CN104508395B - 轻质太阳能集中器 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能集中器具有连接在一起而形成一个构架的多个框架构件、以及一个挠性片板，该挠性片板被附接至该构架上而使得该挠性片板采取一种松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力发生挠曲。该片板具有被定位在这些框架构件之间的一个反射表面。一个成形力***在被激活时可运作以在该片板上施加成形力，这些成形力被配置成用于将该片板从该松散形状拉到一种希望的形状，以使得撞击该反射表面的太阳光线被聚焦在一个目标上，并且一个太阳能接收器附接至该构件上的一个基本上对应于该目标的位置处。填充有加压空气的薄壁管可以提供多个强劲的轻质框架构件。当该成形力***被解除激活时，该挠性片板基本上恢复到该松散形状。

Description

轻质太阳能集中器
本发明属于用于收集和集中太阳能的设备的领域、尤其是一种用于收集和集中太阳光线的经济性轻质设备。
背景
相当大的工作针对的是高效率且高效力地收获太阳能。光伏(PV)面板将所接收的太阳光线直接转换成电能，而热***集中太阳光线以产生热量，该热量可以直接用于加热目的、或用于通过运行例如斯特林发动机来产生旋转的机械动力、或更普遍地通过产生蒸汽来运行蒸汽轮机，该蒸汽轮机接着可以用于产生电功率。太阳能还可以被集中在一个PV面板上以增大在给定面积的面板上所接收的太阳能的量、并且因此增大该面板所产生的电力。
典型的太阳能收集与集中***使用多个反射镜将来自宽阔区域的太阳光线反射到小得多的目标上，以使得来自该宽阔区域的太阳能被集中在该目标处。在点聚焦集中***中，一个抛物面反射盘将太阳光集中到太阳能接收器上。抛物面形状是优选的，因为它将太阳光线集中在一个小目标上该，由此增大该目标处的温度。反射盘(dish)可以典型地在大小和构型上变化，从大约1米的小直径变至十几米或更大直径的大得多的结构。点聚焦反射盘式集中器被安装在追踪***上，该追踪***沿两条轴线追踪太阳且直接指向太阳，并且接收器被附接至该反射盘的焦点处，这样使得当该反射盘移动时，接收器随之移动。这些点聚焦***可以产生超过800摄氏度以及甚至超过1800摄氏度的高温。
在中央塔***中，在塔的顶部处安装了一个太阳能接收器。多个定日镜环绕该塔，这些定日镜是将太阳光重定向至该塔顶部的平面反射镜并且是受控制的以便将追踪太阳并进行移动，以使得太阳光在该接收器处沿恒定方向反射。数百个或数千个定日镜可以联合工作以将太阳光引导至该塔顶部从而产生从500摄氏度至1100摄氏度或更高的高温，典型地用于运行蒸汽轮机。
沟槽式集中器是长凹槽形状的集中器，形成的是行聚焦而不是像在点聚焦反射盘和中央塔设计中实现的点聚焦。同样，沟槽的截面为抛物面形状是优选的，以便将光线集中在一条窄的线上。这点由于其简单性而通常是成本最低的太阳能收集技术。这个长沟槽式集中器将光聚焦到一个太阳能接收管上，该管沿着该太阳能沟槽式集中器的长度延伸。根据位置的纬度，这些沟槽的长度方向沿南北或东西方向定向、并且接着在其纵向轴线上枢转而使得这些沟槽的凹面追随太阳。因此这些沟槽式集中器仅需要在一条轴线上枢转、而不是如点聚焦集中器所要求的在两条轴线上枢转。沟槽式集中器不能产生像点聚焦反射盘或中央塔设计那样高的温度，因为它不能聚焦到一个点上而仅能聚焦到一条线上。可以实现典型地小于600C的温度。
使用太阳能的任何操作的主要成本在太阳能收集场，太阳能收集场可以由数百或数千个集中器构成。反射表面典型地是由抛光铝或玻璃反射镜提供的。该反射镜的玻璃或金属片板可以弯曲形成所需要的聚焦形状或通常是由安排在一个框架上的多个更小的平面反射镜区段的一个阵列构成，以实现聚焦效果。这些反射镜是重的，因此需要明显的结构支撑来承载这些反射镜的荷载并且提供足够的刚性以维持焦点。这些重的结构还需要重的且昂贵的马达和齿轮箱，以将该太阳能电池阵列转向从而适当地聚焦太阳光。
为了减少对该框架和追踪***的要求，已经开发了轻质的线性的张紧的薄膜沟槽式集中器，其中反射片板材料的薄膜被拉伸跨过一个构架。该构架包括沿着该沟槽的长度并排安装的多个抛物线形的肋，并且接着该膜附接至该沟槽的一端上并沿着这些肋的外侧凸面被拉伸并且在张力下附接至相反的一端处。例如，例如在海瑞恩斯丹(Harrienstien)等人的美国专利申请号2010/0258186中以及授予普鲁伊特(Prueitt)的美国专利号8,056,555中披露了这样的薄膜沟槽式集中器。
这些薄膜沟槽式集中器与使用刚性支撑的反射材料的更多传统设计相比显著减小了反射镜设备的重量，其中该框架和追踪***的强度要求对应地减小。然而该构架必须足够强劲以能抵抗由于从该沟槽的一端拉伸到另一端的膜上的相当大的张力所产生的变形。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种克服了现有技术中的多个问题的用于收集和集中太阳光线的***。
