陸地太陽跟蹤光伏陣列的製作方法

2024-03-23 13:29:05

專利名稱：陸地太陽跟蹤光伏陣列的製作方法
技術領域：
本申請案涉及一種陸地太陽跟蹤光伏陣列，且更特定地說涉及具有太陽能電池模
塊的模塊化陣列，所述太陽能電池模塊可同時圍繞第一及第二正交軸移動以維持所述太陽能電池模塊與太陽對準。
背景技術：
本申請案涉及一種陸地太陽跟蹤光伏陣列，且更特定地說涉及具有太陽能電池模塊的模塊化陣列，所述太陽能電池模塊可同時圍繞第一及第二正交軸移動以維持所述太陽能電池模塊與太陽對準。 陸地太陽跟蹤光伏陣列用於各種應用。所述陣列針對特定輸出容量設計且不可針對不同容量以便利方式加以修改。所述陣列的設定容量可從相對小(例如幾千瓦)變化為相對大超過幾百千瓦。所述陣列可安裝於暴露於太陽足夠的時間周期以產生所需功率容量的各種位置處。 所述光伏陣列通常包含具有呈面板形式的一個或一個以上太陽能電池模塊的框架。所述框架可經調整以朝向太陽定位所述太陽能電池模塊。所述框架可在一整天中調整所述太陽能電池模塊的位置以保證所述太陽能電池模塊保持指向太陽從而最大化功率容 許多現有光伏陣列包含支撐太陽能電池模塊的大框架。所述框架的大小及安裝要求常常導致其成本相當大。最初，所述框架由大卡車或其它類似設備移動到安裝點。需要起重機或其它類似提升設備來將所述框架從卡車提升且將所述框架定位在適當位置處。此安裝過程常常因廣闊移動及裝配所述框架及附裝相關聯的太陽能電池模塊的組裝要求而需要大的勞動力。這些現有設計不允許單個人或僅幾個人安裝所述框架及太陽能電池模塊。
這些現有框架還使得能夠裝配預定數目的太陽能電池模塊。不能修改太陽能電池模塊的數目以適應特定陣列需要。特定地說，無法在安裝期間或安裝後遠在現場修改設計。

發明內容
本申請案涉及一種陸地太陽跟蹤光伏陣列。所述陣列可包含經定大小及定重量以促進以少量人力安裝的模塊化設計。所述陣列進一步適於在安裝期間或安裝後加以調整以適應必需功率要求。 所述陸地太陽跟蹤光伏陣列包含可由離散區段構造而成的縱向支撐件。所述陣列的總長度可依據所述陣列的必需大小加以調整。驅動器可經配置以使所述縱向支撐件圍繞第一軸沿第一及第二方向旋轉。太陽能電池模塊沿所述縱向支撐件定位且可各自包含具有定位於對應接收器上方的多個透鏡的矩形箱。聯杆可連接到所述太陽能電池模塊且可沿所述縱向支撐件軸向移動以使所述太陽能電池模塊在各自正交於第一平面的第二平面內旋轉以便在一天的過程期間進一步跟蹤太陽。由於各種陣列元件及/或一個或一個以上平衡機構的定位，因此可通過給所述陣列加配重來配置所述陣列以促進圍繞所述第一軸的旋轉。 各種實施例的各個方面可視需要單獨使用或以任一組合使用。


圖1是根據- 圖2是根據- 圖3是根據- 圖4是根據- 圖5是根據- 圖6是根據- 圖7是根據- 圖8是根據- 圖9是根據-向支撐件的驅動器的局部透視圖。 圖10是根據一個實施例的陸地太陽跟蹤光伏陣列的一部分的俯視圖。 圖11是根據一個實施例的從縱向支撐件向外延伸的防遊隙機構的示意性側視
-個實施例的陸地太陽跟蹤光伏陣列的透視圖。
-個實施例的連接到縱向支撐件的支架及太陽能電池模塊的透視圖。
-個實施例的連接到縱向支撐件的支架的透視圖。
-個實施例的連接到縱向支撐件的一對支架的透視圖。
-個實施例的連接到縱向支撐件的支架及太陽能電池模塊的透視圖。
-個實施例的連接到縱向支撐件的底座的透視圖。
-個實施例的聯杆及樞軸耦合件的局部透視圖。
-個實施例的連接到聯杆的耦合件的透視圖。
-個實施例的連接到縱向支撐件的支架及以操作方式連接到所述縱 圖12是根據一個實施例的以操作方式連接到所述縱向支撐件的偏置構件的局部 示意圖。 圖13是根據一個實施例的以操作方式連接到陸地太陽跟蹤光伏陣列的平衡機構 的示意性端視圖。 圖14A是根據一個實施例的驅動系的齒輪沿第一定向的示意性側視圖。 圖14B是根據一個實施例的驅動系的齒輪沿第二定向的示意性側視圖。 圖15是根據一個實施例的太陽能電池陣列模塊的透視剖視圖。 圖16是圖解說明太陽在地球上的路徑依據仰角及方位角的圖。
