用于聚集太陽能系統(tǒng)的反射器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能集中器組件。所述太陽能集中器組件包括第一反射部件，第二反射部件，包括至少一個(gè)光伏太陽能電池單元的光伏接收器，以及與第一反射部件、第二反射部件和光伏接收器連結(jié)的支撐結(jié)構(gòu)。所述第一反射部件定形為將太陽光集中到第一反射部件的前方，并且具有從鄰近第二反射部件的邊緣起向內(nèi)延伸的邊緣區(qū)域。所述邊緣區(qū)域形成為在所述第一邊緣附近遠(yuǎn)離所述光伏接收器彎曲的形狀。
【專利說明】用于聚集太陽能系統(tǒng)的反射器系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所描述的主題的實(shí)施例總體涉及太陽能集中系統(tǒng)。更特別地，主題的實(shí)施例涉及用于太陽能集中系統(tǒng)的反射器設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]聚光光伏(CPV)太陽能系統(tǒng)具有將太陽光聚焦到光伏接收器上的反射鏡或其它反射面。CPV系統(tǒng)具有相對高的效率，并且決定于用于接收器的光伏太陽能電池，CPV系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率可比使用相同太陽能電池而不集中太陽光的系統(tǒng)高。轉(zhuǎn)換效率是太陽能電池將照射到其上面的太陽光轉(zhuǎn)換成電流的能力的度量。
[0003]為了保持CPV系統(tǒng)的高效率，CPV系統(tǒng)在能夠影響能量產(chǎn)生的許多錯(cuò)位源中具有很小的誤差裕度。例如，用于描述將CPV系統(tǒng)定位以將太陽光反射且集中到光伏接收器上的精度的CPV系統(tǒng)的指向精度應(yīng)當(dāng)具有盡可能小的誤差，通常偏差小于一度。其它誤差源或無效轉(zhuǎn)換能夠影響系統(tǒng)的輸出。
[0004]CPV系統(tǒng)可具有將太陽光集中到多排接收器段上的多排反射器段。無論是反射器還是接收器，段之間的間隔通常對準(zhǔn)，以使反射器段之間的空間與接收器段之間的空間相對應(yīng)。具有多排分段的反射器和接收器的CPV系統(tǒng)可以是跟蹤太陽的單軸跟蹤器，但是一些系統(tǒng)是雙軸跟蹤。單軸跟蹤式CPV系統(tǒng)可能遇到如下問題:即，出現(xiàn)在光伏接收器上的反射器段之間的間隙(作為光伏接收器的無光區(qū)域)引起轉(zhuǎn)換效率降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照詳細(xì)說明及權(quán)利要求能夠獲得主題的更全面理解，其中在所有的附圖中相似的附圖標(biāo)記指代相似的元件。
[0006]圖1是太陽能集中器系統(tǒng)的實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0007]圖2是圖1的實(shí)施例的詳細(xì)側(cè)視圖；
[0008]圖3是圖1的實(shí)施例的立體圖；
[0009]圖4是太陽能集中器系統(tǒng)中使用的光伏接收器的實(shí)施例的詳細(xì)主視圖；
[0010]圖5是太陽能集中器系統(tǒng)中使用的反射器元件的實(shí)施例的詳細(xì)主視立體圖；
[0011]圖6是在一種條件下接收并反射太陽光的太陽能集中器系統(tǒng)的實(shí)施例的詳細(xì)后視俯視圖；
[0012]圖7是在另一條件下受到輻射的太陽能集中器系統(tǒng)的實(shí)施例的詳細(xì)后視立體圖；
[0013]圖8是在太陽能集中器實(shí)施例中以及在圖7的條件下的接收太陽光的光伏接收器的實(shí)施例的詳細(xì)主視圖；
[0014]圖9是在圖7的太陽能集中器系統(tǒng)的實(shí)施例中光的行程的詳細(xì)俯視圖；
[0015]圖10是在第一照射條件和第二照射條件下光伏電池單元的詳細(xì)視圖；
[0016]圖11是被照射的太陽能集中器系統(tǒng)的實(shí)施例的俯視圖；
[0017]圖12是圖11的實(shí)施例的詳細(xì)俯視圖；[0018]圖13是反射部件的實(shí)施例的邊緣的詳細(xì)視圖；
[0019]圖14是反射部件的另一實(shí)施例的邊緣的詳細(xì)視圖；
[0020]圖15是反射部件的實(shí)施例的部分的側(cè)視立體圖；以及
[0021]圖16是圖15的反射部件實(shí)施例的邊緣的詳細(xì)側(cè)視立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面詳細(xì)的說明實(shí)際上僅為示例性的說明，并不旨在用于限制主題的實(shí)施例或者這些實(shí)施例的應(yīng)用和使用。如本文所使用的，用語“示例性”是指“用作實(shí)例、例證或例示”。本文作為示例性所描述的任何實(shí)施方式不必一定解釋為優(yōu)選于或優(yōu)于其它實(shí)施方式。此夕卜，本文無意受前述【技術(shù)領(lǐng)域】、【背景技術(shù)】、發(fā)明概述或下文詳細(xì)說明中所提出的任何明示或暗示理論的約束。