在本发明的第一实施例中提供了一种太阳能集中器设备，该太阳能集中器设备包括连接在一起而形成一个构架的多个框架构件、以及一个挠性片板，该挠性片板附接至该构架上以使得该挠性片板采取松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有被定位在这些框架构件之间的一个反射表面。一个成形力***在被激活时可运作以在该挠性片板上施加成形力，这些成形力被配置成将该挠性片板从松散形状拉成一种希望的形状，以使得撞击该反射表面的太阳光线被基本上聚焦在一个目标上，并且一个太阳能接收器附接至该构件上的基本上对应于该目标的位置处。当该成形力***被解除激活时，该挠性片板基本上恢复到该松散形状。
本发明在第二实施例中提供了一种用于制作太阳能集中器的方法。该方法包括：将多个框架构件相连接以形成一个构架并且将一个挠性片板松散地附接至该构架上以使得该挠性片板采取松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有被定位在这些框架构件之间的一个反射表面；在该挠性片板上施加成形力，该成形力被配置成将该挠性片板拉成一种希望的形状，以使得撞击该反射表面部分的太阳光线被基本上聚焦在一个目标上；将一个太阳能接收器附接至该构架上的基本上对应于该目标的位置处。将成形力去除导致该挠性片板基本上恢复到该松散形状。
本发明的集中器显著降低了太阳能收集的成本。在该设备进行移动以追踪太阳的多个实施例中，本发明使用了非常轻质的膜材料，例如聚氯乙烯(PVC)、MylarTM、聚合物或可以形成塑料状薄膜的任何类似材料。与现有技术的玻璃和金属相比，使用这种材料非常显著地减小了太阳能电池阵列的重量。这种重量减小大幅减小了用于固持该反射膜的这个构架的结构强度要求。该膜没有被拉紧，所以该构架不需要构建成抵抗此拉伸的应力并且可以轻得多。
附图说明
在本发明的结束部分对本发明提出了权利要求，而在伴随的详细说明中提供了多个优选实施例，这些实施例可以结合附图得到最好的理解，在附图中这几个图中的每个图中的相同部件用相同的数字标记，并且在附图中：
图1是根据本发明的沟槽式真空太阳能集中器设备的一个实施例的示意性透视图；
图2是图1的实施例的示意性端视图；
图3是图1的实施例的具有额外的后框架构件的一个变体的示意性端视图；
图4是使用了图1的集中器的一个真空太阳能集中器的示意性端视图；
图5是图4的偏离调节器的更详细的示意性端视图；
图6是用于图4的***的一个替代性偏离调节器的示意性端视图；
图7是本发明的点聚焦真空太阳能集中器设备的一个实施例的示意性透视图；
图8是用于将本发明的挠性片板成形为抛物线形状的一个模具的示意性侧视图；
图9是本发明的具有长形足球形加压腔室的点聚焦或沟槽式真空太阳能集中器设备的一个实施例的示意性端视图；
图10是本发明的沟槽式加压太阳能集中器设备的一个实施例的示意性透视图；
图11是图10的实施例的示意性端视图；
图12是图10的实施例的一个变体的示意性端视图，其中该目标和太阳能接收器位于该加压腔室内部；
图13是图10的实施例的一个变体的示意性端视图，其中这些框架构件进行移动以便将该挠性片板移动成图9的足球形状并且该目标移出该腔室；
图14是本发明的水平液体填充式太阳能集中器设备的一个实施例的示意性端视图；
图15是图14的实施例的示意性顶视图；
图16是图14的实施例的示意性端视图，其中该挠性片板是透明的并且该液体用作将太阳光线聚焦在该挠性片板下方的目标上的一个透镜；
图17是本发明的水平太阳能集中器设备的一个实施例的示意性端视图，具有通过重力而弯折的一个半刚性挠性片板；
图18是本发明的薄膜太阳能集中器设备的另一个替代性实施例的示意性端视图，其中成形力***拉动被附接至该挠性片板上的多根金属丝以便将反射表面成形为所希望的形状；
图19是用于本发明多个实施例的构架中的一个轻质框架构件的示意性端视图，其中该框架构件是通过填充有加压空气而被增强的一个薄壁管；
图20是本发明的薄膜太阳能集中器设备的另一个替代性实施例的示意性端视图，其中该挠性片板形成了一个凹沟槽式集中器并且该接收器包括一列光伏太阳能电池；
图21是本发明的带有加压腔室的薄膜太阳能集中器设备的另一个替代性实施例的示意性透视图，其中该挠性片板形成了一个凹沟槽式集中器，并且该腔室内部具有一个构架。
展示实施方式的详细说明
图1和图2示意性地展示了本发明的太阳能集中器设备1的一个实施例的截面视图。设备1包括连接在一起而形成一个构架5的多个框架构件3。在所展示的设备1中，该构架包括在构架5的右端与左端之间延伸的基本上平行的上部和下部前框架构件3F、以及在构架5的右端与左端之间延伸且平行于上部和下部前框架构件3F的一个后框架构件3R。框架构件3F、3R在构件5的每端处附接至端板7上。
一个挠性片板9附接至该构架5上而使得挠性片板9采取一种松散形状LS(在图1中用虚线表示)并且可以响应于施加在其上的成形力而方式挠曲。挠性片板9具有位于上部与下部前框架构件3F之间的一个反射表面11。
一个成形力***13在被激活时可运作以在该片板9上施加成形力。这些成形力被配置成将挠性片板9从松散形状LS拉成所希望的形状DS，这样使得撞击该反射表面11的太阳光线15被基本上聚焦在目标17上，如在图2中示意性地展示的。
在所展示的设备1中，挠性片板9是一种薄膜材料，例如PVC、MylarTM、聚合物或可以形成塑料状薄膜的任何类似材料。大多数膜由于很薄而实际上是透明的、但是可以容易地通过任何数量的实现镜反射工艺使之是镜反射的，例如在当前的玻璃实现镜反射工艺中使用的、或通过将金属薄反射层溅射或真空沉积到该膜上。可以将该膜施加到该膜材料的外部上或内部上。反射涂层的内部施加将提供更好的气候防护。
