具有波紋加強肋的集光型太陽能反射鏡面板組件的製作方法

2023-06-28 09:13:06

專利名稱：具有波紋加強肋的集光型太陽能反射鏡面板組件的製作方法
具有波紋加強肋的集光型太陽能反射鏡面板組件相關專利串請的交叉引用 本專利申請要求2009年9月2日提交的美國臨時專利申請號61/239，265的優先權，該專利申請的公開內容以引用方式全文併入本文中。
背景技術：
集光型太陽能發電(CSP，也稱為「集光太陽能發電」)技術使用導向熱傳遞流體的日光，所述熱傳遞流體變熱並且其熱能隨後被轉移(如，用於加熱)或轉變成電能(如，通過使用渦輪發電機)。CSP系統通常使用透鏡或反射器和跟蹤系統來將大面積的日光聚焦成小光束。然後將聚集的日光用作常規發電設備(如，蒸汽驅動的渦輪發電機)的熱源。存在多種集光技術；發展最充分的為太陽能槽、拋物面碟和太陽能發電塔。集光或集光型光伏(CPV)系統包括將日光內的能量轉變成電能的光伏電池或其他光伏材料。使用反射性、折射性、或者反射和折射性元件來將日光聚集到光伏電池或材料上。反射性和/或折射性材料的使用降低了系統中所需的較昂貴光伏材料的量。對於CSP和CPV系統，重要的是將太陽能精確反射到靶上。為了使反射器將反射的太陽能保持在靶上，它們必須保持其形狀，並且它們必須能夠經受可改變其形狀、位置、 或完整性的環境挑戰。對於CSP反射器而言，由於其尺寸相對較大，可能更難於滿足這些要求。由塗布銀的玻璃面板製成的CSP反射器相對昂貴、笨重(如，比其金屬片類似物重超過兩倍)、難以搬運、並且易碎。這種玻璃面板不可經受極端環境(如，高風速、冰雹、和碎屑損害)。最近已進行努力來製備取代這種玻璃基反射鏡的薄膜系統。與玻璃相比，膜系統顯著較輕並且更耐碎。然而，這種膜單獨不具有足夠的剛性以將能量精確反射到靶上。甚至包括膜基底與鋁片材(如，0. 025至0. 13釐米厚)的層合的膜系統通常也不會產生具有足夠剛性以處理上述極端環境條件的反射器。強化方法包括利用打孔面板和凸塊結構進行加強以及使用加強肋。儘管本行業中取得了進展，但仍需要用於強化或加強反射器(用於太陽能技術中)的可靠且有成本效益的方法。

發明內容
本發明提供了一種具有反射性片材和接合至該反射性片材的波紋加強肋的集光型太陽能反射鏡面板組件、製備該集光型太陽能反射鏡面板組件的方法、以及包括集光型太陽能反射鏡面板組件的集光型太陽能發電系統和光伏太陽能收集裝置。本文所公開的集光型太陽能反射鏡面板組件被組裝為使得以基本剛性的方式來保持所需的非平面形狀使用鎖定片材或具有附接的波紋加強肋以使其波紋主軸基本上垂直於組件的曲率軸。另外， 波紋的脊中的至少一些提供反射性片材的附接點，並且波紋的槽中的至少一些提供鎖定片材的附接點(當鎖定片材存在時)。本文所公開的集光型太陽能反射鏡面板組件通常顯示具有優異的精確性、強度、和剛度，如下文所述。此外，本文所公開的集光型太陽能反射鏡面板組件本身為基本剛性的。即，它們不需要使用支承框架來將其保持為大體剛性，這可允許組件和支承框架之間具有相對少的附接點。該組件可易於利用單獨部件進行製造(即，反射性片材、波紋加強肋、以及在一些實施例中的鎖定片材通常為單獨製造的單一部件，這些單一部件隨後被組裝在一起)。有利的是，單獨部件和由此所得的組件可易於進行調節以適合特定需求(如，在特定的地理位置中)。單獨部件的厚度、其製備材料、接合方法、以及波紋的各種參數(如，高度、間距、基體長度、和/或反射性片材與波紋的脊的側面之間的銳角)均可進行選擇，以便提供可實現所需強度、剛度、和精確性的最具成本效益的解決方案。在一個方面，本發明提供一種集光型太陽能反射鏡面板組件，其包括反射性片材，具有反射性主表面和反向主表面；波紋加強肋，具有脊和槽，所述脊和槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的基體區域接合至反射性片材的反向主表面的至少一部分；以及鎖定片材，接合至波紋加強肋的槽的基體區域的至少一部分，其中所述集光型太陽能反射鏡面板組件為非平面的和基本剛性的。在一些實施例中，波紋加強肋具有波紋主軸，並且集光型太陽能反射鏡面板組件具有基本上平行于波紋主軸的曲率軸。在其他實施例中，集光型太陽能反射鏡面板組件具有基本上垂直于波紋主軸的曲率軸。在另一方面，本發明提供一種集光型太陽能反射鏡面板組件，其包括反射性片材，具有反射性主表面和反向主表面；以及波紋加強肋，具有波紋主軸並且具有脊和槽，所述脊和槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的基體區域接合至反射性片材的反向主表面的至少一部分；其中所述集光型太陽能反射鏡面板組件為非平面的和基本剛性的，並且具有基本上垂直于波紋加強肋的波紋主軸的曲率軸。在另一方面，本發明提供一種集光型太陽能發電系統，其包括至少一個本文所公開的集光型太陽能反射鏡面板組件，能夠進行對準以將太陽能輻射導向到中空接收器上；以及熱傳遞流體，至少部分地設置在中空接收器內。在另一方面，本發明提供一種太陽能收集裝置，其包括光伏電池；以及本文所公開的集光型太陽能反射鏡面板組件，能夠進行對準以將太陽能輻射導向到光伏電池上。在上述方面的一些實施例中，脊的至少一部分的基體區域利用粘合劑接合至反射性片材的反向主表面的至少一部分。在一些實施例中，粘合劑為結構性粘合劑。在一些實施例中，粘合劑為壓敏粘合劑(如，條帶)。在另一方面，本發明提供一種製備集光型太陽能反射鏡面板組件的方法，所述方法包括提供具有反射性主表面和反向主表面的反射性片材；將波紋加強肋附接至反射性片材的反向主表面的至少一部分，所述波紋加強肋具有脊和槽，所述脊和槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的基體區域接合至反射性片材的反向主表面；以及將鎖定片材附接至槽的至少一部分的基體區域。
在另一方面，本發明提供一種製備集光型太陽能反射鏡面板組件的方法，所述方法包括提供具有反射性主表面和反向主表面的反射性片材；將波紋加強肋附接至反射性片材的反向主表面的至少一部分，所述波紋加強肋具有脊和槽，所述脊和槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的基體區域附接至反射性片材的反向主表面，使得所述波紋加強肋的波紋主軸基本上垂直於反射性片材的曲率軸。在一些實施例中，所述方法還包括將鎖定片材附接至槽的至少一部分的基體區域。在上述方法的一些實施例中，附接步驟包括粘附。在一些實施例中，利用結構性粘合劑實現粘附。在一些實施例中，利用壓敏粘合劑(如，條帶)實現粘附。在上述方法的一些實施例中，所述方法還包括在將波紋加強肋附接至反射性片材的反向主表面的至少一部分之前將反射性片材成型為預定形狀。在一些實施例中，所述方法還包括為集光型太陽能反射鏡面板組件選擇地理位置，所述地理位置具有平均風速；接收包括平均風速和集光型太陽能反射鏡面板組件的目標重量的數據；以及生成集光型太陽能反射鏡面板組件的設計方案，所述設計方案包括反射性片材、 波紋加強肋、和任選的鎖定片材的材料組成和厚度；脊的頂部和槽的底部之間的高度；以及反射性片材和脊的側面之間的銳角，其中所述設計方案至少部分地基於下述信息，即，關於集光型太陽能反射鏡面板組件在暴露於平均風速時的強度和剛度的信息。反射性片材、 波紋加強肋、和鎖定片材中的每一個的材料組成和厚度的實例提供於下述具體實施方式