具體實施例方式
本申請案涉及一種陸地太陽跟蹤光伏陣列。圖1圖解說明通常圖解說明為元件 100的陣列的實施例。陣列100包含細長框架110，所述細長框架經配置以依縱向延伸且間 隔開布置來裝配太陽能電池模塊200。框架110能夠使太陽能電池模塊200中的每一者沿 第一軸A旋轉以便在一天的過程期間同時跟蹤太陽的仰角。框架110能夠使每一太陽能電 池模塊200沿大致垂直於軸A的軸B旋轉以便在一天的過程期間跟蹤太陽的方位角位置。
框架110定位太陽能電池模塊200以跟蹤太陽的移動。框架110包含藉助間隔 開垂直支撐件130定位於表面300上方的縱向支撐件120。在一個實施例中，縱向支撐件 120為單個連續件。在一個具體實施例中，縱向支撐件120為具有約4英寸的直徑且包含約 0. 167英寸的厚度的管。所述管包含約192"的長度及約1101bs的重量。
在另一實施例中，縱向支撐件120可由依端到端布置連接在一起的許多離散區段 121構造而成。每一區段121的長度及構造可相同或可不同。在一個實施例中，每一區段 121經定大小以裝配一對或多對太陽能電池陣列模塊200。所述模塊化設計使得使用者能夠將縱向支撐件120構造至支撐必需數目的太陽能電池模塊200所需的長度。區段121可 添加到現有框架110以容納額外太陽能電池模塊200，因為陣列100必需產生所要功率輸 出。 支架160支撐太陽能電池模塊200且連接到縱向支撐件120。支架160可至少部 分地通過底座161連接到縱向支撐件120，如圖3及6中最佳地圖解說明。支架160可包含 支撐太陽能電池模塊200的垂直構件162及水平構件163。支架160可具有不同大小以容 納不同數目的太陽能電池模塊200。圖2及3包含經定大小以各自附裝到一個太陽能電池 模塊200的支架160。圖4及5包含經定大小以接收兩個太陽能電池模塊200的支架160。
支架160還可包含促進太陽能電池模塊200圍繞第二軸B的樞轉運動的樞轉構件 165，如下文將詳細解釋。樞轉構件165可延伸穿過底座161或可位於遠離底座161處。此 外，樞轉構件165可為單個細長構件或可由定位於端到端定向中且連接於底座161處的單 獨構件構造而成。 支架160可沿縱向支撐件120的長度定位於各種間距處。圖2到5包含沿縱向支 撐件120在縱向支撐件120的相對側上彼此直接跨越地成偏移對對準的支架160。其它偏 移定位可包含沿長度不均勻地散布的支架160，其中相等數目的支架160從縱向支撐件120 的每一相對側向外延伸。所述偏移定位幫助使陣列100平衡且促進圍繞第一軸A的旋轉。 其它配置可包含從縱向支撐件120的相對側向外延伸的不均勻數目的支架160。
垂直支撐件130沿縱向支撐件120的長度間隔開。垂直支撐件130包含足以將太 陽能電池模塊120定位於300上方以便圍繞第一軸A的旋轉的長度。因此，垂直支撐件130 比太陽能電池模塊200的支架160的高度長。 垂直支撐件130沿縱向支撐件120遠離支架160定位以防止妨礙太陽能電池模塊 200的移動。如圖1中所圖解說明，垂直支撐件130沿縱向支撐件120的長度與太陽能電池 模塊200間隔開。在此布置中，垂直支撐件130依不重疊布置與太陽能電池模塊200在一 起。各種數目的垂直支撐件130可沿縱向支撐件120的長度定位。在圖l的實施例中，垂 直支撐件130定位於每一對支架160之間。在其它實施例中，垂直支撐件130沿縱向支撐 件120間隔開較大距離。在一個具體實施例中，垂直支撐件130包含4英寸乘4英寸矩形 形狀，且包含約0. 188英寸的厚度。垂直支撐件130還可支撐於混凝土墊中。