[0023]本文公開了一種太陽能集中器組件。所述太陽能集中器組件包括第一反射部件，所述第一反射部件包括第一反射面，所述第一反射部件沿著縱軸線延伸并且具有第一端，其中，所述第一反射面延伸到所述第一反射部件的第一端。太陽能集中器組件還包括第二反射部件，所述第二反射部件包括第二反射面，所述第二反射部件沿著縱軸線延伸并且具有第二端，其中，所述第二反射面延伸到所述第二反射部件的所述第二端，所述第二反射部件與所述第一反射部件相鄰定位，使得所述第一反射部件的所述第一端與所述第二反射部件的所述第二端相鄰。太陽能集中器組件還包括光伏接收器，所述光伏接收器包括至少一個(gè)光伏太陽能電池單元，所述光伏太陽能電池單元適于將太陽光轉(zhuǎn)換成電。最后，太陽能集中器組件還包括支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)與所述第一反射部件、所述第二反射部件以及光伏接收器連結(jié)并且適于將所述光伏接收器定位成接收至少來自第一反射部件的反射太陽光。
[0024]在太陽能集中器組件中，第一反射面具有沿著第一端的第一邊緣并且定形為將太陽光集中到第一反射部件的前方，并且第一反射面具有凹形形狀。另外，第一反射面具有從第一邊緣向內(nèi)延伸的第一邊緣區(qū)域，第一邊緣區(qū)域形成為在第一邊緣附近遠(yuǎn)離光伏接收器彎曲的形狀。第二反射面具有沿著第二端的第二邊緣并且定形為將太陽光集中到第二反射部件的前方，所述第二反射面也具有凹形形狀。第二反射面具有第二邊緣區(qū)域，所述第二邊緣區(qū)域形成為在靠近第二邊緣的區(qū)域中遠(yuǎn)離光伏接收器彎曲的形狀。
[0025]“連結(jié)下面的說明是指元件或節(jié)點(diǎn)或特征“連結(jié)”到一起。如本文所使用的，除非明確指出，否則“連結(jié)”是指一個(gè)元件/節(jié)點(diǎn)/特征與另一元件/節(jié)點(diǎn)/特征直接或間接地接合(或者直接或間接地通信)，而不一定是通過機(jī)械的方式。因此，盡管例如圖1-圖3中所示的示意圖描述了元件的一種示例性布置，但是在所描繪的主題的實(shí)施例中可以存在另外的中間元件、裝置、特征或構(gòu)件。
[0026]“調(diào)節(jié)一些元件、構(gòu)件和/或特征被描述為能夠調(diào)節(jié)或者被調(diào)節(jié)。如本文所使用的，除非明確指出，否則“調(diào)節(jié)”是指為了適合于環(huán)境和實(shí)施例進(jìn)行定位、調(diào)整、改動(dòng)、或布置元件或構(gòu)件或其部分。在一些情況下，如果在這些情形下適于或用于實(shí)施例，則元件或構(gòu)件或其部分能夠作為調(diào)節(jié)的結(jié)果而保持在不變的位置、狀態(tài)、和/或狀況。在一些情況下，如果適合或需要，則元件或構(gòu)件能夠作為調(diào)節(jié)的結(jié)果而改動(dòng)、改變或調(diào)整到新的位置、狀態(tài)、和/或狀況。[0027]“抑制如本文所使用的，抑制用于描述使效果減弱或最小化。當(dāng)構(gòu)件或特征被描述為抑制動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)或狀況時(shí)，其可完全防止結(jié)果或成果或未來狀態(tài)。另外，“抑制”還可指代可能出現(xiàn)的成果、性能和/或效果的減弱或減輕。因此，當(dāng)構(gòu)件、元件或特征被稱為抑制結(jié)果或狀態(tài)時(shí)，其無需完全防止或消除結(jié)果或狀態(tài)。
[0028]另外，在下面的說明中還可能僅用于參照目的而使用一些術(shù)語，因此無意受到限制。例如，諸如“上”、“下”、“上方”和“下方”的術(shù)語指代所參照附圖中的方向。諸如“前面”、“后面”、“后方”、“側(cè)面”、“外側(cè)”和“內(nèi)側(cè)”等的術(shù)語描述了在通過參照文本以及描述所討論的構(gòu)件的相關(guān)附圖而變得清楚所參照的一致但任意框架內(nèi)的構(gòu)件的部分的方位和/或位置。這些術(shù)語可以包括上面特別提到的用語、其衍生詞以及相似含義的用語。類似地，術(shù)語“第一”、“第二”以及指代結(jié)構(gòu)的其它這樣的數(shù)字術(shù)語不暗示序列或次序，除非上下文明確指出。
[0029]圖1示出了由太陽180照射的太陽能系統(tǒng)100的視圖。太陽能系統(tǒng)100為集中器系統(tǒng)，盡管其它太陽能系統(tǒng)也能夠包含上述特征。太陽能系統(tǒng)包括:支柱Iio ;扭矩管120，其由支柱110支撐；至少一個(gè)橫梁130，其與扭矩管120連結(jié)；多個(gè)太陽能集中器或反射器元件140，其由支撐結(jié)構(gòu)150定位和保持，支撐結(jié)構(gòu)150與橫梁130中的一個(gè)或多個(gè)連結(jié)；以及太陽能接收器160。在一些實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)150將太陽能接收器160中的一個(gè)與橫梁130中的一個(gè)或多個(gè)連結(jié)。在一些實(shí)施例中，太陽能接收器160中的一個(gè)或多個(gè)與一個(gè)或多個(gè)太陽能集中器140的后面的非反射側(cè)面連結(jié)。扭矩管120能夠使組裝且定位好的太陽能集中器140和太陽能接收器160旋轉(zhuǎn)以在日間跟蹤太陽。通過跟蹤太陽，太陽能系統(tǒng)100能夠在光照期間接收最佳的照射。