中。對於根據本發明的、通過本發明製備的、和/或可用於實施本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件的一些實施例，可單獨地或以任意組合選擇下述特徵。鎖定片材可與波紋加強肋共延，或者可存在兩個或更多個彼此分開且附接至基體區域的某些部分的鎖定片材。通常，波紋加強肋與反射性片材共延。反射性片材可包括太陽能反射膜層合體，或者反射性片材可包括玻璃片材或金屬片材中的至少一者。鎖定片材和波紋加強肋可各自獨立地包括金屬(如，鋁或鍍鋅鋼)或聚合物複合材料。通常，波紋加強肋既不是被擠出的也不能擠壓成形。如通過有限元分析(FEA)仿真法所測定，集光型太陽能反射鏡面板組件可具有至少30Hz的固有頻率。在波紋加強肋中，反射性片材與脊的側面之間的銳角可在40至 89(如，60至80,72. 5至77. 5、或65至70)度的範圍內。在本專利申請中，諸如「一個」、「一種」和「所述」之類的術語並非旨在只是指單一實體，而是包括一般類別，其具體例子可用來作舉例說明。術語「一個」、「一種」和「所述」可與術語「至少一個(至少一種)」互換使用。列表前面的短語「至少一種」是指列表中的任何一項以及列表中兩項或更多項的任何組合。除非另外指明，所有數值範圍均包括它們的端點以及端點之間的非整數值。


結合以下參照附圖對本發明的各種實施例的詳細說明，可以更全面地理解本發明，在附圖中圖Ia為根據本發明的一個實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件10的透視圖；圖Ib為根據本發明的另一個實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件IOb的透視圖；圖Ic為根據本發明的又一個實施例的 集光型太陽能反射鏡面板組件IOc的透視圖；圖Id為根據本發明的又一個實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件IOd的透視圖；圖2a為穿過圖Ic的線條2a_2a的代表性的示意性剖視圖；圖2b為穿過圖Ia的線條2b_2b的代表性的示意性剖視圖；並且圖3為示出實例1、3、4、5、7、和10_13中的集光型太陽能反射鏡面板組件的應力和剛度相對于波紋角度的曲線圖。
具體實施例方式圖la、lb、lc、和Id分別示出了根據本發明的示例性的集光型太陽能反射鏡面板組件10、10b、10c、和10d。根據本發明的包括反射性片材的集光型太陽能反射鏡面板組件為非平面的(即，非平坦的)。圖la、lb、lc、和Id中的所示實施例為拋物面的。然而，其他形狀也是可以的(如，圓柱形彎曲的或以其他方式彎曲的槽)。通常，反射性片材12具有反射性主表面，所述反射性主表面為凹型表面。在根據本發明的、通過本發明製備的、和/或可用於實施本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件的一些實施例中，非平面是指在至少一個方向上具有曲率半徑(如，至多約1600米、10米、5米、3米、或I米)。在一些實施例中， 集光型太陽能反射鏡面板組件可在兩個垂直方向上具有曲率半徑。根據本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件還為基本剛性的。術語「基本剛性的」 是指組件保持其形狀的能力。通常，基本剛性的集光型太陽能反射鏡面板組件可在經受至少 50、75、80、90、100、110、120 或 125 英裡 / 小時(mph) (80. 5、120、129、145、160、177、193、 或200公裡/小時(kph))的風載荷時保持其形狀。組件保持其形狀的能力可與其在(例如)經受上述風載荷時將反射的輻射能保持在其靶上的精確性有關。在一些實施例中，集光型太陽能反射鏡面板組件在經受至少50mph(80. 5kph)的風載荷時將其反射的太陽能的至少90(如，92、95、97、98、99、或99. 5)保持在靶上。可通過有限元分析(FEA)仿真法來測定這種精確性，例如，使用本領域中已知的以及下文實例部分中所述的技術。相比之下，具有4毫米(mm)厚度的常規玻璃反射鏡在經受至少50mph (80. 5kph)的風載荷時僅將入射太陽能矢量的約80%反射到靶上，如通過FEA仿真法所測定(計算細節可見於「建模方法和實例I至17」部分)。在一些實施例中，集光型太陽能反射鏡面板組件的固有頻率高於玻璃，4-mm厚的玻璃經FEA仿真法測定具有約20Hz的固有頻率。在一些實施例中，集光型太陽能反射鏡面板組件經FEA仿真法測定具有至少30 (如，至少40、50、60、70、或80) Hz的固有頻率，並且可高達90、95、100、或甚至105Hz。也可在實驗室中利用本領域普通技術人員已知的技術來測定固有頻率。另外，可使用其他常規技術(如，3點彎曲測試)測定，集光型太陽能反射鏡面板組件的剛度高於4-mm厚的玻璃的剛度。再次參見圖la、lb、lc、和ld，反射性片材12可由任何反射性材料(即，反射電磁輻射，例如太陽能輻射)形成。根據一些實施例的反射性片材12包括玻璃片材(如，玻璃反射鏡或玻璃在金屬上的層合體)。在這些實施例的一些中，反射性片材為非剛性的並且具有至多3mm(0. 12英寸)、至多或小於2mm(0. 08英寸)、或至多lmm(0. 04英寸),例如在 (0. 2、0. 3、0. 4、或0. 5mm至0. 75、0. 95、0. 99、1、2、或3mm)範圍內的玻璃厚度。也可使用其他合適的玻璃厚度。玻璃片材也可具有表塗層(如，銅)和反射鏡背漆。在其他實施例中，反射性片材12包括反射性太陽能膜層合體(如，包括聚合物膜， 例如聚酯或丙烯酸類聚合物膜)。反射性聚合物膜可為(例如)金屬化(如，通過汽相沉積技術塗布的銀或鋁)聚合物膜或反射性多層光學膜(可以是或可以不是金屬化的)。可將聚合物膜層合至金屬基底(如，鋁或鍍鋅鋼)上。金屬化太陽能反射膜層合體的可用實例可見於(例如)美國專利 No. 6, 989, 924 (Jorgensen 等人)、No. 4, 645, 714 (Roche 等人)、 和No. 6，088，163 (Gilbert等人)中。反射性多層光學膜的可用實例可見於(例如)美國專利No. 6，744，561 (Condo等人)和No. 7，345，137 (Hebrink等人)中。與類似的玻璃反射鏡相比，使 用膜層合體可將反射鏡的重量減輕至多約85%。減輕重量使安裝和替換操作較容易，因為通常可以讓一個個體來運送反射鏡。在拋物面槽中，可使用一個反射鏡膜層合體來取代多個玻璃反射鏡。在反射性片材12的一些實施例中(包括含有玻璃片材或聚合物膜的實施例)，反射性片材包括金屬片材(如，鋁或鍍鋅鋼片材)。在這些實施例的一些中，金屬片材具有至多2毫米(mm) (0. 08英寸)或至多Imm (0. 04英寸),例如在(0. 2、0. 3、0. 