[发明专利]具有可更换的太阳能收集器部件的两部分太阳能收集系统

说明书

相关申请

本申请是2009年2月18日提交的、题目为“ROTATIONALTROUGH REFLECTOR ARRAY FOR SOLAR-ELECTRICITYGENERATION”的美国专利申请12/388,500的部分继续申请。

技术领域

本发明总的涉及太阳能发电的改进，更具体地，涉及适用于住宅屋顶安装的应用或包括公用事业规模设施的商业应用的、两部分太阳能发电系统。

背景技术

对于“绿色”电源(即，不是用基于石油的产品的发电)的需要引起用于商业和住宅应用的太阳能发电的许多进步。

太阳能发电典型地牵涉到把太阳光直接转换成电的光伏(PV)元件(太阳能电池)的使用。这些太阳能电池典型地通过使用方形或准方形硅晶片而被制成，这些硅晶片通过使用建立的半导体制造技术被掺杂，并以产生自由电子的方式吸收光辐射(例如，太阳光)，在存在内建电场的情形下使得这些自由电子流动，创建直流(DC)功率。由包括几个太阳能电池的阵列生成的DC功率在被放置在电池上的网格上被收集。

太阳能发电当前在住宅和商业环境(setting)中执行。在典型的住宅应用中，相对较小的太阳能电池阵列被安装在房子的屋顶上，生成的电典型地仅仅提供给该房子。在商业应用中，较大的阵列被布置在太阳照射下，否则在未使用的区域(例如，沙漠)，最终得到的大量电力通过电力线被输送到企业和住房。把太阳能阵列安装在住宅房子或接近于负荷的商业设施上的好处是，本地化的发电减小与在长的电力线上的传输相关联的损耗，并且与诸如在某些公用事业规模太阳能设施中的远离有用负荷的商业的太阳能发电相比较，它需要较少的资源(即，土地、电力线和塔、变压器等等)来对所发的电进行配电。然而，如下面阐述的，当前的太阳能发电设备在住宅环境中典型地不是经济可行的。

光伏太阳能发电设备通常可被划分成两组：平板太阳能阵列和聚集型(concentrating-type)太阳能设备。平板太阳能阵列包括太阳能电池，该太阳能电池被安排在大的平板上，受到未聚焦的直接漫射太阳光的照射，由此被转换成电的太阳光量正比于太阳能电池的面积。相反，聚集型光伏太阳能设备利用把大多数直射的太阳光聚焦(聚集)到位于光学元件的焦点(或线)上的相对小的太阳能电池的光学元件。

平板太阳能阵列比起聚集型太阳能设备有优点也有缺点。平板太阳能阵列的优点在于，它们的重量-尺寸比是相对较低的，易于其在住宅应用中使用，因为它们可以被安装在大多数房子的屋顶而不用对屋顶支承结构作重大的修改。另外，它们从大的角度接受太阳，易于相对直截了当地被固定安装在屋顶和其它平的安装地点。然而，平板太阳能阵列具有相对较低的效率(即，约15％)，它需要大的覆盖面积，以便提供足够的电量，使得它们值得使用。因此，由于硅的高成本，当前的屋顶平板太阳能阵列成本高于每瓦$5，所以房主要用25年通过节省他/她的电费帐单而回收投资。在经济上，平板太阳能阵列对于没有补助金的典型的房主来说不是可行的投资。

通过提供把太阳光聚焦(聚集)到太阳能电池的光学元件，聚集型太阳能阵列避免平板太阳能阵列的高的硅成本，并且还可以通过使用较小的、更高效率的太阳能电池而呈现更高的效率。聚集量依赖于光学设备的类型而变化，范围从对于槽式反射器型设备(在以下另外详细描述)的10X-100X到使用某些卡萨格伦型(cassegrain-type)太阳能设备的高达600X-10000X。然而，通常，聚集型太阳能设备的问题是系统的接受角度是受限制的，因此光学元件的取向必须在一天内通过使用二自由度的跟踪系统连续调节，以便保持峰值效率，这需要坚实的基础结构和电动机来支承和定位光学元件，这个结构还必须设计制造成抗大风和风暴外力。而且，较高效率的(例如，卡萨格伦型)太阳能设备对于反射器材料、反射器几何结构和跟踪精度需要甚至更高的工程要求。由于由支承/跟踪系统强加的工程约束，聚集型太阳能设备很少在住宅或商业屋顶环境中使用，因为大多数房子和建筑物的屋顶需要很大的翻新改进来支承它们的很大的重量和风负荷结构。相反，聚集型太阳能设备典型地限于商业环境，其中水泥或金属基础结构布置在地基上。另外，对于所有的设施，具有相关的风负荷和其它结构支承的此类二自由度跟踪系统的成本会增加聚集器的成本，因此抵消通过减少所使用的硅PV元件而达到的成本减小。