻璃而消耗的能量相等。例如，對于被夾在角202處并且在自身重力下通過 玻璃的薄膜型伸展而下陷的正方形片200，本文示出了中心處的下陷深度“S”近似地隨著 時間“ t，，和粘度“ η，，立方根增加，S=(CgpxVn)"3,(1)其中“C”為數(shù)值常量(近似0. 044)，“g”為由于重力引起的加速度，“ P，，為玻 璃密度，“X”為模支撐件之間的平均跨度距離，以及“ η”為剪切粘度。在500-750C溫度 范圍中的典型商用鈉鈣玻璃的剪切粘度隨著絕對溫度T變化，Il = il。eXp(B/T)，其中n0 =1.6xl(T8泊，并且B = 5.8χ104Κ。對于650C和750C之間的優(yōu)選成形溫度范圍，粘度從 4. 3χ109 泊(650C)降到 9χ106 泊(750C)。作為3. 1平方米的優(yōu)選反射器的特定尺寸的實例，根據(jù)以上方程在中心處下陷到 優(yōu)選深度s = 0. 795m的時間在7IOC時為近似20秒，并且對于溫度的每十度變化改變了兩 倍。因此工藝的上溫度將處于710C范圍中。在其他極端處，在一分鐘內(nèi)的處理變形在小于500C的溫度時被減小到可忽略的水平。在本發(fā)明中所描述的工藝中，這些溫度之間的加熱和冷卻在很大程度上通過輻射 傳遞實現(xiàn)。對于加熱，來自在800-1200C下的實質(zhì)上連續(xù)的黑體的輻射是優(yōu)選的，因為在這 些溫度下的熱輻射主要由玻璃吸收。因此4mm厚的玻璃片200可通過來自900C黑體的一 側(cè)上的輻射在50秒中以及通過來自1200C黑體的一側(cè)上的輻射在20秒中從室溫被加熱到 710C的平均溫度。如果玻璃200在加熱開始時較熱，則需要較少的時間。在快速輻射加熱之后，玻璃214熱得多，且因此在被加熱的側(cè)上粘度較低。用于在 整個鈉鈣玻璃片上通過傳導(dǎo)來平衡的時間常數(shù)對于3mm厚度為近似19秒，對于4mm厚為34 秒，以及對于5mm厚為53秒。當(dāng)玻璃212呈現(xiàn)模形狀且邊211被軋制時，某個平衡度是優(yōu) 選的。當(dāng)成形完成時，玻璃212將通過進(jìn)入冷吸收表面213的輻射從大約710C冷卻到大約 500C,對于4mm的片花費大約50秒，并且接下來是用于在去除之前在500C下平衡的大約30 秒。用于根據(jù)連續(xù)進(jìn)行的上面的操作來使4mm厚玻璃成形的模循環(huán)可例如包括用于 通過900C輻射加熱的50秒、用于下陷的20秒、用于平衡、在模型上沉陷和邊成形的30秒、 用于輻射冷卻的50秒、用于在去除之前的平衡的30秒以及返回模201用于再裝載的60秒， 總共240秒。對于10秒玻璃循環(huán)時間，同時使用M個模，并且熱處理部分、熱成形和冷卻 將花費180秒。對于四米的模到模分離，且因此對于0. 4m/sec線速度，成形線長度將為大 約72米。在發(fā)展以上大容量工藝期間，玻璃反射器1能以較慢的速度從堆疊的冷玻璃片 200被離線制造。初始階段是不同的，并需要冷玻璃片200在不破損的情況下被安全地處 理并帶到塌陷模201。從使用多杯真空提升固定裝置將冷片200從垂直的堆拿出，該多杯 真空提升固定裝置將玻璃200保持在幾厘米內(nèi)的任何平的地方并在低應(yīng)力狀態(tài)中。片200 隨后將被旋轉(zhuǎn)成水平的，并且使用角抓緊件202從角被緊夾在處理框架上。釋放真空處理 裝置以卸載片200，且玻璃在被抓緊的狀態(tài)中輕微地松弛。片裝載步驟和非平移角夾具202 將最大拉伸應(yīng)力保持在3. 5MPa安全極限之下。以此方式被裝載到處理框架中的玻璃片200將通過常規(guī)的預(yù)加熱通道被輸送到 近似500C的最高溫度。從那里開始，使用處理框架的玻璃片200與成形模201相匹配，如 圖沈中的，并且工藝如之前所述的繼續(xù)下去。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在享有本公開的益處之后將認(rèn)識到，對于本文所描述的實施方 式可做出修改和改變。可以在制造工藝的步驟中做出改變，可添加附加的步驟，可替換不同 的材料和使用等效的特征，所有這些都不偏離本發(fā)明的范圍和精神。本公開僅僅闡述了某 些當(dāng)前優(yōu)選的實施方式和實施例，而不是企圖描述包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)的每個變化和實 施方式。因此本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定，而不限于在以上描述中闡述的具體實施 例。
權(quán)利要求
1. 一種太陽能聚光器裝置，包括多個盤狀整體反射器，其在由可移動的框架支撐的陣列中被共軸對齊，所述盤狀整體 反射器具有焦點，并且適合于聚集太陽輻射，其中，多個所述盤狀整體反射器每個都具有位 于所述盤狀整體反射器的所述焦點處的轉(zhuǎn)換器；兩軸跟蹤器，其支撐所述可移動的框架，所述兩軸跟蹤器適合于將所述可移動的框架 指向一個方向，使得盤狀整體反射器的所述陣列被定位成接收太陽輻射；控制設(shè)備，其被耦合到所述兩軸跟蹤器，所述控制設(shè)備操作來移動所述兩軸跟蹤器，以 便在白天時間的相當(dāng)大部分期間盤狀整體反射器的所述陣列在太陽越過天空移動時連續(xù) 接收太陽輻射；以及，其中，所述轉(zhuǎn)換器操作來在太陽輻射通過相應(yīng)的盤狀整體反射器被聚焦在所述轉(zhuǎn)換器 上時產(chǎn)生電功率。
全文摘要
公開了具有用于聚集陽光的多個盤狀整體反射器的兩軸太陽跟蹤器裝置。盤狀整體反射器在由可移動的框架支撐的陣列中被同軸對齊?？梢苿拥目蚣苄纬蓛奢S跟蹤器的仰角結(jié)構(gòu)，該兩軸跟蹤器具有用于追隨太陽越過天空的移動的控制工具。每個盤狀整體反射器產(chǎn)生適合于產(chǎn)生太陽能的聚集的陽光的區(qū)域。發(fā)生器被定位在每個反射器的焦點處。由于通過盤狀整體反射器指向發(fā)生器的高太陽功率輸入，優(yōu)選的發(fā)生器使用光伏電池來以高輸出功率產(chǎn)生電。
文檔編號H01L31/052GK102105998SQ200980116969
公開日2011年6月22日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者沃倫·B·戴維森, 羅格·P·安杰拉 申請人:亞利桑那大學(xué)董事會