4、或0. 5mm至 0. 75、0. 95、0. 99、或Imm)範圍內的厚度。也可使用其他合適的金屬片材厚度。可通過已知的成型工藝(如，衝壓)來預成型金屬片材。現在參見圖la、lb、lc、ld、2a、和2b，波紋加強肋14、14c、14d具有脊22,22b和槽 26,26b,所述脊22、22b和槽26、26b各自具有帶有基體區域28、28b的外表面。波紋加強肋14、14c、14d可由金屬或聚合物複合材料或任何合適的材料製成。通常，波紋加強肋14、 14c、14d由金屬(如，鋁或鍍鋅鋼)製成。在圖2b所示的實施例中，基體區域28為基本上平坦的。基本上平坦的基體區域28通常允許使用下文所述的接合技術將脊22與反射性片材12以及將槽26與鎖定片材16進行更好的附接(如粘結劑粘結)。在一些實施例(如， 圖2b所示的實施例)中，基體區域28具有至多25毫米(mm) (0. 98英寸)或至多23mm(0. 9 英寸)，例如在5、6、7、8、9、或IOmm至20、21、22、23、24、或25mm範圍內的長度。在其他實施例(包括圖2a所示的實施例，其示出了正弦形波紋)中，基體區域28a可為彎曲的。在這些實施例中，基體區域具有弧長度(如，在5、6、7、8、9、或IOmm至20、21、22、23、24、或25mm 的範圍內)，所述弧長度與基本上平坦的基體區域的基體區域長度相關。在其他實施例中， 基體區域可為有角度的(如，在鋸齒形波紋中)。在一些實施例中，波紋加強肋14、14c、14d 具有至多2毫米(mm) (0. 08英寸)或至多Imm (0. 04英寸)，例如在(0. 15、0. 2、0. 3、0. 4、或 0. 5mm至0. 75、0. 95、0. 99、或Imm)範圍內的厚度「t」。也可使用波紋加強肋14、14a的其他合適厚度「t」。在一些實施例中，基體區域28的長度為波紋加強肋的厚度的至少2. 5、3、4、 或5倍；在這些實施例中，鋸齒構型除外。在一些實施例中，波紋加強肋14、14c、14d從脊的頂部到槽的底部的高度在6mm(0. 24英寸)至50mm(2. 0英寸)或通常在10mm(0. 4英寸)至15mm(0. 6英寸)的範圍內。波紋的高度可(例如)在10、11、12、13、14、或15mm至25、 30、35、40、45或50mm的範圍內。一些可用的波紋金屬片材可(例如)從Flexospan Steel Buildings 公司(Sandy Lake, PA)(如，以商品名 「FLEXBEAM」)商購獲得。在圖Ia和Ib所示的示例性實施例中，波紋主軸基本上平行於曲率軸。「波紋主軸」 是指沿波紋的脊和槽的長度的方向。「基本上平行」是指波紋主軸與曲率軸彼此偏離至多 10度、在一些實施例中至多7. 5度、並且在一些實施例中至多5度。在圖Ia中利用雙向箭頭顯示基本上平行于波紋主軸的方向。在一些實施例(包括圖2b所示的實施例)中，反射性片材12與波紋加強肋14中的脊22的側面25之間的銳角27在40至89 (如，60至80、72. 5至77. 5、或65至70)度的範圍內。該銳角是參照垂直于波紋主軸的橫截面(例如圖2b所示的橫截面)定義的。在一些實施例中，尤其是當側面25在例如圖2b所示的橫截面中為基本上線性時，銳角27被定義為橫截面中反射性片材12與線性側面25之間的角度。儘管預期約45度的角度27將在集光型太陽能反射鏡面板組件10中提供最穩定的結構，但令人驚訝地發現，與具有較小銳角的波紋加強肋相比，60至80度範圍內的較大銳角提供較強硬和較剛性的組件，如通過 FEA仿真法所測定。較大的角度增加波紋的數量從而增加剛度，這在將厚度從0. 016英寸 (0. 4mm)降低至0.010英寸(0.25mm)以及將重量/反射器面積降低45% (參見下文的實 例5和6)時允許最小的強度變化。強度和剛度與銳角27之間的關係為此前未知的。使用小銳角27(如，30或更小)或大角度(如，90或更大)時，通過FEA觀察到剛度和強度的降低，這可能是由于波紋的彎曲或屈曲。當角度從30度增加到75度時，剛度和強度增加。在集光型太陽能反射鏡面板組件10中，最有效的銳角27根據基體區域28的長度而在60至 80度的範圍內略微改變。強度和剛度、銳角27、以及基體區域28的長度之間的關係示於下文的實例中並且示於圖3中。在一些實施例(包括圖2a所示的實施例，其中波紋主軸基本上垂直於曲率軸) 中，反射性片材12與波紋加強肋14c中的脊22a的側面25a之間的銳角在20至89 (如，20 至80、20至55、或25至50)度的範圍內。銳角27a是參照垂直于波紋主軸的橫截面(例如圖2a所示的橫截面)定義的。在一些實施例中，尤其是當側面25a包括位於凹曲線和凸曲線之間的基本線性部分(如圖2a所示)時，銳角27a被定義為橫截面中反射性片材12與脊22a的側面25a的中間線性部分之間的銳角。在一些實施例中，尤其是當側面25a連續彎曲且不具有線性部分時，銳角27a被定義為反射性片材12與側面25a的下述切線之間的銳角，所述切線與反射性片材形成最大的銳角，即，最接近90度。再次參見圖Ia和lb，鎖定片材16通常在集光型太陽能反射鏡面板組件10、10b中保持特定的所需非平面形狀。鎖定片材16可由金屬或聚合物複合材料或任何合適的材料製成。通常，鎖定片材16由金屬(如，鋁或鍍鋅鋼)製成。在一些實施例中，鎖定片材16和波紋加強肋14由相同的金屬製成。在這些實施例的一些中，鎖定片材16具有至多2毫米 (mm) (0. 08 英寸)或至多 Imm (0. 04 英寸)，例如在(0. 15、0. 2、0. 3、0. 4、或 0. 5mm 至 0. 75、 0. 95,0. 99、或Imm)範圍內的厚度。也可使用鎖定片材16的其他合適厚度。鎖定片材16 可具有特徵以增加其剛度(如，波紋或肋)和/或降低其重量(如，穿孔)。在一些實施例(包括圖Ic所示的示例性實施例)中，鎖定片材(未示出)為任選的，因為當彎曲的波紋加強肋14c彎曲以使其曲率軸基本上垂直于波紋主軸時，集光型太陽能反射鏡面板組件IOc能夠保持基本剛性的、非平面的形狀。在圖Ic中通過雙向箭頭示出集光型太陽能反射鏡面板組件IOc的波紋主軸的方向。「基本上垂直」是指波紋主軸與曲率軸的彼此偏離量在80至100度的範圍內、在一些實施例中在85至95度的範圍內、並且在一些實施例中在87. 5至92. 5度的範圍內。在具有彎曲波紋加強肋14c的集光型太陽能反射鏡面板組件的一些實施例中，可通過下述方式實現面板的進一步強化使波紋的一個或多個脊與鎖定片材或鎖定片材部分(如，條帶)在沿脊的一個或多個位置處互連。在鎖定片材16的實施例中，鎖定片材或鎖定片材部分可具有上述特徵中的任何特徵。圖Id示出了其中波紋加強肋的脊的至少一部分設有穿孔35的實施例。穿孔35 可形成於脊中以使其僅部分延伸到槽內。例如，穿孔35可延伸到脊的外表面和槽的外表面之間的大約中間位置處，儘管它們可延伸到更大或更小程度。穿孔35通常被設置為使其基本上垂直于波紋主軸(在圖Id中通過雙向箭頭示出)，並且各個穿孔均可跨越脊。穿孔35 可設置成任何所需的構型。例如，穿孔35可為對齊的，使得相鄰脊中的穿孔35為並列的。 