驅動器170連接到縱向支撐件120以提供力從而使得縱向支撐件120圍繞軸A旋 轉。在一個實施例中，驅動器170可定位於縱向支撐件120的端處。驅動器170可包含具 有與縱向支撐件120嚙合的一個或一個以上齒輪的驅動系。額外驅動器170可沿縱向支撐 件120的長度連接以提供額外旋轉力。 驅動器170還可在相對外部端之間定位於縱向支撐件120的中間區段處。此定位 可使由驅動器170施加的扭矩沿縱向支撐件120的長度相等。 耦合件150附裝到每一支架160以使得支架160及所附裝的太陽能電池模塊200 能夠圍繞第二軸B旋轉。如圖3、7及8中最佳地圖解說明，耦合件150包含定位於底座161 的相對側上的第一及第二臂151、152。第一臂151以操作方式連接到第一支架160，且第二 臂152以操作方式連接到第二支架160。臂151、52在頸153處連接在一起。臂151、152可 由藉助延伸穿過頸153的扣件154連接在一起的單獨件構造而成。 耦合件150經連接以在縱向支撐件120的旋轉期間圍繞第一軸A旋轉。耦合件150還以圍繞第二軸B旋轉的方式與支架160附裝在一起。由於臂151U52不連接到底座 161，因此耦合件150在圍繞第二軸B的旋轉期間相對於底座161及縱向支撐件120移動。 在一個實施例中，臂151U52連接到沿支架160的後部延伸的樞轉構件165。
聯杆140連接到支架160以使太陽能電池模塊200圍繞第二軸B旋轉。每一聯杆 140包含第一端141及第二端142。聯杆140依大致平行於縱向支撐件120對準的串附裝在 一起。圖3及7包含其中每一耦合件150附裝到兩個單獨聯杆140的實施例。具體地說， 第一聯杆140的第一端141及第二聯杆140的第二端142各自連接到耦合件150。鄰近聯 杆140的端141U42可藉助延伸穿過耦合件150的頸153的共同扣件166連接在一起。
圖8包含其中單個聯杆140連接到耦合件150的實施例。端142定位於臂151與 152之間且與扣件154連接在一起。鄰近聯杆140定位於端到端定向中且與耦合件150間 隔開。連接器149將聯杆140連接在一起於端到端定向中。 驅動器180附裝到驅動聯杆144，如圖9中所圖解說明。驅動聯杆144包含第一區 段144a及伸縮第二區段144b。第一區段144a以操作方式連接到驅動器180，且第二區段 144b以操作方式連接到聯杆140。驅動器180提供力以供移動驅動聯杆144及所附裝的聯 杆140且因此使太陽能電池模塊200圍繞第二軸B樞轉。所述串中由驅動器180及驅動聯 杆144移動的聯杆140的數目可依據使用背景而變化。在一個實施例中，一個或一個以上 額外驅動器180沿所述聯杆串定位，其結合驅動器180工作以移動聯杆140。
圖10包含其中驅動聯杆144連接到鄰近於驅動器180的一個或一個以上支架160 的實施例。支架160通過耦合件150以操作方式連接到聯杆140，如上文所述。驅動器180 藉助通過耦合件150施加到另一下遊聯杆140的旋轉力直接使支架160旋轉。
陣列100經構造以促進縱向支撐件120圍繞第一軸A的旋轉。陣列100經設計以 在圍繞第一軸A旋轉通過各種角位置期間使驅動器170的功率負載要求平衡。 一種使所述 負載要求平衡的方式是將支架160及太陽能電池模塊200放置成使得陣列100的重心在陣 列100的各種旋轉位置處通過縱向支撐件120。所述重心在從陣列100的一端觀察時可垂 直於縱向支撐件120且通過所述縱向支撐件並向下進入到地球中。 圖1及5各自圖解說明此定位的實例，其中相等數目的支架160及太陽能電池模 塊200從縱向支撐件120的相對側向外延伸。圖1及5圖解說明彼此直接跨越縱向支撐件 120成對地對準的支架160及太陽能電池模塊200。其它間距可包含不成對且沿長度分散 的支架160及太陽能電池模塊200。所述經平衡系統維持近恆定勢能，因為沿第一方向的旋 轉由從第一側向外延伸的支架160及太陽能電池模塊200的重量促進，且沿第二方向的旋 轉由從縱向支撐件120的第二側向外延伸的相對支架160及太陽能電池200促進。
圖13圖解說明的陣列100的示意性端視圖，其中一個或一個以上太陽能電池模塊 200連接到縱向支撐件120。驅動器170經連接以使縱向支撐件120及模塊200圍繞縱軸 A旋轉以便在一天的過程期間跟蹤太陽的仰角。驅動器170使所述縱向支撐件旋轉以便從 一天開始時起始點到一天結束時的結束點跟蹤太陽。所述陣列元件的定位可維持所述重心 延伸穿過縱向支撐件120且在各種旋轉位置處向下進入到地球中。在圖13的實施例中，驅 動器170使所述縱向支撐件在一天的過程期間沿由箭頭X所指示的逆時針方向旋轉。在下 一天起始之前，所述驅動器使縱向支撐件120沿由箭頭Y所指示的相反的方向(亦即，如圖 13中所圖解說明的順時針方向)旋轉。沿第二方向Y的旋轉使陣列100為在下一天的過程