[0030]太陽能系統(tǒng)100能夠調(diào)節(jié)太陽能集中器140的位置以容許來自太陽180的光集中到太陽能接收器160上。太陽能接收器160可以是將接收到的太陽光轉(zhuǎn)換成電流的光伏太陽能電池或光伏太陽能電池的一部分。另外的特征可以并入太陽能系統(tǒng)100中。出于使說明清楚透徹的目的，省略了這些特征。支撐結(jié)構(gòu)150可指將太陽能集中器140與橫梁130連結(jié)、將太陽能接收器160與橫梁130連結(jié)、將太陽能接收器160與太陽能集中器140連結(jié)的一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件或者它們的組合。例如，支撐結(jié)構(gòu)150可指將支柱110與太陽能接收器160連結(jié)的所有構(gòu)件，包括扭矩管120、橫梁130以及在一些實(shí)施例中的太陽能集中器140。在其它實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)150可指將太陽能接收器160與太陽能集中器140連結(jié)的構(gòu)件，諸如當(dāng)太陽能接收器160安裝到太陽能集中器140的后面的非反射側(cè)面上時(shí)。在另外的實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)150可指將太陽能集中器140與橫梁130連結(jié)的構(gòu)件、部件或元件。在另外的實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)150可指將太陽能集中器140與扭矩管120連結(jié)的構(gòu)件并且可以包括一個(gè)或多個(gè)橫梁130。
[0031]圖2示出了圖1的太陽能系統(tǒng)100的部分的詳細(xì)視圖。太陽能集中器140可具有多種形狀和尺寸之中的任何形狀和尺寸，諸如圖所示的拋物形反射器。反射面142可以接收來自太陽180的未聚焦太陽光182并且將未聚焦太陽光182反射并集中成集中的太陽光184。提供給諸如太陽能接收器160等接收器的集中的太陽光的強(qiáng)度可由相對于未集中太陽光的照射強(qiáng)度的度量來決定。例如，提供強(qiáng)度為未集中太陽光的強(qiáng)度的兩倍的集中的太陽光的集中器稱為提供兩個(gè)太陽。圖示的太陽能集中器140可將十一個(gè)太陽的集中的太陽光集中到接收器實(shí)施例上，盡管各個(gè)實(shí)施例的集中量可在2個(gè)太陽至50個(gè)太陽之間變化。在一些實(shí)施例中，太陽能系統(tǒng)100能夠無需太陽能集中器140而工作，并且太陽能接收器160能夠接收未集中太陽光。
[0032]優(yōu)選地，太陽能集中器140將集中的太陽光184引導(dǎo)到太陽能接收器160上的預(yù)定位置處。太陽能接收器160包括光伏太陽能電池或光伏太陽能電池單元。優(yōu)選地，集中的太陽光184照射到太陽能電池162上以能夠產(chǎn)生電能。太陽能接收器160可以包括相互協(xié)作以產(chǎn)生電能的多個(gè)構(gòu)件，諸如將兩個(gè)或更多個(gè)的光伏太陽能電池單元連接的互連件、密封劑、運(yùn)載器、散熱器等。
[0033]太陽能接收器160的一個(gè)面可定位為朝向太陽能集中器140，以接收集中的太陽光184。優(yōu)選地，該面包括光伏太陽能電池162。期望的是，將太陽能系統(tǒng)100定位成使得由太陽能集中器140所反射的集中的太陽光184照射到光伏太陽能電池162上，而不是太陽能接收器160的其它部分上，從而提高太陽能電池162的電輸出且因此提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。圖2示出了將集中的太陽光184進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)的位置。
[0034]圖3示出了太陽能系統(tǒng)100的立體圖。多個(gè)太陽能集中器140能夠沿著縱軸線或方向144彼此相鄰布置。以此方式，太陽能系統(tǒng)100能夠沿著縱向144延伸并且擴(kuò)展其用于光伏電轉(zhuǎn)換的捕獲區(qū)域。除了太陽能集中器140之外，還能夠?qū)⑻柲芙邮掌?60布置為與太陽能集中器140的位置對應(yīng)。因此，相鄰的太陽能接收器160可以沿著縱向144延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，可以存在具有其相應(yīng)太陽能接收器160的兩組或更多組的相鄰的太陽能集中器140，并且可增加至任意期望的數(shù)量。出于描述清晰的目的，在圖3以及后面的圖中示出了兩個(gè)這樣的集中器140和太陽能接收器160。另外，圖示的實(shí)施例、元件和構(gòu)件不是按比例示出的，而是出于描述的目的以特定布置、位置或放大率進(jìn)行顯示。