在其他實施例中，相鄰脊可具有在垂直於其波紋主軸的方向上交錯的穿孔35。穿孔可為沿波紋均勻間隔開的，或者它們可為非均勻間隔開的。穿孔35可用於(例如)使波紋加強肋彎曲以及減輕組件的重量。在其中槽的至少一部分設有穿孔的實施例中，組件可設有如上文所述的鎖定片材圖Ia至Id所示的波紋加強肋14、14c、14d具有一個層片。然而，應當設想到具有不止一個層片的波紋(如，2、3、4、或更多個層片也可用於實施本發明)。在其中波紋具有不止一個層片的一些實施例中，第一層片具有基本上平行於集光型太陽能反射鏡面板組件的曲率軸的波紋主軸，並且第二層片具有基本上垂直於集光型太陽能反射鏡面板組件的曲率軸的波紋主軸。在這些實施例的一些中，第一層片具有各自帶有基體區域的脊和槽，其中所述脊的至少一部分的基體區域接合至反射性片材的反向主表面的至少一部分。在這些實施例的一些中，第二層片形成鎖定片材。在其他實施例中，第二層片具有各自帶有基體區域的脊和槽，其中所述脊的至少一部分的基體區域接合至反射性片材的反向主表面的至少一部分。在這些實施例的一些中，第一層片接合至第二層片的槽的基體區域的至少一部分。根據本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件可用於(例如)大型太陽能領域的安裝中。在一些實施例中，集光型太陽能反射鏡面板組件具有至少10英尺(3米)(如，至少 12英尺(3.7米)且至多15或20英尺(4.6至6. I米))的尺寸(如，弧長度)。在這些實施例的一些中，反射性片材為一體部件，並且在這些實施例的一些中，波紋加強肋為一體部件。由於集光型太陽能反射鏡面板組件已在至多156mph(約250kph)的風速下顯示為剛性和強硬的，因此其預期也可用於較小的構造中。設想到集光型太陽能反射鏡面板組件的各種構型。在根據本發明的、通過本發明製備的、和/或可用於實施本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件的一些實施例中，鎖定片材與波紋加強肋共延，並且波紋加強肋與反射性片材共延。有關波紋加強肋的術語「共延」是指波紋加強肋覆蓋反射性片材的整個區域，且波紋加強肋的末端接合反射性片材的末端。共延通常是指具有相同的尺寸；然而，在彎曲構造中，凸面的弧長度應理解為長於凹面的弧長度。在其他實施例中，僅將分離的波紋加強肋附接至反射性片材的反向主表面的部分，或者可使用小於反射性片材的反向主表面的單個波紋加強肋。例如，反向主表面的表面積的至少50 %、60 %、75 %、80 %、85 %、90 %、95 %、或99 %被波紋加強肋或分離的波紋加強肋覆蓋。在其他實施例中，波紋加強肋可比反射性片材延伸得更遠。在一些實施例 (包括圖Ic所示的實施例)中，反射性片材可具有不止一個(如，至少2、3、4、或更多個) 附接至反射性片材的反向主表面的彎曲波紋加強肋。如果使用不止一個彎曲波紋加強肋， 則每個彎曲波紋加強肋可具有相同或不同的曲率半徑以控制最終組件的形狀。在一些實施例中，可將兩個或更多個反射性片材部分接合至波紋加強肋，例如，其中在反射性片材部分之間具有間距。在一些實施例(包括圖Ia和Ib所示的實施例)中，波紋加強肋14可比鎖定片材16延伸得更遠。例如，可將兩個或更多個鎖定片材部分或條帶16接合至波紋加強肋，例如，其中在鎖定片材部分16之間具有間距，如圖Ia和圖Ib所示。鎖定片材或條帶通常被設計為覆蓋波紋加強肋的相當大一部分。例如，集光型太陽能反射鏡面板組件的至少 25 %、30 %、40 %、50 %、60 %、75 %、80 %、85 %、90 %、95 %、或 99 %被鎖定片材或分離的鎖定條帶覆蓋。鎖定片材或條帶通常具有均一的厚度。一般來講，鎖定片材不包括其上設置波紋加強肋的支承框架的臂。根據本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件的整體厚度和焦線通常類似於常規的玻璃太陽能集光型反射鏡。在一些實施例中，集光型太陽能反射鏡面板組件10、10b、10c、IOd可在例如反射性片材12和波紋加強肋14、14c、14d之間包括附加結構元件(未示出)。例如，當反射性片材包括玻璃片材時，可使 用玻璃纖維複合材料或以類似方式應用的其他合適材料的薄層以便為玻璃片材提供強度。玻璃纖維複合材料或以類似方式應用的其他合適材料可(例如) 在集光型太陽能反射鏡面板組件10、10b、10c、IOd被成形為具有所選曲率之前粘合或以其他方式附接至反射性片材12的底部表面。在其中反射性片材包括薄玻璃片材的實施例中， 當集光型太陽能反射鏡面板組件10、10b、10c、10d被成形為具有所選曲率時，玻璃纖維(例如)可設置在張力狀態下並且薄玻璃可設置在壓縮狀態下以提高玻璃的強度。集光型太陽能反射鏡面板組件還可包括修飾件以允許反射鏡面板牢固地附接至支承框架結構。這些修飾件將根據支承框架設計和面板設計而改變。在圖Ib所示的實施例中，集光型太陽能反射鏡面板組件IOb具有端蓋18，所述端蓋18包封集光型太陽能反射鏡面板組件IOb的至少兩個相對邊緣。端蓋18可用於(例如)保持反射性片材12、波紋加強肋14、和鎖定片材16相對彼此的位置。可用於上述鎖定片材16的材料和厚度也可用於端蓋。通常，使用相同的材料來製備波紋加強肋14、鎖定片材16、和端蓋18。端蓋18通常具有平行於集光型太陽能反射鏡面板組件的部分，所述部分延伸超出組件長度的至少約5%。在一些實施例中，平行於集光型太陽能反射鏡面板組件的端蓋18的部分可沿反射性片材12和鎖定片材16具有不同的長度。在一些實施例中，平行於組件且位於組件的鎖定片材側上的端蓋18的部分長於平行於組件且位於反射性片材側上的端蓋18的部分。端蓋18可被設計為僅最小程度地覆蓋反射性片材。例如，端蓋18可包繞集光型太陽能反射鏡面板組件中位於該組件的鎖定片材側上的邊緣，但可設置為鄰近該組件中位於組件的反射性片材側上的邊緣且未交疊此側上的邊緣以覆蓋反射性片材。在集光型太陽能反射鏡面板組件10、10b、10c、10d中，可利用任何合適的方法 (如，粘合劑、條帶、鉚釘、肘節鎖、或焊接)將波紋加強肋14、14c、14d附接至反射性片材12 和鎖定片材16以連接片材和保持良好光學精確性所需的間距。相似地，可使用這些方法中的任何一種將端蓋18連接至集光型太陽能反射鏡面板組件10b。在一些實施例(包括圖2a 和圖2b所示的實施例)中，利用粘合劑29、29a將集光型太陽能反射鏡面板組件10、10b、IOc的部件接合在一起。在一些實 施例中，粘合劑為交聯粘合劑(如，環氧樹脂或丙烯酸類粘合劑)，所述交聯粘合劑在附接反射性片材以及在一些實施例中附接鎖定片材之前施用至波紋加強肋的基體區域。隨後固化交聯粘合劑。若干可用的交聯粘合劑為市售的(如， 以商品名「SCOTCHWELD DP420」得自3M公司(St. Paul, MN)的環氧樹脂粘合劑)。在一些實施例中，粘合劑為壓敏粘合劑(如，諸如丙烯酸系泡沫條帶之類的條帶)，所述壓敏粘合劑也可施用至波紋加強肋的基體區域。示例性的可用壓敏粘合帶包括以商品名「VHB TAPE 4920」得自3M公司的丙烯酸系泡沫條帶和以商品名「9244」得自3M公司的結構性粘合條帶。