7期間跟蹤太陽的仰角做準備。在一個實施例中，驅動器170僅花費短的時間周期(例如，幾 分鐘)以使所述陣列沿所述第二方向從結束點到起始點旋轉。 在一天的初始周期期間，陣列100的重量使得驅動器170施加力以使陣列100沿 方向X旋轉。在一天的過程期間的某一時刻，陣列100的質量分布移位且所述重量趨向於使 陣列100沿方向X旋轉或沿方向X牽引陣列100。導致所述陣列趨向於向前旋轉的此移位 稱為遊隙。在一個實施例中，一旦此移位發生，驅動器170即施加制動力以減慢旋轉從而使 得陣列IOO在一天的剩餘時間期間繼續跟蹤太陽的仰角。在一個實施例中，此時刻在太陽 能電池模塊200到達特定旋轉位置之後隨即開始，例如，所述特定旋轉位置為(但不限於) 相對於縱向支撐件120的頂部死中心旋轉位置。當此情況發生時，陣列100的重量在驅動 器170上引起應變，因為驅動器170現在抵抗陣列100的牽引力作用。此情況可消極地影 響陣列100的定位精確度，從而導致模塊200在一天的過程期間變得不與太陽對準。
此外，此遊隙移位可導致驅動器170及/或縱向支撐件120中的齒輪變得脫離。 圖14A及14B圖解說明齒輪390、490的定向。齒輪390以操作方式連接到驅動器170且與 以操作方式連接到縱向支撐件120的齒輪490嚙合。齒輪390、490可僅為將驅動器170與 縱向支撐件120連接在一起的驅動系的兩個齒輪，或可為更廣闊驅動系的兩個齒輪。齒輪 390包含圍繞周長間隔開的多個齒391，所述齒各自具有第一邊緣392及第二邊緣393。同 樣地，齒輪490包含多個齒491，所述齒各自具有第一及第二邊緣492、493。齒輪390、490 可大致類似，或可依據使用背景而包含不同大小、數目的齒及/或齒間距。
圖14A圖解說明當驅動器170施加力以使縱向支撐件120旋轉時的定向。齒輪 390的齒391的第一邊緣392接觸抵靠在齒輪490的齒419的第二邊緣493上。此接觸使 驅動器170的力轉移通過齒輪390、490以使縱向支撐件120旋轉。 在如圖14B中所圖解說明的遊隙移位的情況中，齒輪490的旋轉速度大於齒輪390 的旋轉速度。此導致齒輪490在齒輪390前部旋轉且不再在邊緣392與493之間接觸。齒 輪490向前旋轉，其中第一邊緣492接觸抵靠在第二邊緣393上。在一些情況中，此接觸導 致齒輪490實際上驅動齒輪390直到陣列100安置到平衡位置。此導致太陽能電池模塊200 變得不與太陽對準。在一個實施例中，陣列100向前旋轉一量，同時太陽能電池模塊200垂 直地位於縱向支撐件120下方。 為防止此情況發生，平衡或動態防遊隙機構350可連接到陣列100。圖13示意性 地圖解說明向陣列IOO施加力以驅策沿第二方向Y旋轉的機構350。機構350使得驅動器 170能夠驅動所述縱向支撐件，其中齒輪390的表面392保持與齒輪490的表面493接觸。 機構350可維持陣列100的平衡，其中重心通過縱軸A對準於各種旋轉位置中的每一旋轉 位置處。 圖3圖解說明包含滑輪351、配重352及纜線353的動態防遊隙機構350。滑輪 351連接到縱向支撐件120。圖3圖解說明縱向支撐件120的端處的滑輪351，雖然其它實 施例可沿長度將滑輪351定位於不同位置處。配重352藉助纜線353附裝到滑輪351。配 重352從滑輪351向下懸掛且可沿導軌(未圖解說明)騎跨。纜線353可包含各種長度及 構造，包含繩索、鏈條及編織線。 在使用中，配重352可在一天起始時與縱向支撐件120間隔開一距離。隨著一天 的進行，驅動器170使縱向支撐件120沿第一方向旋轉，從而導致纜線352巻繞滑輪351且朝向縱向支撐件120向上移動配重。機構350向陣列100施加抗衡力以抵消可在一天的過 程期間的某一時刻發生的遊隙加配重。在一天結束時，配重352定位成緊密接近於縱向支 撐件120。在在下一天的過程期間開始跟蹤之前，驅動器170使所述縱向支撐件沿第二相反 的方向旋轉。此導致纜線353從滑輪351解開且導致配重352遠離縱向支撐件120向下移 動。由機構350向陣列100施加的此力幫助驅動器170將陣列100向後旋轉到起始位置。