[0035]圖4示出了兩個(gè)相鄰太陽能接收器160a、160b的視圖。在任一情況下，太陽能接收器160a、160b能夠直接地或者通過中間支撐結(jié)構(gòu)150與太陽能集中器140或者與一個(gè)或多個(gè)橫梁130連結(jié)。每個(gè)太陽能接收器160a、160b可以包括一個(gè)或多個(gè)太陽能電池單元162。太陽能電池單元162可由單一硅晶片、或者單一硅晶片的片段或部分形成。太陽能電池單元162可以前結(jié)或背結(jié)、前接觸或背接觸光伏太陽能電池器件。在一些實(shí)施例中，太陽能電池單元162可由任何期望的器件結(jié)構(gòu)構(gòu)成，包括CIGS、CdTe、多晶硅等，本文不對此進(jìn)行限制。太陽能接收器160、160a、160b在其構(gòu)造中可以包括額外的構(gòu)件和處理，包括密封劑材料、散熱器和/或散熱片、相鄰太陽能電池單元之間的互連件、一個(gè)或多個(gè)旁通二極管、熱電偶等。
[0036]每個(gè)太陽能接收器160a、160b具有靠近另一個(gè)的邊緣166a、166b。太陽能電池單元162能夠延伸至太陽能接收器160a、160b的各邊緣166a、166b，或者可以突然停止。邊緣166a、166b由接收器間隙168分離。優(yōu)選地，使接收器間隙168最小化，但是該間隙的大小要滿足由太陽能接收器160、橫梁130、支撐結(jié)構(gòu)150的構(gòu)造容差、熱膨脹以及其它有益于相鄰太陽能接收器160之間的空間的因素產(chǎn)生的需要。
[0037]圖5示出了一對相鄰的太陽能集中器140a、140b。太陽能集中器140a、140b還可以稱為反射器、反射鏡、反射部件、反射器單元等。太陽能集中器140a、140b各自具有反射面142a、142b。反射面142a、142b可以具有凹形形狀以將太陽光聚焦到位于其前面的太陽能接收器上。在一些實(shí)施例中，整個(gè)太陽能集中器140a、140b可以具有凹形形狀，而不僅是反射面142a、142b。任何太陽能集中器140的反射面142可以位于凹形反射器的內(nèi)面上，諸如在成形結(jié)構(gòu)上的反射膜，或者可以位于內(nèi)面的后方，諸如在窗格玻璃的后面上的銀或銀層等。在一些實(shí)施例中，正如美國專利申請申請?zhí)枮?2/977，OOl和12/977,006中更加詳細(xì)描述的，太陽能集中器140可拆卸地連結(jié)至橫梁130或支撐結(jié)構(gòu)150，這些申請均通過引用明確地合并在本文中。
[0038]太陽能集中器140a、140b中的每一個(gè)均具有靠近另一太陽能集中器140b、140a的各邊緣146a、146b。每個(gè)太陽能集中器140a、140b具有沿著縱向144位于相反側(cè)的另一邊緣，為了清晰起見省略了該另一邊緣。邊緣146a、146b由集中器間隙148沿著縱向144分隔開。每個(gè)太陽能集中器140與相鄰的集中器被兩個(gè)集中器的邊緣146之間的集中器間隙148間隔開。各排的末端太陽能集中器在一排的各端的外側(cè)不具有集中器間隙。
[0039]集中器間隙148可以設(shè)計(jì)為適應(yīng)與接收器間隙168的那些考慮相似的考慮，在眾多考慮中包括熱膨脹和構(gòu)造容差。集中器間隙148可與接收器間隙168對準(zhǔn)，每個(gè)間隙可小于30mm,諸如3mm、8mm、以及這些量的任意分?jǐn)?shù)、或者任何其它設(shè)計(jì)量等。如圖6所示，圖6是集中器140a、140b和接收器160a、160b的后視圖。為了清晰起見，省略了太陽能系統(tǒng)100的其它構(gòu)件。
[0040]未集中的太陽光182由太陽能集中器140a、140b反射為集中的太陽光184。在橫向于縱向144的豎直方向145上，集中的太陽光184可以被集中并被引導(dǎo)以照射到太陽能電池單元162上。真正的豎直方向，即沿著太陽能系統(tǒng)100所經(jīng)受的重力的方向，可不同于豎直方向145,僅為了描述的目的，豎直方向145可與太陽能接收器160a、160b的接收面處于一個(gè)平面內(nèi)。
[0041]從圖6中可以看出，當(dāng)太陽180位于頭頂正上方時(shí)，因?yàn)檎丈涞郊衅鏖g隙148上而未被反射的集中的太陽光184與接收器間隙168對準(zhǔn)。相應(yīng)地，因?yàn)檎丈涞教柲芗衅?40上的全部太陽光朝向其相應(yīng)的太陽能接收器160反射，所以實(shí)際上并沒有損失集中的太陽光184。集中器間隙148沒有引起縱向144上的所反射的太陽光184中存在間隙，但是由于存在相應(yīng)的接收器間隙168，所以在接收器間隙168處沒有機(jī)會將太陽光轉(zhuǎn)換成電，盡管太陽能系統(tǒng)100的總輸出由于間隙148、168而略微減小，但是所有或幾乎所有的反射的太陽光184聚焦到太陽能接收器160上。
[0042]圖6所示的太陽能接收器160示出了描述的慣例。每個(gè)太陽能接收器160據(jù)記載位于太陽能集中器140的前方，太陽能接收器160從太陽能集中器140接收集中的太陽光184。在一些情況下，如本文所述，太陽能接收器160同樣能夠接收來自另一太陽能集中器140的太陽光，但是為了說明的目的，太陽能接收器160a位于太陽能集中器140a的前方，而太陽能接收器160b位于太陽能集中器140b的前方。在一些實(shí)施例中，太陽能接收器160與另一太陽能集中器140的后側(cè)連結(jié)。在一些實(shí)施例中，因?yàn)樘柲芙邮掌?60為邊緣接收器，所以太陽能接收器160與支撐結(jié)構(gòu)150和/或一個(gè)或多個(gè)橫梁130連結(jié)。也就是說，太陽能接收器160為沿著橫向于縱向144的方向所測量的從扭矩管120最靠外的接收器。無論太陽能系統(tǒng)100中的位于哪個(gè)位置的哪個(gè)太陽能接收器160均作為用于說明的目的的示例性部件，所描述的特征能夠呈現(xiàn)在任意示例性部件中。