可獨立地選擇用於將波紋加強肋附接至反射性片材和鎖定片材的方法。例如，波紋加強肋可粘附至反射性片材但焊接或肘節鎖定至鎖定片材。又如，可使用粘合劑將兩種部件附接至波紋加強肋，但可分別使用不同的粘合劑將波紋加強肋附接至反射性片材和鎖定片材。另外，可獨立於用於將波紋加強肋14附接至反射性片材12和鎖定片材16的粘合劑來選擇可用於將端蓋18附接至集光型太陽能反射鏡面板組件的粘合劑。通常，粘合劑為結構性粘合劑(如，環氧樹脂粘合劑或結構性壓敏粘合帶)。本領域的技術人員應當理解，附接方法並不限於上文所列的那些並且可基於具體的應用需要進行選擇。在一些實施例中，在波紋加強肋附接至反射性片材之前將反射性片材成型為預定形狀。在這些實施例的一些中，反射性片材包括金屬片材(如，鋁或鍍鋅鋼)，如上文所述。 在一些實施例中，在波紋加強肋附接至鎖定片材和反射性片材附接至波紋加強肋之前將鎖定片材成型為預定形狀。可利用本領域的技術人員已知的任意數量的技術(如，衝壓或使用成型夾具的曲面)來將反射性片材和/或鎖定片材成型為預定形狀。如果使用成型夾具， 則其曲面可為凹型或凸型的，這取決於集光型太陽能反射鏡面板組件的所需形狀。例如，可結合考慮可發生在最終組件中的任何回彈來設計成型夾具的形狀。對於包括彎曲波紋加強肋(如，圖Ic中所示的那些)的實施例，可通過本領域的技術人員已知的任意數量的技術來製備彎曲波紋加強肋。例如，可使用彎曲滾軋機(如製備彎曲波紋金屬頂板所用)來製備彎曲波紋加強肋。也可使用夾具彎曲方法，並且可用的多半徑夾具彎曲波紋片材可(例如)從Curveline公司(Ontario, Canada)商購獲得。製造彎曲金屬波紋加強肋的另一種方式可為通過汽車行業中已知的金屬衝壓操作。如果彎曲波紋加強肋為強化塑料(例如片材模製化合物(SMC))，則其可在本行業已知的SMC壓機中成型。在成型過程期間，可需要補償彎曲波紋加強肋的曲率形狀和集光型太陽能反射鏡面板組件的最終所需形狀之間的差異。例如，如果集光型太陽能反射鏡面板組件的所需形狀為拋物面(如，其中反射性片材為拋物面的)，而彎曲波紋加強肋的形狀為弧形，則成型夾具可被設計為補償曲率差以使得最終部件具有所需形狀。彎曲波紋加強肋的曲率半徑和這些加強肋的數量可進行優化以最有效地產生反射性主表面的所需形狀。在具有帶有不止一個層片的波紋的實施例中(其中連接至反射性片材的第一層片具有基本上平行於集光型太陽能反射鏡面板組件的曲率軸的波紋主軸)，第一層片可適應反射性片材和用作第二層片的彎曲波紋加強肋之間的任何曲率差。彎曲波紋加強肋通常具有基本上垂直於集光型太陽能反射鏡面板組件的曲率軸的波紋主軸。在一些實施例(包括圖Id所示的實施例)中，通過在波紋加強肋的脊的至少一部分中提供穿孔來製備彎曲波紋加強肋。穿孔的位置可根據波紋加強肋的所需形狀進行調節並且可為交錯或對齊的、均勻間隔開或非均勻間隔開的，如上文所述。穿孔通常被設置為使其在垂直于波紋主軸的方向上較長。可利用多種方法來製備穿孔。例如，可使用衝壓機或鑽孔機來形成穿孔。在其他實施例中，穿孔可為切口，所述切口是(例如)通過使用雷射、 鋸片、或其他切削裝置切削到脊內形成的。根據本發明的集光型太陽能發電系統包括太陽能槽、拋物面碟、和發電塔，所述集光型太陽能發電系統包括部分設置在中空接收器內的熱傳遞流體。中空接收器可為透明或不透明的，並且通常應由能夠經受由寬帶反射器在其上引導的光和熱的材料(如，金屬或玻璃)製成。示例性的熱傳遞流體包括水、水/ 二元醇混合物、鹽水、熔鹽和油，其中所選熱傳遞流體通常取決於應用要求和成本。中空接收器通常包括設置在外部透明(如，玻璃) 管內的塗布有太陽能吸收材料的內部管，但也可使用其他構型。在一些實施例中，流過太陽能吸收型中空接收器的受熱的熱傳遞流體與水交換熱量，從而產生驅動發電機的蒸汽。在一些實施例中,集光型太陽能發電系統為太陽能槽。在這些實施例的一些中,太陽能槽包括根據本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件，所述集光型太陽能反射鏡面板組件被成型為線性拋物面反射器，所述線性拋物面反射器將日光聚集到沿該反射器的焦線設置的接收器上。反射器可被製備成在白晝時間以下述方式跟蹤太陽，即使用常規的天體跟蹤機構沿單軸進行跟蹤。
在一些實施例中，集光型太陽能發電系統為包括根據本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件的拋物面碟，所述集光型太陽能反射鏡面板組件被成型為獨立式拋物面碟反射器，所述獨立式拋物面碟反射器將日光聚集到設置在反射器焦點處的接收器上。反射器利用常規的天體跟蹤機構沿兩個軸來跟蹤太陽。 在一些實施例中，集光型太陽能發電系統為太陽能發電塔。發電塔與其他集光型太陽能發電系統相比通常提供較高的太陽能集光比(如，超過1000倍或更高)和較好的能量存儲能力。在這些實施例的一些中，根據本發明的若干集光型太陽能反射鏡面板組件用作日光反射器以將光聚集到中空接收塔上。在這些實施例的一些中，集光型太陽能反射鏡面板組件的曲率半徑在20米至1600米的範圍內。曲率可沿一個方向或沿兩個(如，正交的)方向。根據本發明的太陽能收集裝置包括光伏電池和至少一個根據本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件。合適的光伏電池包括用多種材料開發出的那些，所述材料各具有將太陽能轉變為電的獨特吸收光譜。每種類型的材料將具有特性帶隙能，所述帶隙能使其在某些波長的光下最有效地吸收光，或者更準確地說，在太陽能光譜的一部分上吸收電磁輻射。用於製備太陽能電池的材料及其太陽光吸收帶邊緣波長的實例包括晶體矽單結(約 400nm至約1150nm)、非晶娃單結(約300nm至約720nm)、帶狀娃(約350nm至約1150nm)、 CIGS (銅鋼嫁砸化物)(約350nm至約IlOOnm)、CdTe (約400nm至約895nm)、GaAs多結(約 350nm至約1750nm)。這些半導體材料的較短波長左吸收帶邊緣通常介於300nm和400nm 之間。在一些實施例中，可將根據本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件與光伏電池或中空接收器的陣列結合設置在常規的天體跟蹤裝置上。例如，在本文所公開的集光型太陽能發電系統的一些實施例中，中空接收器或集光型太陽能反射鏡面板組件中的至少一者連接至一個或多個天體跟蹤機構(即，中空接收器連接至一個或多個天體跟蹤機構、集光型太陽能反射鏡面板組件連接至一個或多個天體跟蹤機構、或者中空接收器和集光型太陽能反射鏡面板組件均連接至一個或多個天體跟蹤機構)。相似地，在本文所公開的太陽能收集裝置的一些實施例中，光伏電池或集光型太陽能反射鏡面板組件中的至少一者連接至一個或多個天體跟蹤機構(即，光伏電池連接至一個或多個天體跟蹤機構、集光型太陽能反射鏡面板組件連接至一個或多個天體跟蹤機構、或者光伏電池和集光型太陽能反射鏡面板組件均連接至一個或多個天體跟蹤機構)。中空接收器或光伏電池以及/或者集光型太陽能反射鏡面板組件可以可樞轉方式安裝在框架上。