圖11包含防遊隙機構350，其中配重352定位於從縱向支撐件120向外延伸的剛 性支撐件354上。配重352的量及支撐件354的長度經配置以幫助驅動器170使陣列100 旋轉。 動態防遊隙機構350可經配置用於驅動器170以在沿第一方向的旋轉期間向縱向 支撐件120施加恆定扭矩。驅動器170可進一步包含控制器以向縱向支撐件120施加恆定 扭矩。 動態防遊隙機構350可使不平衡陣列100平衡。不均勻平衡可由縱向支撐件120 的一個側上不均勻數目的支架160及太陽能電池模塊200引起。配重352的量及支撐件 354的長度經確定以抗衡縱向支撐件120上的原本不均勻重量分布。 陣列100的平衡加配重消除或減小驅動器170的重量負載及摩擦負載問題。這減 小驅動器170的功率要求及驅動系上的摩擦損耗。所述平衡加配重還可因驅動器170及驅 動系中減小的應變而改善陣列100的跟蹤。 動態防遊隙機構350還可包含連接到縱向支撐件120的一個或一個以上拉緊構 件。圖12包含其中拉緊構件358以操作方式連接到縱向支撐件120的實施例。拉緊構件 358包含附裝到縱向支撐件120的第一端356及錨定在遠離縱向支撐件的點處(例如在表 面300、垂直支撐件130或其它元件上)的第二端357。延伸臂359可從縱向支撐件120向 外延伸且向第一端356提供遠離縱向支撐件120的附裝點。在使用中，縱向支撐件120的 旋轉導致拉緊構件358伸長且施加回程力。縱向構件120旋轉得越遠，拉緊構件358可施 加越大的力以補償陣列IOO旋轉所導致的增加的重量偏移。拉緊構件358可進一步包含圍 繞所述縱向支撐件延伸的螺旋彈簧。第一及第二端356、357中的一個端附裝到縱向支撐件 120。縱向支撐件120的旋轉導致拉緊構件358再次提供回程力。 在一個具體實施例中，動態防遊隙機構350包含兩個拉緊彈簧，這兩個拉緊彈簧 各自具有錨定到垂直支撐件130中的一個垂直支撐件的1601b最大力。縱向支撐件120包 含藉助鏈條連接到所述彈簧的鏈輪。在一個實施例中，所述鏈輪為Martin (馬丁 ) 50A65鏈 輪，且所述鏈條包含#50鏈條的三個足。在一天的過程期間，動態防遊隙機構350隨著所述 陣列移動跟蹤太陽而施加變化量的力。在早晨，由陣列100形成的力矩逆時針作用且動態 防遊隙機構350用作防遊隙裝置，其中所述彈簧處於鬆弛條件中且貢獻極小的力。到中午， 陣列100實際上平衡且所述彈簧產生約一半的所述力(在1601b彈簧的所述實施例中，各 自約801bs)，從而產生逆時針防遊隙力矩。稍後在下午，由陣列100形成的力矩改變極性且 沿相反的方向作用，其中所述彈簧產生能夠沿相反的方向壓制力的近全部力且仍充當防遊 隙機構。 在一個實施例中，太陽能電池模塊200各自約43"乘67"。圖15圖解說明太陽能 電池模塊200的實施例，所述太陽能電池模塊具有將總重量減小到約70磅的鋁框架及塑料 或波形塑料側。在一個實 例中，每一太陽能電池模塊200包含定位於對應接收器410上方的透鏡400的3X5陣列。所述透鏡可包含各種形狀及大小，其中一個具體實施例包含約 13"平方的透鏡。此外，透鏡400與接收器410之間的焦長度為20"。 當裝配於表面300上時，縱向支撐件120可定位於北N-南S定向中，如圖1中所 圖解說明。在一個實施例中，表面300為地球表面。縱向支撐件120包含間隔開所要數目 的太陽能電池模塊200的長度。在一整天的過程中，陣列IOO經調整以維持太陽能電池模 塊200面朝向太陽。驅動器170可經周期性地啟動以提供力以使縱向支撐件120且因此支 架160及所附裝太陽能電池模塊200中的每一者旋轉。