在所展示的设备1中，该成形力***13通过在该挠性片板9的相反的第一侧9A与第二侧9B之间产生空气压差来施加成形力。当被激活时，成形力***13从该挠性片板9的第二侧9B抽走空气从而形成真空，并且挠性片板9发生挠曲而使得反射表面11而呈现凹曲线形状。
挠性片板9被支撑在上部与下部前框架构件3F上而使得其第一侧9A在上部与下部前框架构件3F之间面向前、并且形成了一个密封腔室19的前侧。当被激活时，该成形力***13从腔室19中抽出空气，并且挠性片板9的反射表面11形成了一个凹沟槽式集中器。构成反射表面11的这个反射涂层可以位于挠性片板9的第一侧9A上，此时它暴露在大气中，或者在大多数情况下有利的是使该反射表面位于腔室19内部的第二侧9B上以受到保护而免于这些元件的影响。
在所展示的设备1中，挠性片板9缠绕在前和后框架构件3F、3R的外部以形成密封腔室19，其中挠性片板9的反射表面11在上部与下部前框架构件3F之间面向前。通过胶带等可以将挠性片板9的右侧边缘和左侧边缘密封至这些端板7上、或缠绕在这些端板上或以类似的方式来固定以便密封该腔室19。因此在该沟槽的末端处存在畸形，但是这应该是不显著的。
该成形力***13是由一个真空泵提供的，该真空泵从腔室19中抽出空气以使得大气压大于腔室19内部的压力并且大气压力将挠性片板9的反射表面11推成凹沟槽式集中器的形状。当该成形力***被解除激活时，大气中的空气可以流入腔室19中从而使挠性片板9的每侧9A、9B上的力均衡，于是该挠性片板恢复至松散形状LS。为了抵抗在风中的抖动和变形所需要的真空压差非常低，每平方英寸几分之一磅应该就足够了。
考虑到了代替将挠性片板9缠绕在构架5上以形成腔室19，可以将该挠性片板密封至该上部与下部框架构件3F和这些端板7上，并且可以用单独的材料来封闭后侧以形成该腔室。
一个太阳能接收器21被附接至该构架5上的基本上对应于该目标17的一个位置处。在所展示的设备1中，接收器21是填充有循环传热流体并在其每端处附接至构架5的端板7上的一个管道。该太阳能接收器还可以是可运作以直接产生电力的一列光伏电池，如在本说明书的以下部分描述的，在图20中示意性地示出。
反射表面11采用一段圆弧的形状而不是优选的抛物线弧段，这样使得聚焦是模糊的。为了解决这点，在设备1中包含一个聚焦矫正装置，用于补偿太阳光线15的不对准并且使得太阳光线15进行锐聚焦。在图1的设备1中，该聚焦矫正装置是由定位在反射表面11与接收器21之间的一个矫正透镜23提供的。
图3展示了设备1'的替代性实施例，其中该聚焦矫正装置是由一个弯曲的校正反射镜23'提供的，该弯曲的校正反射镜被定位成使得接收器21'位于反射表面11'与反射镜23'之间。通过例示，本发明的构架可以采取许多形状，在图3的设备1'中该构架包括上部和下部后框架构件3R'，而不是图1所示的单一的后框架构件3R。根据该构架的宽度和长度可能根据需要添加额外的框架构件3'。
矫正透镜23或反射镜23'是相对窄的，从而与主反射镜是由重的玻璃或金属制成的***相比需要相对少量的材料和支撑。考虑到了在希望获得更高温度的大多数应用中添加该聚焦矫正装置将认为是正当的，因为通过该矫正透镜或反射镜使太阳光线紧密聚焦将提高在该接收器21中的传热流体所产生的温度，从而提供足够的额外的有用能量以盖过所增加的费用。
图4示意性地展示了所考虑的一种具有密封腔室的太阳能集中器。该***被示出为具有一个真空腔室，但是如在本说明书中的后面部分所描述的加压腔室也可以从用于调节该腔室内的大气的类似***中获益。该***具有位于腔室19内部的传感器25A和腔室外部的传感器25B，用于测量大气与腔室19内部之间的差压。一个内部大气控制件27控制该差压以维持所希望的形状。该控制件27还用干燥气体例如来自一个源29的干燥空气或干燥氮气来吹扫腔室19中的空气。水分使该反射镜涂层变坏，并且去除该腔室内部空气中的水分将延长该反射镜涂层的寿命。为了吹扫腔室19以初始地去除湿空气，将打开位于腔室19的与源29相反的一端处的一个阀以允许将干燥氮气送至该腔室。在腔室19中具有干燥空气防止了冷凝和水，否则导致反射镜表面腐蚀。将补偿大气压的变化以及空气温度的变化。如果在该腔室中累积过度压力，则该成形力***13的真空泵将从腔室19中吸走空气。如果内部空气压力变得太低，则来自源29的干燥空气或干燥氮气将被送至腔室中。
一个偏离传感器31可运行以感测由于挠性片板9的收缩或伸展而导致的、该挠性片板9从所希望形状发生的偏离，该挠性片板的收缩或伸展是归因于温度变化、材料拉伸等，并且提供了一个偏离调节器33来矫正任何此类偏离。在图4所展示的真空太阳能集中器***中，该偏离调节器33包括沿着腔室19的长度基本上平行于框架构件3延伸的一个杆35。挠性片板9卷绕在杆35上而使得，将该杆35在第一方向上旋转将挠性片板9拉到杆35上，从而减小了挠性片板9位于上部与下部前框架构件3F之间的长度并且因此增大了该凹沟槽的半径，并且将该杆在相反的第二方向上旋转使得挠性片板9从杆35上卷起，从而增大了挠性片板9位于上部与下部前框架构件3F之间的长度并且因此减小了该凹沟槽的半径。因此，该沟槽的半径可以加以监测并且被维持在所希望的半径。