[0043]圖6示出了太陽180位于頭頂正上方的情形。實(shí)際上，由于日下點(diǎn)的移動(dòng)隨著季節(jié)變化，所以該情形僅發(fā)生于選定的緯度處。日下點(diǎn)表示觀察到太陽位于頭頂正上方的地球上的地點(diǎn)。例如，在冬至期間，日下點(diǎn)位于南回歸線上。類似地，在夏至期間，日下點(diǎn)位于北回歸線上。在春分或秋分期間，日下點(diǎn)位于赤道上。在北回歸線北邊的緯度上，觀察到太陽總是位于天空的南半邊。類似地，在南回歸線南邊的緯度上，觀察到太陽總是位于天空的北半邊。另外，在回歸線之間，在各季節(jié)中看起來太陽在天空的北半邊和南半邊之間移動(dòng)。在太陽位于天空中南半邊參照來自北半球的觀察者或太陽系的太陽的視運(yùn)動(dòng)，本文示例和描述的是改進(jìn)的太陽能系統(tǒng)。因此，此結(jié)構(gòu)對應(yīng)于北回歸線北邊的任何緯度或者對應(yīng)于北回歸線和日下點(diǎn)的赤道北邊之間的緯度。關(guān)于位于其它緯度的太陽能系統(tǒng)，所說明的實(shí)際效果保持相同，但是方向相反。另外，圖示的所有的太陽能系統(tǒng)100、200等布置為使得扭矩管沿著其長度大致南北設(shè)置。在不偏離本文所述的改進(jìn)的情況下，還可以使用一些變型例。
[0044]圖7示出了太陽能系統(tǒng)實(shí)施例200的一部分。除非指定，否則除了附圖標(biāo)記的數(shù)字增加100以外，圖7至圖10的構(gòu)件與上文參照圖1至圖6中的那些構(gòu)件相似。
[0045]太陽280顯示為從頭頂正上方偏向南。因此，未集中太陽光282成角度地照射到太陽能集中器240a、240b上。因此，集中器間隙248容許一些未集中太陽光282在不朝向太陽能接收器260a、260b反射或集中的情況下離開集中器區(qū)域。此損失的未集中太陽光282在北邊的太陽能接收器260a上顯現(xiàn)為陰影區(qū)域299。在一年中隨著日下點(diǎn)南北移動(dòng)，陰影區(qū)域299沿著縱向244南北移動(dòng)。陰影區(qū)域299的形狀雖然描述為具有清楚邊界的矩形區(qū)域，但是陰影區(qū)域的形狀可產(chǎn)生變化，該形狀變化包括由于太陽的季節(jié)性移動(dòng)或者由于集中器邊緣上的不顯著的缺陷而引起尺寸和形狀的變化。
[0046]因?yàn)槲醇械奶柟馑窘?jīng)的此角度，所以太陽能系統(tǒng)可具有比太陽能接收器的最南邊范圍更進(jìn)一步向南延伸的一個(gè)或多個(gè)太陽能集中器或者太陽能集中器的一個(gè)或多個(gè)部分。這使太陽能系統(tǒng)能夠捕獲所有可用的太陽光，包括由于地球運(yùn)動(dòng)和太陽的視運(yùn)動(dòng)移動(dòng)而偏離中心的那些太陽光。
[0047]圖8示出了具有受影響的太陽能電池單元262a的太陽能接收器260a的詳細(xì)視圖。陰影區(qū)域299由集中的太陽光284中的間隙形成，該集中的太陽光284中的間隙由相應(yīng)的太陽能集中器和其南邊的太陽能集中器之間的集中器間隙248引起。陰影區(qū)域299并不是完全沒有入射的太陽光，而是顯著小于陰影區(qū)域299的沿著縱向244的任一側(cè)區(qū)域中的集中的太陽光284。因此，在受影響的太陽能電池單元262a具有陰影區(qū)域299的同時(shí)，與受影響的太陽能電池單元262a相鄰的太陽能電池單元正在接收橫跨這些太陽能電池單元的所有或基本所有的反射的或集中的太陽光284。陰影區(qū)域299可以小于一個(gè)太陽，而緊挨著陰影區(qū)域299的旁邊的受影響的太陽能電池單元262a可以接收6個(gè)太陽、7個(gè)太陽或任何其它期望量的所期望的集中的太陽光284。圖9示出了所關(guān)注區(qū)域的詳細(xì)俯視圖。
[0048]圖10示出了第一太陽能電池單元260b和第二太陽能電池單元260c。圖示的太陽能電池單元260b、260c為四分之一電池單元，但是如上所述，其它太陽能電池單元可由不同的構(gòu)造或?qū)嵤├纬?。太陽能電池單?60b示出具有陰影區(qū)域299a，而太陽能電池單元260b示出為具有陰影區(qū)域29%。陰影區(qū)域299a使得太陽能電池單元260b中所產(chǎn)生的光伏電流不足，但是因?yàn)樵撽幱皡^(qū)域299a被隔離并且被限制為太陽能電池單元的不同區(qū)域，所以陰影區(qū)域299a不成比例地影響該太陽能電池單元。通過說明的方式，太陽能電池單元260c顯示為具有陰影區(qū)域299b。如果照射到兩個(gè)太陽能電池單元260b、260c上的總太陽光相同，但是由于相對于太陽能電池單元260b陰影區(qū)域被限制在陰影區(qū)域299a，而陰影區(qū)域均勻地散布在太陽能電池單元260c的整個(gè)陰影區(qū)域29%上，從而兩個(gè)太陽能電池單元將產(chǎn)生不同的電量，而所有其它方面均相同。太陽能電池單元260c將比太陽能電池單元260b產(chǎn)生更多的電。這是因?yàn)?，即使照射到兩個(gè)太陽能電池單元上的總太陽光相同，但是集中的陰影區(qū)域299a的不成比例的不利影響對太陽能電池單元260b的影響大于均勻散布的陰影區(qū)域29%對太陽能電池單元260c的影響。