由驅動器170施加的力使得太陽能 電池接收器200中的每一者能夠移動相同量從而使得每一太陽能電池陣列模塊200同步且 一致地移動。縱向支撐件120的旋轉可使得太陽能電池模塊200能夠在一天的過程期間跟 蹤太陽的仰角。 除縱向支撐件120的旋轉外，一個或一個以上驅動器180移動聯杆140以進一步 維持太陽能電池模塊200與太陽對準。驅動器180經周期性地啟動以移動第一聯杆140a及 所附裝串聯杆140。所述移動導致耦合件150及所附裝的支架160及太陽能電池模塊200 圍繞各個軸B樞轉。這些軸B可正交於軸A。所述串聯杆140使太陽能電池模塊200中的 每一者能夠圍繞其相應軸B —致地移動。圍繞所述B軸的所述移動可允許太陽能電池模塊 200在一天的過程期間跟蹤太陽的方位角位置。 控制器190可控制陸地太陽跟蹤陣列100的移動。控制器190可包含具有相關聯 的存儲器的微控制器。在一個實施例中，控制器190包含微處理器、隨機存取存儲器、只讀 存儲器及輸入、輸出接口。控制器190控制一個或一個以上驅動器170的操作以使縱向支 撐件120及太陽能電池模塊200圍繞第一軸A旋轉。控制器190進一步控制一個或一個以 上驅動器180以驅動聯杆140且使所述太陽能電池模塊圍繞第二軸B旋轉。控制器190可 包含內部定時機構以使得所述驅動器的操作對應於太陽能電池模塊200的時間以便跟蹤 太陽的方位角及仰角。 給定太陽能電池模塊200的投影取決於其大小及形狀，且還取決於其相對於太陽 在天空中的位置的位置。在東西方向，太陽位置可變化多達150。。關於這一點，應注意，通 常接受在太陽的仰角在地平線上方低於15°處，太陽射線不具有足夠強度來產生有用量
的電。定位太陽能電池陣列ioo處的緯度因此具有小的影響。 在南北方向，在地軸相對於其軌道圍繞太陽傾斜23°角的情況下，太陽位置變化 46° 。關於這一點，將了解，低於23。的緯度服從不同條件，且高於45。的緯度可能因差的 直射輻射強度(DNI)水平而不相關。 太陽能電池陣列100以消除或最小化太陽能電池模塊200之間的遮蔽問題的方式 加以構造。在一個實施例中，太陽能電池模塊200的縱向支撐件120及個別區段121經定 大小以使每一模塊200間隔開使得所述每一模塊在太陽處於地平線以上15°的位置均能 被照射到，且不存在任一給定模塊200被任一其它模塊200遮蔽的情況。
圖16是顯示在35。北的維度處所有高於15。的角度的太陽的仰角的太陽路徑 圖。所述圖顯示一年的三個時期的太陽路徑，亦即，夏至(由最高虛線指示)、冬至(由最低 虛線指示)及春(秋)分(由中間虛線指示)。在所有其它時期，太陽路徑均落在由最高及 最低虛線所界定的包絡中。因此，在冬至，太陽路徑從約45。的負方位角行走到約45。的 正方位角，且從15。的仰角行走到約27。的仰角，並然後回到15。。顯然，夏至及春(秋)分的太陽路徑有類似範圍。 受讓與Emcore Corporation (安科公司)的美國專利第7， 381， 886號揭示太陽能 電池陣列及相對於太陽路徑的定位，且所述專利以全文引用方式併入本文中。
在一個實施例中，陸地太陽跟蹤陣列100可以簡單明了的方式安裝。各種組件經 定大小以裝配在標準車輛內且具有輕質量以允許由單個人或有限數目的人安裝。此外，陣 列100的模塊化方面促進最初安裝後的修改。額外區段121及垂直支撐件130可添加到框 架110以容納所要數目的額外太陽能電池模塊200。此外，陣列100的大小可在安裝後通過 移除一個或一個以上太陽能電池模塊200來減小。 一個或一個以上動態防遊隙機構350可 視需要添加到陣列100。在一個實施例中，當陣列100的大小增加時添加額外機構350以容 納額外太陽能電池模塊200 。此外，配重352或偏置機構的數目或大小可變更以提供必需的 平衡力。 雖然已顯示及描述了本發明的特定實施例，但所屬領域的技術人員將理解，基於 本文中的教示，可在不背離本發明及其更廣泛方面的情況下作出改變及修改，且因此，所附 權利要求書將在其範圍內囊括屬於本發明的範圍內的所有此類改變及修改。