考虑到了该偏离调节器33可以采取其他形式。例如图6示意性地展示了一个替代性的偏离调节器33"，它包括被安装在该构架的这些端板7"上多个致动器37并且可运行以调节上部与下部前框架构件3F"之间的距离D并由此改变挠性片板9"的曲率半径。
如以上所描述的本发明的沟槽实施例是最简单的，因为该挠性片板仅需要一维弯部。另一方面，点聚焦太阳能集中器必须在材料中具有二维弯部。以一张纸为例，它容易在一个方向上或另一个方向上弯折，但是如果尝试一次件将所有四侧都向上弯折，这张纸将起皱。在本发明的点聚焦实施例中，所使用的材料对于如何形成曲率具有一种耐受性。如果塑料膜具有足够的弹性，则它可以拉伸而形成球形聚焦，但是可能难以对弹性材料维持聚焦。
如果该材料具有一些刚性，例如轻质塑料、MylarTM、或薄玻璃，则可以在制造过程中典型地在计算机控制下小心施加热量以便使该塑料膜在将想要使之起皱的区域中选择性地收缩。图8示出了在施加热量时垂伏在抛物面反射盘形状的模具39上的挠性片板9。例如，非常薄的玻璃、例如比普通玻璃强劲超过100倍的大猩猩(gorilla)玻璃可以在该玻璃的下垂温度下垂伏在该模具上以形成所希望的抛物面反射盘形状。一旦安装至该构架上，该***的部分真空就可以提供支撑以维持该置抛物线曲线形状。抛物线成形对于这些沟槽式集中器是不可能的，因为那里的挠性片板在仅一个方向上弯折。
图7示意性地展示了一个替代性设备101，其中该构架105包括形成一个矩形开口的上、下、右和左的周界前框架构件103F、以及支持这些前框架构件的一个后框架构件103R。该周界框架也可以是圆形的。挠性片板109是一种薄膜材料并且同样该成形力***113通过在该挠性片板109的两侧之间产空气压差来施加成形力。挠性片板109被支撑在这些周界前框架构件103F上而使得其反射表面111在这些周界前框架构件103F之间面向前、并且形成了密封腔室119的前侧。当被激活时，该成形力***113从腔室119中抽出空气，并且挠性片板109的反射表面111形成了在接收器121处引导太阳光线的一个点聚焦集中器。
该挠性片板如上文和图8中所描述的在附接至该构架105上之前被预成型，这样使得该成形力***113被激活时，该挠性片板109的反射表面111基本上采取抛物面反射盘的形式。在挠性片板109没有模制成抛物线形状的情况下，一个聚焦校正装置123(例如以上所描述的透镜或反射镜)被安装在构架105上并且可运作以校正太阳光线在接收器121上的聚焦。
图9示意性地展示了一种替代的设备201，其中当被激活时，该成形力***213将空气推到挠性片板209的第一侧209A而使得挠性片板209挠曲并且反射表面211呈现凹曲线的形状。并且，构成反射表面211的这个反射涂层可以有利地位于挠性片板209的第一侧209A上，此时它位于腔室219内部而被保护免于这些元件、而不是位于暴露在大气中的第二侧209B上。
在设备201中，挠性片板209被形成为像腔室219的一个中空密封气球，该气球被安装在构件205上而使得反射表面面向挠性片板209的相反透明面241，并且该成形力***213将加压空气引导至腔室219中。所展示的腔室219为一种长形的足球形状，这样使得当该成形力***213被激活时，该挠性片板209的反射表面211基本上采取长形的反射盘形状并且是作为点聚焦集中器可运作的。由于反射表面211是长形的，其半径使得目标217以及因此接收器221位于腔室219之外。这是有利的，因为如以下描述的，在该反射表面为圆形的一些柱形或球形实施例中，该目标可以正处在与该反射表面相对的壁处，在此处由于高温将损坏该壁。
该挠性片板209可以在附接至该构架205上之前被预成型，这样使得该成形力***213被激活时，该挠性片板的反射表面211基本上采取具有锐聚焦的抛物面反射盘的形式。在挠性片板209没有被预成型的情况下，一个聚焦校正装置223(例如以上所描述的透镜或反射镜)被安装在构架205上并且可运作以校正太阳光线在接收器221上的聚焦。还可以提供一个致动器243来调节腔室219的两端219A、219B之间的距离以移动目标217。还可以将该足球形状的截面用作沟槽收集器而不是点聚焦收集器。
图10和图11示意性地展示了另一个替代性的设备301，其中腔室319是基本上柱形的，这样使得反射表面311形成了与该腔室的透明面341相对的一个沟槽式集中器。这个构型的一个问题在于，由于到反射表面311的圆弧，目标317距反射表面311为大约两倍半径，从而正好位于透明壁部分341上。因此，一个聚焦调节设备345被安装在腔室319内部并且可运作以用于移动该目标。在图10和图11所示的实施例中，聚焦调节设备345被展示为一个透镜，该透镜可运作以将该目标从自然目标位置317A移动至腔室319外的背离该腔室319的壁的一个点而处于调节后的位置317B处，在此处由集中的太阳光线产生的热量不会损坏该壁。该透镜被定位在反射表面311与接收器321之间、被定位在该腔室外的调节后的目标位置317B处。
图12示意性地展示了柱形腔室319'的一个变体，其中聚焦调节设备345'是由在腔室319'内位于反射表面311'与透明面341'之间的一个反射镜提供的。这个版本将调节后的目标位置317B'移动至腔室319'内的大致中间的一个点，这个点远离腔室319'的壁所以这些壁不被损坏。通过使目标和接收器321'位于腔室319'内部，在腔室319'内产生了显著的热量。这样的热量可能是有问题的，因为挠性片板309'材料必须能够承受高温而不发生过度拉伸或损坏。