[0049]在兩個(gè)太陽能電池單元260b、260c中，太陽光的不足會在陰影區(qū)域中產(chǎn)生熱點(diǎn)以及產(chǎn)生具有相反極性的電流的可能。相對于太陽能電池單元的正常照射操作期間的電壓方向來測量該相反極性。因此，在太陽能電池單元260b中可以形成由隔離的陰影區(qū)域299a引起的反偏壓條件。因?yàn)橥瑯硬蛔愕奶柟鈴?qiáng)度均勻地分布在太陽能電池單元260c的整個(gè)陰影區(qū)域上，所以盡管所產(chǎn)生的電流減小，但是在電池中不會形成熱點(diǎn)或反偏壓區(qū)。因此，期望將陰影區(qū)域299盡可能均勻地向外分布。
[0050]圖11示出了太陽能系統(tǒng)300的部分的俯視圖。除非特別說明，否則除了附圖標(biāo)記的數(shù)字增加100以外，圖11至圖13所示的太陽能系統(tǒng)300的構(gòu)件與上面關(guān)于太陽能系統(tǒng)200所示的構(gòu)件相似。因此，為了清晰起見，省略了太陽能系統(tǒng)300的一些構(gòu)件。
[0051]本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，太陽能集中器340a、340b的邊緣設(shè)計(jì)能夠消除或者最小化陰影區(qū)域399的形成。圖12示出了圖11的指示部分的詳細(xì)視圖。
[0052]各太陽能集中器340a、340b的每個(gè)邊緣346a、346b可以具有與太陽能集中器340a、340b的其余部分成角度地形成的邊緣區(qū)域349a、349b。每個(gè)邊緣區(qū)域349a、349b能夠沿著太陽能集中器340a、340b的輪廓的整個(gè)凹形形狀并且大致沿著所在的整個(gè)邊緣346a、346b延伸。邊緣區(qū)域349a、349b可以與太陽能集中器340a、340b的其余部分接續(xù)，并且反射面342a、342b能夠彎曲以接續(xù)到邊緣區(qū)域349a、349b上。
[0053]另外參照圖13，邊緣區(qū)域349a顯示為具有相對于太陽能集中器340a的內(nèi)反射面342a的其余部分測量到的角度Θ。角度Θ可小于10度。在一些實(shí)施例中，角度Θ可以小至0.1度。邊緣區(qū)域349a本身可被描述為從太陽能集中器340a的外邊緣346a向內(nèi)延伸。邊緣區(qū)域349a能夠從邊緣346a向內(nèi)延伸10mm、15mm、20mm、75mm、3mm或任何其它實(shí)施例所需的距離長度?？筛鶕?jù)需要為實(shí)施例選擇距離和角度的任意組合。另外，不是進(jìn)行限制，應(yīng)當(dāng)注意到，邊緣區(qū)域349a、349b均成角度地遠(yuǎn)離太陽能接收器360a、360b。
[0054]盡管為了描述的目而顯示太陽能集中器340a的邊緣346a上的構(gòu)造，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，如圖12所示，兩個(gè)太陽能集中器340a、340b可分別具有邊緣區(qū)域349a、349b。類似地，太陽能集中器340a、340b的兩個(gè)邊緣可具有類似于邊緣區(qū)域349a、349b的形狀的邊緣區(qū)域。換言之，每個(gè)縱向延伸的太陽能集中器具有兩端。在太陽能集中器的任一端處的邊緣可以具有如所述形狀的邊緣區(qū)域。
[0055]此外，每個(gè)這種形狀的邊緣區(qū)域可以包括太陽能集中器的反射構(gòu)件或反射表面。因此，對于太陽能集中器的反射面為位于成形表面上的反射膜的那些實(shí)施例而言，反射膜可隨著所述角度延伸并且延伸到邊緣區(qū)域上。對于太陽能集中器包括具有玻璃內(nèi)面和該玻璃內(nèi)面后面的反射面的反射鏡的那些實(shí)施例而言，玻璃面和反射面均可為了獲得期望長度而如上所述成角度地形成。
[0056]再次參照圖12，邊緣區(qū)域349a、349b可以與朝著指示為399的前述陰影區(qū)域散布的反射太陽光384成角度。邊緣區(qū)域349b可以遠(yuǎn)離太陽380的相對位置地彎曲，使得與不具有成形邊緣區(qū)域的那些實(shí)施例相比，靠近集中器間隙348的反射太陽光384沿著縱向344更向北反射。通過互補(bǔ)的方式，與不具有成形邊緣區(qū)域的實(shí)施例相比，來自第一邊緣區(qū)域349a的反射太陽光384沿著縱向344更向南反射。兩個(gè)邊緣區(qū)域349a、349b的組合效應(yīng)是將一些太陽光朝著由399表示的前述陰影區(qū)域引導(dǎo)。從邊緣區(qū)域349a、349b反射的反射太陽光384照射到太陽能接收器360a上，而在前述不具有邊緣區(qū)域的實(shí)施例中，太陽光將照射到除前述陰影區(qū)域399之外的區(qū)域中。因此，照射到太陽能接收器360上的太陽光的總量不增加。然而，減弱了陰影區(qū)域的效應(yīng)。