在一些實施例中，中空接收器或光伏電池以及集光型太陽能反射鏡面板組件均以可樞轉方式安裝在框架上。以可樞轉方式安裝的部件可(例如)在一個方向或在兩個方向上樞轉。在一些實施例中，中空接收器或光伏電池為固定的。可用於本文所公開的太陽能收集裝置的示例性天體跟蹤裝置在美國專利申請公開No. 2007/0251569 (Shan等人)中有所描述。根據本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件與未被強化的常規玻璃面板相比具有顯著優點。4-_玻璃在風載荷下的效率以及4-_玻璃的剛度顯著低於本文所公開的集光型太陽能反射鏡面板組件。另外經FEA仿真法預測，玻璃因其易碎性質而在 90mph(145kph)的風載荷下具有突變失效問題。本發明的集光型太陽能反射鏡面板組件中的任何一個在下文實例 部分中所述的採樣風條件下均未發生突變失效。儘管本文所公開的集光型太陽能反射鏡面板組件可在風事件之後未能完全恢復其形狀，但它們將不會破碎並且變成碎屑而順風散開(這會危及其他太陽能領域、公共財產、或生活)。本文所公開的集光型太陽能反射鏡面板組件與其他類型的反射器相比也具有優點。一種太陽能反射器報告於國際專利申請公開No. WO 2004/114419 (Schripsema)中，該太陽能反射器具有多個以桁架設置方式將內表面連接至外表面的腹杆。這些腹杆並非被提供為單個部件。Schripsema提及的所述多個腹杆通常是通過擠出形成的；因此，如果要針對特定應用進行不同的設計，則需要投資新的擠出模頭。另外，擠出CSP應用中所需的極大面板(如，具有至少10英尺的尺寸)將是不可能的。相比之下，可用於實施本發明的波紋加強肋通常被提供為單個部件，其具有可進行選擇並且可易於根據應用進行改變的參數。本文所公開的波紋加強肋可易於利用上文所述的技術接合至反射性片材和任選的鎖定片材。儘管根據本發明的較厚的集光型太陽能反射鏡面板組件(即，具有較厚反射性片材、較厚波紋片材、較高重量的波紋片材、或較厚鎖定片材中的至少一者)通常產生較剛性和較強硬的面板，但必須基於其他因素來平衡組件的所得重量。例如，在現有太陽能領域中，較厚的面板可不能直接取代玻璃類似物。較厚的面板通常還具有較大的質量和成本。使用本文所述的集光型太陽能反射鏡面板組件及其製備方法，可以平衡風載荷下的剛度、質量、和性能。如通過下文實例中所述的FEA仿真法所測定,可實現156-mph(約250kph)下的無限機械壽命，甚至當部件的厚度僅為0.01英寸(0.25mm)時也是如此。這種性能使得集光型太陽能反射鏡面板組件可用於颶風易發區域，例如佛羅裡達(Florida)或拉丁美洲 (Latin America)。甚至較薄、較輕的組件也可用於較穩定的區域,例如美國西南部(South West United States)或北部非洲的撒哈拉沙漠(Sahara in Northern Africa)。本發明的所詵實施例在第一實施例中，本發明提供一種集光型太陽能反射鏡面板組件，其包括反射性片材，具有反射性主表面和反向主表面；波紋加強肋，具有脊和槽，所述脊和槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的基體區域接合至反射性片材的反向主表面的至少一部分；以及鎖定片材，接合至波紋加強肋的槽的基體區域的至少一部分，
其中所述集光型太陽能反射鏡面板組件為非平面的和基本剛性的。在第二實施例中，本發明提供根據第一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件， 其中波紋加強肋具有波紋主軸，並且其中集光型太陽能反射鏡面板組件具有基本上平行于波紋主軸的曲率軸。在第三實施例中，本發明提供根據第一或第二實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中鎖定片材與波紋加強肋共延。在第四實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中鎖定片材為具有波紋主軸的波紋片材，其中集光型太陽能反射鏡面板組件具有基本上垂直於鎖定片材的波紋主軸的曲率軸。在第五實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中反射性片材和波紋加強肋的脊的側面之間的銳角在40至89度的範圍內。在第六實施例中，本發明提供根據第五實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件， 其中反射性片材和脊的側面之間的銳角在60至80度的範圍內。在第七實施例中，本發明提供一種集光型太陽能反射鏡面板組件，其包括反射性片材，具有反射性主表面和反向主表面；以及波紋加強肋，具有波紋主軸並且具有脊和槽，所述脊和槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的基體區域接合至反射性片材的反向主表面的至少一部分；其中所述集光型太陽能反射鏡面板組件為非平面的和基本剛性的，並且具有基本上垂直于波紋加強肋的波紋主軸的曲率軸。在第八實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中脊或槽的至少一部分設有穿孔。在第九實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中波紋加強肋與反射性片材共延。在第十實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中脊的至少一部分的基體區域利用粘合劑接合至反射性片材的反向主表面的至少一部分。在第十一實施例中，本發明提供根據第十實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中粘合劑為壓敏粘合劑。在第十二實施例中，本發明提供根據第十實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中粘合劑為結構性粘合劑。在第十三實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中反射性片材包括太陽能反射膜層合體。在第十四實施例中，本發明提供根據第一至第十二實施例中的任何一者的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中反射性片材包括玻璃片材或金屬片材中的至少一者。在第十五實施例中，本發明提供根據第十四實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中玻璃片材具有至多兩毫米的厚度。