图13示意性地展示了柱形腔室319"的另一个变体，其中聚焦调节设备345"具有一个致动器，该致动器可运作以调节构架305"的第一与第二框架构件3X"、3Y"之间的距离。如图所示，增大框架构件3X"、3Y"之间的距离改变了该腔室的截面，从而增大了反射表面311"的半径并且将调节后的目标位置317B"移动至腔室319"之外。腔室319"于是基本上呈现图9的腔室219的长形足球形状。具有固定的框架构件的构架也可以提供该足球形状，具有通过一个膜缠绕机构(例如以上所描述的偏离调节器33等)通过的调节作用。可以提供一个可运作以感测挠性片板309从所希望的形状发生的偏离的偏离调节器331"，并且该制动器、缠绕机构等也可以用作一个可运作来矫正该偏离的偏离调节器。
在该聚焦调节设备是一个透镜或反射镜的情况下，该透镜或反射镜可运作以矫正太阳光线在该接收器上的聚焦。在该聚焦调节设备移动这些框架构件的情况下，如果在该接收器处希望高温，则需要另外一个聚焦矫正设备。
图14和图15示意性地展示了本发明的另外一个替代性的设备401，其中挠性片板409是通过构架405被支撑在基本上水平位置中的一种薄膜材料而反射表面411是面向上的，并且其中该成形力***413将一种透明液体447(典型地为水)沉积在挠性片板409的反射表面411上。这个实施例的截面形状不是圆形半径或垂曲线的，但是该形状将太阳光线集中成点聚焦或一个沟槽目标上，并且由透镜(如图所示)或反射镜所提供的一个聚焦矫正设备423矫正聚焦。当设备401必须被水平地定向以将该液体保持在挠性片板409上时，目标417将随着太阳横跨天空而移动，并且接收器421被安装在构架405的一个臂与致动器机构449上，该机构可运作以移动该接收器421从而跟随目标417。典型地，提供了覆盖该液体447的一个透明盖片451以防止该液体447的蒸发和污染。
考虑到了这种安排还可以用于透明的挠性片板409'而使得液体447'充当一个透镜来将太阳光行聚焦在挠性片板409'下方的目标417'上，如图16示意性地展示。接收器421'和聚焦矫正设备423'被安装在挠性片板409'下方的一个臂与致动气机构449'上以跟随目标417'。
图17示意性地展示了另外一个替代性的设备501，其中构架505包括形成一个开放中心区域553的多个基本上水平的框架构件503H，并且挠性片板509是一种非常薄的抛光金属或玻璃(例如大猩猩玻璃)制成的半刚性片板，该半刚性片板容易发生挠曲但是具有比以上所描述的薄膜更大的刚性。该成形力***包括将半刚性挠性片板509放置在构架505上而使得其反射表面511面向上，这样使得该玻璃挠性片板505在其***部分处被这些水平框架构件503H支撑，并且使得重力将该半刚性挠性片板509在开放中心区域553中向下拉。
该半刚性挠性片板509的底部在这些水平框架构件503H上滑动并且该片板采取由重力决定的然形状。由于仅在***部分处被支撑，半刚性挠性片板509采取基本上垂曲线的形状，该形状接近抛物线形状，这样使得不总是需要聚焦校正。并且，当设备501必须被水平地定向以使得根据需要有重力作用在该半刚性挠性片板509上，目标517将随着太阳横跨天空而移动，并且接收器521被安装在构架505的一个臂与致动器机构549上，该机构可运作以移动该接收器521从而跟随目标517。还考虑到了，透明的玻璃片板可以被使用并且可以充当透镜来集中太阳光线，如以上参照图16的液体设备所描述的。一旦该半刚性挠性片板下垂成所希望的形状，如果需要的话可以添加多个支撑件以防止该片板在有风条件下移动。
进一步考虑到了，该液体设备401和薄的弯折的玻璃设备501也可以用于沟槽构型中。
图18示意性地展示另外一个替代性的设备601。挠性片板609包括第一和第二侧609A、609B。该成形力***613包括多根金属丝657，这些金属丝在一端处附接至挠性片板609的第二侧609B上并且在另一端处附接至绞盘659上。当被激活时，该成形力***613操作该绞盘659来拉动这些金属丝657以便将挠性片板609拉到该反射表面611呈现凹曲线形状的位置中，并且在被解除激活时，该成形力***613释放这些金属丝657。该成形力***613被被配置成用于将挠性片板609拉到抛物线形状并且可以在沟槽或点聚焦构型中使用或作为组合式定日镜/集中器以用于太阳能塔。该反射涂层可以位于挠性片板609的任一侧上，因为两侧都暴露给这些元件。
为了进一步减小这些集中器设备中任一者的重量，这些框架构件3可以由轻的金属、塑料等材质的薄壁管61来构成，该管通过其内部填充有加压空气63而被增强且加强化，如图19中示意性地展示的。一个压缩机将加压空气泵入管61内部，并且用一个传感器来检测管61内部的压力以根据需要来添加加压空气以便将压力维持在所希望的水平。考虑到了15至200磅每平方英寸(psi)的空气压力将显著增大管61的刚性并且容易被维持而不使管61破裂。考虑到了与较小直径的管相比，较大直径的管典型地需要更小的压力。例如，具有低得多的压力的15英寸直径管可以具有与高得多的压力的3英寸直径管一样大的力，因为在这个实例中针对给定长度的管而言，这个较大的管具有大5倍的表面积。