[0057]在一些實(shí)施例中，現(xiàn)在標(biāo)記為399的前述陰影區(qū)域可以接收比太陽能接收器360a的周圍區(qū)域少的太陽光。在一些實(shí)施例中，太陽能接收器360a可不具有經(jīng)受從太陽能集中器340a、340b反射的小于1.1個(gè)太陽的太陽光的區(qū)域。因此，表示為399的前述陰影區(qū)域可能在先已經(jīng)由集中器間隙所導(dǎo)致的小至0.5個(gè)太陽的太陽光照射。因此，邊緣區(qū)域349能夠最小化或消除沿著太陽能接收器的熱點(diǎn)，雖然集中的太陽光和未集中的太陽光的量是恒定的，但是提高了整體系統(tǒng)性能。
[0058]圖14示出了邊緣區(qū)域449的可選實(shí)施例。除非特別說明，否則除了附圖標(biāo)記的數(shù)字增加100以外，圖14所示的太陽能系統(tǒng)400的構(gòu)件與上面關(guān)于太陽能系統(tǒng)300所示的那些構(gòu)件相似。因此，為了清晰起見，已經(jīng)省去了太陽能系統(tǒng)400的一些構(gòu)件。
[0059]邊緣區(qū)域449可在反射面中具有一個(gè)或多個(gè)表面拓?fù)涮卣?。如圖所示，邊緣區(qū)域449可以具有向外延伸的曲線形、向內(nèi)延伸的曲線形或者在同一實(shí)施例中具有這兩者的組合。這些波紋可視為沿縱向444延伸。如圖所示的特征相對于平坦的集中器表面而言。對于凹形集中器，圖示的特征將在三維中延伸并且能夠例如合并有或包含沿凹形集中器的邊緣的波紋或拓?fù)涮卣鳌?br> [0060]圖15和圖16示出了沿著集中器邊緣具有波紋的一個(gè)實(shí)施例。除非特別說明，否則除了附圖標(biāo)記的數(shù)字增加200以外，圖11至圖13所示的太陽能系統(tǒng)500的構(gòu)件與上文關(guān)于太陽能系統(tǒng)300所示的那些構(gòu)件相似。因此，為了清晰起見，已經(jīng)省去了太陽能系統(tǒng)500的一些構(gòu)件。
[0061]圖15示出了太陽能集中器540的邊緣帶有如下邊緣:即，具有包含一個(gè)或多個(gè)方向上的波紋或波的拓?fù)渥兓砻?，所述方向包含橫向于縱向544的方向。圖16不出了具有邊緣區(qū)域549的太陽能集中器540的邊緣的詳細(xì)視圖。邊緣區(qū)域549可具有從邊緣上觀察到的波紋，該波紋指示沿著凹形形狀的變化。在一些實(shí)施例中，波紋能夠唯一地沿著橫向延伸或者附加地沿著另外方向，即，縱向延伸。在一些實(shí)施例中，邊緣區(qū)域549不成角度，SP Θ等于零。在這些實(shí)施例中，表面拓?fù)?無論是波紋、凹形部分、凸形部分或來自太陽能集中器540的其余部分的任何其它類型或反射變化在不具有彎曲部的情況下均能夠足以實(shí)現(xiàn)減少或消除集中的陰影區(qū)域的相同效果。如果實(shí)施例中需要，還可以具有這些或其它特征的任意組合。
[0062]本文的實(shí)施例不旨在排除參照任何其它實(shí)施例所披露的任何特征。由此，例如，由于邊緣區(qū)域的尺寸和角度可因各實(shí)施例的不同而邊緣區(qū)域中的表面特征也隨之變化并且可以與其它特征的任意組合合并。因此，邊緣區(qū)域可以具有沿著縱向的且沿著成形邊緣上下波動(dòng)的波紋。類似地，在一些實(shí)施例中，邊緣區(qū)域可具有僅為0.1度或0.25度的相對小的角度，成形邊緣上具有僅沿上下波動(dòng)的波紋，并且從太陽能集中器的邊緣起僅向內(nèi)延伸2mm。在其它實(shí)施例中，邊緣區(qū)域可以具有8度的相對大的角度Θ，從太陽能集中器的邊緣起向內(nèi)延伸15mm，并且不具有波紋或其它拓?fù)涮卣鳌Ｔ趯?shí)施例中還可根據(jù)需要使用所選擇的特征的任意其它組合。
[0063]盡管在前面詳細(xì)的說明中已經(jīng)示出了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明存在有大量的變型例。還應(yīng)當(dāng)理解的是，本文的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例不旨在以任何方式限制權(quán)利要求主題的范圍、應(yīng)用或構(gòu)造。相反，前面詳述的說明為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實(shí)現(xiàn)本文一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的便捷路徑。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離權(quán)利要求書所限定的范圍，以及該范圍包括在提交本專利申請時(shí)已知的等同方案以及可預(yù)見的等同方案的情況下，可以對元件的功能和布置進(jìn)行各種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能集中器組件，包括: 第一反射部件，其包括第一反射面，所述第一反射部件沿著縱軸線延伸并且具有第一端，其中，所述第一反射面延伸到所述第一反射部件的所述第一端； 第二反射部件，其包括第二反射面，所述第二反射部件沿著所述縱軸線延伸并且具有第二端，其中，所述第二反射面延伸到所述第二反射部件的所述第二端，所述第二反射部件與所述第一反射部件相鄰定位，使得所述第一反射部件的所述第一端與所述第二反射部件的所述第二端相鄰； 