在第十六實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中集光型太陽能反射鏡面板組件為拋物面的。在第十七實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中鎖定片材或波紋加強肋中的至少一者包括金屬或聚合物複合材料。在第十八實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中波紋加強肋或鎖定片材中的至少一者包括鋁。在第十九實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中波紋加強肋不能擠壓成形。在第二十實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中集光型太陽能反射鏡面板組件經有限元分析仿真法測定具有至少30Hz的固有頻率。在第二 i^一實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中集光型太陽能反射鏡面板組件具有至少10英尺的尺寸，並且其中反射性片材和波紋加強肋各自為一體部件。在第二十二實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中基體區域的長度為波紋加強肋的厚度的至少5倍。在第二十三實施例中，本發明提供根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，其還包括端蓋，所述端蓋至少部分地包封集光型太陽能反射鏡面板組件的至少兩個相對邊緣。在第二十四實施例中，本發明提供一種集光型太陽能發電系統，其包括至少一個根據前述任一實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件，能夠進行對準以將太陽能輻射導向到中空接收器上；以及熱傳遞流體，至少部分地設置在中空接收器內。在第二十五實施例中，本發明提供太陽能收集裝置，其包括光伏電池；以及根據第一至第二十三實施例中的任何一者的集光型太陽能反射鏡面板組件，能夠進行對準以將太陽能輻射導向到光伏電池上。在第二十六實施例中，本發明提供一種製備根據第一至第六實施例中的任何一者的集光型太陽能反射鏡面板組件的方法，所述方法包括提供具有反射性主表面和反向主表面的反射性片材；將波紋加強肋附接至反射性片材的反向主表面的至少一部分，所述波紋加強肋具有脊和槽，所述脊和槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的基體區域附接至反射性片材的反向主表面；以及將鎖定片材附接至槽的至少一部分的基體區域。在第二十七實施例中，本發明提供一種製備根據第七或第八實施例的集光型太陽能反射鏡面板組件的方法，所述方法包括提供具有反射性主表面和反向主表面的反射性片材；將波紋加強肋附接至反射性片材的反向主表面的至少一部分，所述波紋加強肋具有脊和槽，所述脊和槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的基體區域附接至反射性片材的反向主表面使得所述波紋加強肋的波紋主軸基本上垂直於反射性片材的曲率軸。 在第二十八實施例中，本發明提供根據第二十七實施例的方法，其還包括將鎖定片材附接至槽的至少一部分的基體區域。在第二十九實施例中，本發明提供根據第二十六至第二十八實施例中的任何一者的方法，其還包括在將波紋加強肋附接至反射性片材的反向主表面的至少一部分之前將反射性片材成型為預定形狀。在第三十實施例中，本發明提供根據第二十六至第二十九實施例中的任何一者的方法,其還包括
為集光型太陽能反射鏡面板組件選擇地理位置，所述地理位置具有平均風速；接收包括平均風速和集光型太陽能反射鏡面板組件的目標重量的數據；以及生成集光型太陽能反射鏡面板組件的設計方案，所述設計方案包括反射性片材、 波紋加強肋、和任選的鎖定片材的材料組成和厚度；脊的頂部和槽的底部之間的高度；以及反射性片材和波紋加強肋的脊的側面之間的銳角，其中所述設計方案至少部分地基於下述信息，即，關於集光型太陽能反射鏡面板組件在暴露於平均風速時的強度和剛度的信息。通過以下非限制性實例進一步說明本發明的目的和優點，但這些實例中所述的具體材料及其用量，以及其他條件和細節不應視為對本發明進行不當限定。SM津樽方法和實例1-17 :使用可從Simulia (Providence，RI)商購獲得的分析包「ABAQUS V6. 9」以及有限元方法(FEM)來分析所有的反射器變型，如表I中詳細所述。結合3D殼元來使用完整的3D 機械仿真。所有的聚合物反射鏡均被視為在沿拋物線向下方向上為47英寸(120cm)並且沿拋物曲線為124英寸(315cm)。使用兩個跨越124英寸(315cm)弧長的玻璃反射鏡，這為本行業中的標準操作。用於分析的邊界條件包括反射鏡系統與四個框架縱梁之間的靜態連接。從反射鏡的底部沿拋物面按如下數據來定義縱梁的弧長設置13英寸(33cm)、54.5英寸(138cm)、77. 5英寸(197cm)以及112英寸(285cm)。使用Y = (X2/(4XF))的拋物線方程，其中F為焦距並且為1710mm。玻璃反射鏡使用標準的陶瓷安裝墊而其金屬片類似物在整個背部結構上使用壓制杆。使用由統一構造代碼(Uniform Building Code)定義的靜態壓力來仿真風載荷。這些壓力被定義為沿入射風方向。將156、130、和90mph(250、209、和125kph)的風載荷施加至反射鏡，所述反射鏡被視為處於與水平線成-30度的設定位置或接收管位置中。下述壓力對應於相關風速；156mph = 92. 5磅/平方英尺(psf) (250kph = 4430Pa)、130mph = 64. 2psf (209kph = 3070Pa)、並且 90mph = 30. 8psf (125kph = 1475Pa)。這些載荷未考慮可在這些極限速度下拾取的風碎屑，例如粗粒和結構廢物。在代表最壞條件情景的主動收集模式(風方向垂直於反射鏡系統流動)中定義50mph(80. 5kph)的風載荷(9. 5psf、 455Pa)。通過下述方式來定義精確性將入射太陽能向量反射到變形元件法線周圍並且計算其是否遇到2. 75英寸(70mm)接收管。使用具有「ABAQUS」主鏈構架的定製Python腳本來對所有反射器表面的元件進行該計算。該計算不考慮光通過膜或玻璃的折射。實例I至 14被視為由3003-H16鋁製成，並且實例15-17被視為由5052-H38鋁製成。使用下述非線性彈塑性材料模型來建模3003-H16，所述非線性彈塑性材料模型具有1000萬磅/平方英寸(msi) (6. 9 X IO10Pa)的彈性模量、2. 7萬磅/平方英寸(ksi) (I. 9 X IO8Pa)的屈服值、和 29ksi (2. OX IO8Pa)的極限強度。使用下述非線性彈塑性材料模型來建模5052-H38，所述非線性彈塑性材料模型具有10. 2msi (7. OXlO10Pa)的彈性模量、38ksi (2. 6X IO8Pa)的屈服值、和42ksi(2.9X108Pa)的極限強度。鈉鈣玻璃因其易碎性質而用純彈性模型進行建模。該玻璃具有IOmsi (6. 9 X IO10Pa)的彈性模量和IOksi (6. 9 X IO7Pa)的極限強度且不易屈服。建模工作假定組件中的三個部件之間實現完美粘合。表I詳細列出了使用所述建模方法的實例。「總厚度」值是指實例中的所有部件或者比較例(CE)中的基底和安裝墊的厚度。