图20示意性地展示了另一个替代性的设备701，其中挠性片板709形成了一个凹沟槽式集中器，其中反射表面711是如图所示被定向的以便将太阳光行聚焦在接收器721上，该接收器包括一列光伏太阳能电池。如以上所描述的，该沟槽式集中器也可以是以下一种：其中挠性片板形成了例如具有足球形截面的一个加压器皿，或是本发明的其他沟槽式集中器。在所展示的设备701中聚焦矫正装置723包括安装在该构架上并且可运作以矫正太阳光线在该接收器721上的聚焦的一个透镜。一个冷却管道767沿着这一列光伏太阳能电池与挠性片板709相对地延伸，并且一个散热器769可运作以吸收流入冷却管道767中的流体的热量。考虑到了该冷却流体的温度可以在从50摄氏度至约100摄氏度的范围内，这对于加热建筑物、水可能是有用的并且有利地满足了类似的低温加热要求。
图21示意性地展示了另外一个替代性的凹沟槽式集中器设备801，其中挠性片板809形成了具有足球形截面的一个加压腔室819。在设备801中，支撑构架805位于该腔室内部。这些内部框架构件803将会在挠性片板811上产生阴影，但是这个实施例是相当简单且经济的，所以考虑到了由于这些内部支撑件803所产生的少量阴影，基于每单元能量，这可能是更便宜的。
因此本发明提供了一种用于制作太阳能集中器的方法。该方法包括：将多个框架构件相连接以形成一个构架；将一个挠性片板松散地附接至该构架上以使得该挠性片板采取松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有被定位在这些框架构件之间的一个反射表面；在该挠性片板上施加成形力，该成形力被配置成将该挠性片板拉成一种希望的形状，以使得撞击该反射表面部分的太阳光线被基本上聚焦在一个目标上；将一个太阳能接收器附接至该构架上的基本上对应于该目标的位置处；其中去除这些成形力致使该挠性片板基本上恢复到该松散形状。
本发明的太阳能集中器具有的重量是现有技术的金属和玻璃集中器的重量的几分之一并且明显小于拉伸膜集中器，这些拉伸膜集中器需要具有足够强度的架构以抵抗需要被施加到且维持在该膜上的拉伸力。在本发明中，极小的重量或张力存在于该追踪***必须移动的构架上。在更重的实施例中，例如在支撑液体的情况下，支撑着液体的构架是静止的。
考虑到了本发明的集中器的低成本将克服了任何的效率降低，因为可以以最小成本来提供另外的许多集中器以克服任何缺陷。
以上内容仅被认为是对本发明原理的展示。另外，由于许多的变化和修改将是本领域技术人员容易想到的，因此不希望将本发明局限于所示出和描述的具体结构和操作，并且相应地，可以采用的在结构或操作方面的所有此类合适的改变或修改都旨在落入所要求保护的本发明的范围内。

Claims (32)

1.一种太阳能集中器设备，包括：
连接在一起而形成一个构架的多个框架构件；
一个挠性片板，该挠性片板被附接至该构架上而使得该挠性片板采取一种松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有位于这些框架构件之间的一个反射表面；
一个成形力***，该成形力***在被激活时可运作以在该挠性片板上施加成形力，这些成形力被配置成用于将该挠性片板从该松散形状拉到一种希望的形状，以使得撞击该反射表面的太阳光线被基本上集中在一个目标上；
一个太阳能接收器，该太阳能接收器被附接至该构架上的一个基本上对应于该目标的位置处；
其中当该成形力***被解除激活时，该挠性片板基本上恢复到该松散形状；
其中该挠性片板的第一侧被暴露在大气中，并且其中在被激活时，该成形力***从该挠性片板的第二侧抽走空气从而形成真空，并且该挠性片板发生挠曲而使得该反射表面呈现一种凹曲线的形状；
其中该构架包括在该构架的右端与左端之间延伸的基本上平行的上部和下部前框架构件，并且其中该挠性片板被支撑在该上部和下部前框架构件上而使得其第一侧在该上部与下部前框架构件之间面向前、并且形成了一个密封腔室的前侧，并且其中在被激活时，该成形力***从该腔室中抽出空气并且该挠性片板的反射表面形成了一个凹沟槽式集中器；
其中，所述设备还包括一个偏离传感器以及一个偏离调节器，该偏离传感器可运作以感测该挠性片板从该希望的形状发生的偏离，并且该偏离调节器可运作以矫正该偏离。
2.如权利要求1所述的设备，其中该偏离调节器包括基本上平行于这些框架构件延伸的一个杆，并且其中该挠性片板缠绕在该杆上而使得，将该杆在一个第一方向上旋转增大了该凹沟槽的半径并且将该杆在相反的第二方向上旋转减小了该凹沟槽的半径。
3.如权利要求1所述的设备，其中该偏离调节器可运作以调节该上部与下部前框架构件之间的距离。
4.一种太阳能集中器设备，包括：
连接在一起而形成一个构架的多个框架构件；
一个挠性片板，该挠性片板被附接至该构架上而使得该挠性片板采取一种松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有位于这些框架构件之间的一个反射表面；
一个成形力***，该成形力***在被激活时可运作以在该挠性片板上施加成形力，这些成形力被配置成用于将该挠性片板从该松散形状拉到一种希望的形状，以使得撞击该反射表面的太阳光线被基本上集中在一个目标上；
一个太阳能接收器，该太阳能接收器被附接至该构架上的一个基本上对应于该目标的位置处；
其中当该成形力***被解除激活时，该挠性片板基本上恢复到该松散形状；
