[发明专利]用于太阳能收集器安装的校准系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年7月24日提交的美国临时申请号61/228,440的权益，并通过引用将其结合在此。

技术领域

本发明涉及太阳能收集器的安装，并且更具体地涉及无需考虑太阳能收集器支撑系统的物理特性而在太阳与收集器之间提供对准的系统。

背景技术

在日益重要的可再生能源生产的领域中，太阳能是很有前景的技术。在某些情况下，这种技术利用太阳能电池，也称为光伏(PV)电池，将太阳辐射转换成直流电。太阳能电池可以布置在平板阵列中，其中阳光直接照射在太阳能电池的大的表面积上。或者，太阳能电池可以用在光伏聚光器(concentrator)中，其中反射镜和透镜将太阳能反射并聚焦到小得多的太阳能电池上。在其他情况下，太阳辐射被集中并聚焦到腔式收集器上，以生产热能。虽然任何太阳能系统的效率都在很大程度上由聚光器将太阳能转换成电的能力来量化，但是太阳能系统跟踪太阳移动的能力对太阳能系统的效率也有很大影响。也就是说，在太阳能系统中能够有效且高效地调整太阳能板/收集器的角度以使所收集的阳光的强度最大化仍然是一个重要的考虑因素。

一种跟踪系统利用底座安装式(pedestal-mounted)设计，其中太阳能模块通常安装在垂直杆或底座上，该垂直杆或底座本身插入到地面中。然后各种机械连接和电动机被用于使支撑杆上的板根据太阳的移动在一条或两条轴上倾斜。

除了底座安装式设计之外，许多其他跟踪系统利用滑轨、销连接、球窝式、转轮等等的组合。这些非底座设计涉及典型地围绕太阳能模块的周边定位的多个支撑件，以便锚定(anchor)并控制模块的移动。例如，一种现有技术的布置包括圆形的、环式安装的反射器，该反射器由一对在直径上相对的杠杆支撑，第三杠杆定位在该杠杆对的连接处之下并在其之间。这三个杠杆使用多个连接件的组件，以将反射器转到其希望的位置，这可以包括将反射器面向下地转到防护性的收起位置。

虽然已经设计和实施了许多跟踪系统，但是仍然存在与场地准备、由太阳能收集器制造和组装所引起的“叠加的”公差、以及与收集器本身在场地的安装相关的问题。也就是说，太阳能收集器要求构造精确的地基和随后的光学对准，以在安装和之后跟踪太阳在空中的移动的过程中使收集器与太阳准确地对准。与场地准备和所述地基的制造相关的高成本影响了安装大面积太阳能收集器场(field)(也就是说，安装大量的单独的收集器，这些收集器之后作为“系统”运行)的经济可行性。

发明内容

本发明解决现有技术中仍然存在的需要，本发明涉及太阳能收集器的安装，并且更具体地涉及用于创建“定制”跟踪信息的校准工具和过程，该校准工具和过程对单独的太阳能收集器安装中的不准确进行补偿，从而无需考虑太阳能收集器构造和安装中的各种缺陷，在太阳与所安装的太阳能收集器之间保持对准。

具体地，本发明的校准工具包括一个系统，该系统在安装时可拆卸地附接到太阳能收集器系统。该工具通过以下步骤执行校准功能：(1)收集一批数据，所述数据限定收集器在它初始地移动以跟踪太阳的移动时的位置；(2)将该实际移动数据与“预期的”移动数据(从标准太阳图表和纬度/经度信息获取)相比较；(3)产生调整“覆盖(overlay)”(以这两组数据之间的“差值”的形式)；以及(4)将覆盖信息存储在收集器的移动控制机构中。

校准工具包括对准元件(可拆卸地附接到收集器)，该对准元件用于在任何给定的时间点感测收集器与太阳之间的最佳对准；位置编码器(也附接到收集器)，用于在任何给定的时间点产生收集器的海拔高度和纬度信息(一般而言，“位置信息”)；以及处理器，该处理器收集并利用来自对准元件和位置编码器二者的信息，与“预期的”太阳移动信息相结合，以确定实际值与预期值之间的偏差，从而产生由伺服机构用来控制收集器的移动的校准信息(偏移数据)。

在操作中，校准工具的作用是初始地提供太阳与收集器之间的对准，并确定收集器的初始位置信息(即，海拔高度和方位角)。之后，在足以确定太阳的预期位置(相对于收集器的光轴，来自已知的参考来源)与太阳的实际位置(相对于收集器的光轴，来自位置编码器数据)之间的偏差的时间段跟随一校准程序(存储在该处理器中)。该偏移信息被处理器用来确定将需要由收集器的伺服机构执行以保持具体的收集器与太阳的路径对准的校准调整。然后该信息被传送到伺服机构，并且从收集器移除校准工具。

本发明的布置的优点是仅在太阳能收集器的初始安装时需要校准工具。一旦执行了校准，该工具可以被移除，并准备好用于另一个收集器安装。