光伏接收器，其包括至少一個(gè)光伏太陽能電池單元，所述光伏太陽能電池單元適于將太陽光轉(zhuǎn)換成電；以及 支撐結(jié)構(gòu)，其與所述第一反射部件、所述第二反射部件及所述光伏接收器連結(jié)并且適于將所述光伏接收器定位成接收至少來自所述第一反射部件的反射太陽光， 其中，所述第一反射面具有沿著所述第一端的第一邊緣并且定形為將太陽光集中到所述第一反射部件的前方，所述第一反射面具有凹形形狀； 所述第一反射面具有從所述第一邊緣向內(nèi)延伸的第一邊緣區(qū)域，所述第一邊緣區(qū)域形成為在所述第一邊緣附近遠(yuǎn)離所述光伏接收器彎曲的形狀； 所述第二反射面具有沿著所述第二端的第二邊緣并且定形為將太陽光集中到所述第二反射部件的前方，所述第二反射面具有凹形形狀；以及 所述第二反射面具有第二邊緣區(qū)域，所述第二邊緣區(qū)域形成為在靠近所述第二邊緣的區(qū)域中遠(yuǎn)離所述光伏接收器彎曲的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第一邊緣區(qū)域定形為朝向所述第二反射部件反射太陽光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第二邊緣區(qū)域定形為朝向所述第一反射部件反射太陽光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第一反射部件和所述第二反射部件的尺寸和形狀用于將集中的太陽光聚焦到所述光伏接收器上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能集中器組件，其中， 由所述光伏接收器接收到的反射太陽光為集中的太陽光，所述集中的太陽光是未集中太陽光的強(qiáng)度的2倍至20倍之間的集中太陽光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第一邊緣區(qū)域與所述第一反射面的其余部分形成小于5度的角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第二邊緣區(qū)域與所述第二反射面的其余部分形成小于5度的角度，形成角度的面在所述第一反射部件的方向上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第一邊緣區(qū)域具有與所述第一反射面的其余部分類似的截面形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第一邊緣區(qū)域具有波紋形截面形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能集中器組件，其中，所述波紋在沿著所述縱軸線的方向上延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能集中器組件，其中， 所述波紋在橫向于所述縱軸線的方向上延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能集中器組件，其中， 所述波紋沿著所述第一反射面的凹形邊緣延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第一反射部件和第二反射部件以小于5.0mm的間隙分隔開。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第一邊緣區(qū)域從所述第一邊緣起向內(nèi)延伸小于50mm。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第二邊緣區(qū)域從所述第二邊緣起向內(nèi)延伸小于50mm。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，還包括第二光伏接收器， 其中，所述第二光伏接收器包括至少一個(gè)光伏太陽能電池單元； 所述支撐結(jié)構(gòu)還適于將所述第二光伏接收器定位成接收至少來自所述第一反射部件和所述第二反射部件的反射太陽光；并且 所述第二光伏接收器位于所述第`二反射部件的前方。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的太陽能集中器組件，其中， 所述第二反射部件具有沿著與所述第二端相反的第三端的第三邊緣，并且所述第二反射面具有第三邊緣區(qū)域，所述第三邊緣區(qū)域形成為在靠近所述第三邊緣的區(qū)域中遠(yuǎn)離所述第二光伏接收器彎曲的形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述光伏接收器位于所述第一反射部件的前方。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能集中器組件，其中， 所述光伏太陽能電池單元包括單電池單元的一部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能集中器組件，其中， 所述光伏太陽能電池單元包括背接觸式光伏太陽能電池。
【文檔編號】H02S40/22GK103516303SQ201210370028
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】阿明·貝拉達(dá)·松尼, 查爾斯·阿爾米 申請人:太陽能公司