其中当被激活时，该成形力***将空气推到该挠性片板的第一侧上而使得该挠性片板发生挠曲并且该反射表面呈现一种凹曲线的形状；
其中该挠性片板被形成为一个中空密封腔室，其中该反射表面面向该挠性片板的一个相对的透明面，并且其中该成形力***将加压空气引导至该腔室中；
其中该腔室是基本上柱形的，这样使得该反射表面形成了一个沟槽式集中器，并且进一步包括可运作以移动该目标的一个聚焦调节设备。
5.如权利要求4所述的设备，其中该聚焦调节设备包括以下各项中的一项：
被定位在该反射表面与该接收器之间的一个透镜，并且其中该透镜位于该腔室内部并且该接收器位于该腔室外部；
被定位在该反射表面与该透明面之间的一个反射镜，并且其中该接收器位于该腔室内部；
一个致动器，该致动器可运作以调节该构架的第一与第二框架构件之间的距离。
6.如权利要求4所述的设备，其中该聚焦调节设备进一步可运作以矫正太阳光线在该接收器上的聚焦。
7.一种太阳能集中器设备，包括：
连接在一起而形成一个构架的多个框架构件；
一个挠性片板，该挠性片板被附接至该构架上而使得该挠性片板采取一种松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有位于这些框架构件之间的一个反射表面；
一个成形力***，该成形力***在被激活时可运作以在该挠性片板上施加成形力，这些成形力被配置成用于将该挠性片板从该松散形状拉到一种希望的形状，以使得撞击该反射表面的太阳光线被基本上集中在一个目标上；
一个太阳能接收器，该太阳能接收器被附接至该构架上的一个基本上对应于该目标的位置处；
其中当该成形力***被解除激活时，该挠性片板基本上恢复到该松散形状；
其中该挠性片板是一种薄膜材料、被该架构支撑在一个基本上水平的位置中而该反射表面是面向上的，并且其中该成形力***将一种透明液体沉积在该挠性片板的反射表面上，并且包括一个聚焦矫正设备。
8.如权利要求7所述的设备，进一步包括覆盖该液体的一个透明盖片。
9.如权利要求7和8中任一项所述的设备，其中该接收器是可移动地安装在该构架上的并且包括一个致动器，该致动器可运作以随着太阳的移动而移动该接收器。
10.一种太阳能集中器设备，包括：
连接在一起而形成一个构架的多个框架构件；
一个挠性片板，该挠性片板被附接至该构架上而使得该挠性片板采取一种松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有位于这些框架构件之间的一个反射表面；
一个成形力***，该成形力***在被激活时可运作以在该挠性片板上施加成形力，这些成形力被配置成用于将该挠性片板从该松散形状拉到一种希望的形状，以使得撞击该反射表面的太阳光线被基本上集中在一个目标上；
一个太阳能接收器，该太阳能接收器被附接至该构架上的一个基本上对应于该目标的位置处；
其中当该成形力***被解除激活时，该挠性片板基本上恢复到该松散形状；
其中该构架包括形成一个开放中心区域的多个基本上水平的框架构件，并且该挠性片板是一个半刚性片板，并且其中该成形力***包括将该半刚性片板放置在该构架上而使得其反射表面面向上，以使得该半刚性片板在其***部分处被这些基本上水平的框架构架所支撑，并且以使得重力成形力将该半刚性片板在该开放中心区域中向下拉。
11.如权利要求10所述的设备，其中该接收器是可移动地安装在该构架上的并且包括一个致动器，该致动器可运作以随着太阳的移动而移动该接收器。
12.如权利要求10和11中任一项所述的设备，其中该半刚性片板是玻璃片板和金属片板中的一种。
13.一种太阳能集中器设备，包括：
连接在一起而形成一个构架的多个框架构件；
一个挠性片板，该挠性片板被附接至该构架上而使得该挠性片板采取一种松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有位于这些框架构件之间的一个反射表面；
一个成形力***，该成形力***在被激活时可运作以在该挠性片板上施加成形力，这些成形力被配置成用于将该挠性片板从该松散形状拉到一种希望的形状，以使得撞击该反射表面的太阳光线被基本上集中在一个目标上；
一个太阳能接收器，该太阳能接收器被附接至该构架上的一个基本上对应于该目标的位置处；
其中当该成形力***被解除激活时，该挠性片板基本上恢复到该松散形状；
其中该挠性片板包括第一和第二侧，并且其中该成形力***包括附接至该挠性片板的第二侧上的多根金属丝，并且在被激活时，该成形力***拉动这些金属丝以便将该挠性片板下拉到该反射表面呈现凹曲线形状的一个位置中，并且当被解除激活时，该成形力***释放这些金属丝。
14.一种太阳能集中器设备，包括：
连接在一起而形成一个构架的多个框架构件；
一个挠性片板，该挠性片板被附接至该构架上而使得该挠性片板采取一种松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有位于这些框架构件之间的一个反射表面；
一个成形力***，该成形力***在被激活时可运作以在该挠性片板上施加成形力，这些成形力被配置成用于将该挠性片板从该松散形状拉到一种希望的形状，以使得撞击该反射表面的太阳光线被基本上集中在一个目标上；
一个太阳能接收器，该太阳能接收器被附接至该构架上的一个基本上对应于该目标的位置处；