此外，應理解， 本發明僅由所附權利要求書加以界定。 所屬領域的技術人員將理解，一般來說，本文中且尤其所附權利要求書(例如，所 附權利要求書的主要部分)中所使用的術語通常打算作為"開放"術語(例如，術語"包含 (including)"應解釋為"包含但不限於"，術語"具有(having)"應解釋為"至少具有"，術語 "包含(includes)"應解釋為"包含但不限於"、"包括(comprise)"及其變型(例如，"包括 (comprises)"及"包括(comprising)")將以開放、包含性意義理解，即理解為"包含，但不 限於"等等)。所屬領域的技術人員將進一步理解，如果希望指定所介紹權利要求敘述的具 體數目，那麼將在所述權利要求中明確地敘述此意圖，且在缺少此敘述的情況下，不存在此 意圖。例如，為幫助理解，以上所附權利要求書可含有使用介紹性短語"至少一個(at least one)"及"一個或一個以上(one or more)"來介紹權利要求敘述。然而，使用此類短語不 應理解為暗示以不定冠詞"一 (a)"或"一 (an)"來介紹權利要求敘述將含有所述所介紹的 權利要求敘述的任一特定權利要求限於僅含有一個此類敘述的發明，即使當同一權利要求 包含介紹性短語"一個或一個以上(one ormore)"或"至少一個(at least one)"及例如 "一 (a)"或"一 (an)"等不定冠詞時也如此(例如，"一 (a)"及/或"一 (an)"通常應解釋 為意指"至少一個(at least one)"或"一個或一個以上(one or more)");此對用於介紹 權利要求敘述的定冠詞的使用同樣適用。另外，即使明確地敘述了所介紹的權利要求敘述 的具體數目，所屬領域的技術人員也將認識到，此敘述通常應解釋為意指至少所敘述的數 目(例如，無其它修飾語的"兩個敘述"的無修飾敘述通常意指至少兩個敘述，或兩個或兩 個以上敘述)。
權利要求
一種陸地太陽跟蹤光伏陣列，其包括縱向支撐件，其延伸於地球表面上方；驅動器，其以操作方式連接到所述縱向支撐件以使所述縱向支撐件在一天的過程期間沿第一方向旋轉以便跟蹤太陽的仰角，且使所述縱向支撐件在所述天結束後沿第二方向旋轉；多個平面太陽能電池模塊，其以可樞轉方式耦合到所述縱向支撐件且沿所述縱向支撐件的長度間隔開，所述模塊沿所述縱向支撐件的所述長度間隔開，其中第一組所述模塊從所述縱向支撐件沿第一方向向外延伸且第二組所述模塊沿相反的第二方向向外延伸；多個垂直支撐件，其各自包含經配置以接觸抵靠在支撐表面上的第一端及以操作方式連接到所述縱向支撐件的第二端，所述垂直支撐件中的每一者沿所述縱向支撐件與所述太陽能電池模塊中的每一者間隔開；平衡機構，其連接到所述縱向支撐件，所述平衡機構經配置以施加力以沿所述第二方向以旋轉方式驅策所述縱向支撐件；所述縱向支撐件經頸軸連接而旋轉以允許所述模塊在一天的過程期間同時跟蹤太陽的所述仰角；所述模塊以可樞轉方式耦合以允許所述模塊中的每一者沿大致正交於所述縱向支撐件的縱軸的軸同時旋轉且在所述天的過程期間跟蹤太陽的方位角位置。
2. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述平衡機構經配置以將所述力 施加到所述縱向支撐件以在所述縱向支撐件已沿所述第一方向旋轉超過預定旋轉位置後 抵消所述多個太陽能電池模塊的質量分布。
3. 如權利要求2所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其進一步包括以操作方式連接到所述 驅動器的第一齒輪及以操作方式連接到所述縱向支撐件的第二齒輪，其中所述平衡機構在 所述第一齒輪沿所述第一方向旋轉以跟蹤太陽的所述仰角期間維持所述第一與第二齒輪 嚙合在一起。
4. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述多個太陽能電池模塊沿所述 縱向支撐件定位，以使重心在從所述陣列的一端觀察時垂直於且穿過所述縱向支撐件。
5. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述平衡機構包括沿所述縱向支 撐件定中心的滑輪、配重及延伸於所述配重與所述滑輪之間的纜線。
6. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述平衡機構維持所述陣列的恆 定勢能級。
7. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其進一步包括沿所述縱向支撐件定位 的第二平衡機構，所述第二平衡機構沿所述縱向支撐件的長度與所述平衡機構間隔開。
8. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中每一太陽能電池模塊包含具有定 位於對應接收器上方的多個透鏡的矩形箱。
9. 如權利要求8所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述矩形箱包含約43英寸的寬度 及約67英寸的長度。
10. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其進一步包括與所述縱向支撐件間 隔開且將所述太陽能電池模塊中的每一者連接在一起的一串聯杆，所述串聯杆可沿所述縱 向支撐件軸向移動以使所述太陽能電池模塊沿大致正交於所述縱軸的所述軸旋轉以在所述天的過程期間跟蹤太陽的所述方位角位置。
11. 如權利要求io所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其進一步包括第二驅動器，所述第二驅動器向所述串聯杆提供力以使所述串聯杆沿所述縱向支撐件軸向移動且使所述太陽能電池模塊旋轉。
12. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述多個垂直支撐件中的每一者包含具有各自約4英寸的高度及寬度的矩形橫截面形狀。
13. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述縱向支撐件大致沿南北方向延伸於地球表面上方。
14. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述模塊沿所述縱向支撐件的所述長度成對地對準，其中所述對的第一模塊從所述縱向支撐件沿所述第一方向向外延伸且所述對的第二模塊沿所述相反的第二方向向外延伸。
15. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述平衡機構經配置用於所述驅動器以在沿第一旋轉方向在所述天開始時的第一旋轉位置與所述天結束時的第二旋轉位置之間移動期間，在所述縱向支撐件上施加恆定扭矩。
16. 如權利要求1所述的陸地太陽跟蹤光伏陣列，其中所述驅動器定位於所述縱向支撐件的遠離相對外端中的每一者的中間區段處。
全文摘要
本發明揭示一種陸地太陽跟蹤光伏陣列，其包含可由離散區段構造而成的縱向支撐件。所述陣列的總長度可依據所述陣列的必需大小加以調整。驅動器可經配置以使所述縱向支撐件圍繞第一軸沿第一及第二方向旋轉。太陽能電池模塊沿所述縱向支撐件定位且可各自包含具有定位於對應接收器上方的多個透鏡的矩形箱。聯杆可連接到所述太陽能電池模塊且可沿所述縱向支撐件軸向移動以使所述太陽能電池模塊在各自正交於第一平面的第二平面內旋轉以便在一天的過程期間進一步跟蹤太陽。所述陣列可經配置以促進圍繞所述第一軸的旋轉。所述陣列可經構造以使所述陣列的重心延伸穿過所述縱向支撐件。
文檔編號H01L31/052GK101728981SQ20091020664
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月23日 優先權日2008年10月24日
發明者加裡·D·赫林, 彼得·艾倫·扎瓦茲基, 特拉維斯·多德, 米哈伊爾·卡茨, 約翰·蘭內利, 詹姆斯·舍曼 申請人:安科太陽能公司