其中当该成形力***被解除激活时，该挠性片板基本上恢复到该松散形状；
还包括一个偏离传感器以及一个偏离调节器，该偏离传感器可运作以感测该挠性片板从该希望的形状发生的偏离，并且该偏离调节器可运作以矫正该偏离；
其中当被激活时，该挠性片板的该反射表面形成了一个凹沟槽式集中器；
其中该偏离调节器包括基本上平行于这些框架构件延伸的一个杆，并且其中该挠性片板缠绕在该杆上而使得，将该杆在一个第一方向上旋转增大了该凹沟槽的半径并且将该杆在相反的第二方向上旋转减小了该凹沟槽式集中器的半径。
15.如权利要求14所述的设备，其中该挠性片板是一种薄膜材料并且该成形力***通过在该挠性片板的相反的第一侧与第二侧之间产生空气压差来施加这些成形力。
16.如权利要求15所述的设备，其中该挠性片板的第一侧被暴露在大气中，并且其中在被激活时，该成形力***从该挠性片板的第二侧抽走空气从而形成真空，并且该挠性片板发生挠曲而使得该反射表面呈现一种凹曲线的形状。
17.如权利要求16所述的设备，其中该构架包括在该构架的右端与左端之间延伸的基本上平行的上部和下部前框架构件，并且其中该挠性片板被支撑在该上部和下部前框架构件上而使得其第一侧在该上部与下部前框架构件之间面向前、并且形成了一个密封腔室的前侧，并且其中在被激活时，该成形力***从该腔室中抽出空气并且该挠性片板的反射表面形成了一个凹沟槽式集中器。
18.如权利要求17所述的设备，其中该挠性片板缠绕在该构架的外侧并且形成了该密封腔室。
19.如权利要求17所述的设备，包括一个聚焦矫正装置，该聚焦矫正装置被安装在该构架上并且可运作以矫正太阳光线在该接收器上的聚焦。
20.如权利要求19所述的设备，其中该聚焦矫正装置包括以下各项之一：位于该反射表面与该接收器之间的一个透镜、以及一个反射镜，该反射镜被定位成使得该接收器位于该反射表面与该反射镜之间。
21.一种太阳能集中器设备，包括：
连接在一起而形成一个构架的多个框架构件；
一个挠性片板，该挠性片板被附接至该构架上而使得该挠性片板采取一种松散形状并且可以响应于施加在其上的成形力而发生挠曲，该挠性片板具有位于这些框架构件之间的一个反射表面；
一个成形力***，该成形力***在被激活时可运作以在该挠性片板上施加成形力，这些成形力被配置成用于将该挠性片板从该松散形状拉到一种希望的形状，以使得撞击该反射表面的太阳光线被基本上集中在一个目标上；
一个太阳能接收器，该太阳能接收器被附接至该构架上的一个基本上对应于该目标的位置处；
其中当该成形力***被解除激活时，该挠性片板基本上恢复到该松散形状；
还包括一个偏离传感器以及一个偏离调节器，该偏离传感器可运作以感测该挠性片板从该希望的形状发生的偏离，并且该偏离调节器可运作以矫正该偏离；
其中该构架包括在该构架的右端与左端之间延伸的基本上平行的上部和下部前框架构件，
其中该偏离调节器可运作以调节该上部与下部前框架构件之间的距离。
22.如权利要求21所述的设备，其中该挠性片板是一种薄膜材料并且该成形力***通过在该挠性片板的相反的第一侧与第二侧之间产生空气压差来施加这些成形力。
23.如权利要求22所述的设备，其中该挠性片板的第一侧被暴露在大气中，并且其中在被激活时，该成形力***从该挠性片板的第二侧抽走空气从而形成真空，并且该挠性片板发生挠曲而使得该反射表面呈现一种凹曲线的形状。
24.如权利要求23所述的设备，其中该构架包括在该构架的右端与左端之间延伸的基本上平行的上部和下部前框架构件，并且其中该挠性片板被支撑在该上部和下部前框架构件上而使得其第一侧在该上部与下部前框架构件之间面向前、并且形成了一个密封腔室的前侧，并且其中在被激活时，该成形力***从该腔室中抽出空气并且该挠性片板的反射表面形成了一个凹沟槽式集中器。
25.如权利要求24所述的设备，其中该挠性片板缠绕在该构架的外侧并且形成了该密封腔室。
26.如权利要求24所述的设备，包括一个聚焦矫正装置，该聚焦矫正装置被安装在该构架上并且可运作以矫正太阳光线在该接收器上的聚焦。
27.如权利要求26所述的设备，其中该聚焦矫正装置包括以下各项之一：位于该反射表面与该接收器之间的一个透镜、以及一个反射镜，该反射镜被定位成使得该接收器位于该反射表面与该反射镜之间。
28.如权利要求23所述的设备，其中该构架包括多个周界前框架构件，并且其中该挠性片板被支撑在这些周界前框架构件上而使得其第一侧在该上部和下部前框架构件之间面向前、并且形成了一个密封腔室的前侧，并且其中在被激活时，该成形力***从该腔室中抽出空气并且该挠性片板的反射表面形成了一个点聚焦集中器。
29.如权利要求28所述的设备，其中该挠性片板在附接至该构架上之前被预成型，这样使得当该成形力***被激活时，该挠性片板的反射表面基本上采取一个抛物面反射盘的形式。
30.如权利要求29所述的设备，包括一个聚焦矫正装置，该聚焦矫正装置被安装在该构架上并且可运作以矫正太阳光线在该接收器上的聚焦。
31.如权利要求30所述的设备，其中该聚焦矫正装置包括以下各项之一：位于该反射表面与该接收器之间的一个透镜、以及一个反射镜，该反射镜被定位成使得该接收器位于该反射表面与该反射镜之间。
32.如权利要求24所述的设备，其中该腔室内的大气包括一种干燥气体。
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