總厚度包括波紋的高度，所述高度可通過從總厚度中減去下文所述的「材料厚 度」來確定。波紋的高度是指脊的頂部和槽的底部之間的距離。「角度」參數是指反射性片材和波紋的脊的側面之間的銳角(單位為度(° ))。「基體長度」是指波紋的基體部分的長度，其在實例1-8和10-13中為基本上平坦的。以磅質量 /平方英尺(lbm/ft2)為單位的「質量/反射器面積」是指除去粘合劑質量的純體積計算結果。「材料厚度」對於大部分變體而言具有三種值，並且這些值以下述相應順序列於表I中 代表反射性片材的「基底」、代表波紋加強肋的「芯」、和代表鎖定片材的「鎖定件」。比較例I 的玻璃設計不具有鎖定件或晶片材並且剛度嚴格依賴於0. 157英寸(in.) (4-mm)的玻璃片材。實例14假定0. 015英寸(0. 38mm)的環氧樹脂粘合線以產生0. 25英寸(6. 4mm)的基體長度。實例15-17對於正弦形波紋加強肋的圓形基體區域假定0.020英寸(0.51mm)的最大粘合劑厚度。實例14-17闡釋了不具有鎖定片材且波紋主軸基本上垂直於拋物面的曲率軸的實施例。在實例8中，將三個6英寸(15cm)寬且各自沿拋物曲線為124英寸(315cm) 的條帶用作鎖定片材部分。將實例8中的條帶按圖Ia和Ib所示間隔開，其中一個條帶居中設置並且其他兩個條帶設置在兩端。在實例1-7和9-13中，反射性片材、波紋加強肋、和鎖定片材為共延的。在實例14-17中，反射性片材和波紋加強肋為共延的。在表I中，NA是指不適用。實例 18將約0. 025英寸(0. 635mm)厚的28英寸(71cm) X I英尺(30. 5cm)的鋁片材與反射鏡膜層合以產生具有反射性表面和背表面的反射性片材。將反射性片材以反射性表面朝下的方式設置在成型夾具的彎曲表面上。結合考慮最終組件的任何回彈來設計夾具輪廓， 使得反射鏡的最終形狀將具有所需形狀的輪廓。將已知可以商品名「VHB TAPE 4920」從3M 公司(St. Paul，MN)商購獲得的VHB條帶施加至波紋片材的頂部和底部平坦部分。然後將波紋片材設置到反射性片材上，使得波紋的平坦部分接觸反射性片材的背表面。然後將背部片材設置到波紋片材上使得波紋片材的頂部平坦脊在整個所有表面上均一地接觸背部片材。將重物(松砂填充袋)均勻地設置在背部片材的整個背表面上以便將組件保持為夾具的彎曲輪廓直至條帶得到定型。除去重物並且從夾具中移出反射鏡組件。實例 19按照與實例18相同的方法來實現此實例，不同的是利用已知可以商品名 「SCOTCHWELD DP420」從3M公司(St.Paul，MN)商購獲得的環氧樹脂粘合劑取代VHB條帶。實例 20按照與實例18相同的方法來實現此實例，不同的是另外使用端蓋板型(參見圖Ib中的端蓋18)來固定反射性片材相對背部 片材的對齊。端蓋由0. 063英寸(I. 6-mm)厚的 3003-H13鋁製成。利用「SCOTCHWELD DP420」粘附這些端蓋。在組件的每一側和每一端使用0. 010英寸(0. 25mm)厚的間隔線以形成粘合劑粘合線。在圖3中，針對實例3、4、5、和7繪製出156mph(250kph)下的應力和剛度相對角度的一組曲線並且針對實例I和10-13繪製出另一組曲線。表I
權利要求
1.一種集光型太陽能反射鏡面板組件，包括 反射性片材，具有反射性主表面和反向主表面； 波紋加強肋，具有脊和槽，所述脊和所述槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的所述基體區域接合至所述反射性片材的所述反向主表面的至少一部分；以及 鎖定片材，接合至所述波紋加強肋的所述槽的所述基體區域的至少一部分， 其中所述集光型太陽能反射鏡面板組件為非平面的和基本剛性的。
2.根據權利要求I所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述波紋加強肋具有波紋主軸，並且其中所述集光型太陽能反射鏡面板組件具有基本上平行於所述波紋主軸的曲率軸。
3.根據權利要求I或2所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述鎖定片材與所述波紋加強肋共延。
4.根據前述任一項權利要求所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述鎖定片材為具有波紋主軸的波紋片材，其中所述集光型太陽能反射鏡面板組件具有基本上垂直於所述鎖定片材的所述波紋主軸的曲率軸。
5.根據前述任一項權利要求所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述反射性片材和所述波紋加強肋的脊的側面之間的銳角在40至89度的範圍內。
6.根據權利要求5所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述反射性片材和所述脊的所述側面之間的所述銳角在60至80度的範圍內。
7.一種集光型太陽能反射鏡面板組件，包括 反射性片材，具有反射性主表面和反向主表面；以及 波紋加強肋，具有波紋主軸並且具有脊和槽，所述脊和所述槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的所述基體區域接合至所述反射性片材的所述反向主表面的至少一部分； 其中所述集光型太陽能反射鏡面板組件為非平面的和基本剛性的，並且具有基本上垂直於所述波紋加強肋的所述波紋主軸的曲率軸。
8.根據前述任一項權利要求所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述脊或所述槽的至少一部分設有穿孔。
9.根據前述任一項權利要求所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述脊的至少一部分的所述基體區域利用粘合劑接合至所述反射性片材的所述反向主表面的至少一部分。
10.根據前述任一項權利要求所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述波紋加強肋不能擠壓成形。
11.根據前述任一項權利要求所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述集光型太陽能反射鏡面板組件經有限元分析仿真法測定具有至少30HZ的固有頻率。
12.根據前述任一項權利要求所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，其中所述基體區域的長度為所述波紋加強肋的厚度的至少5倍。
13.根據前述任一項權利要求所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，還包括端蓋，所述端蓋至少部分地包封所述集光型太陽能反射鏡面板組件的至少兩個相對邊緣。
14.一種集光型太陽能發電系統，包括 至少一個根據前述任一項權利要求所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，能夠進行對準以將太陽能輻射導向到中空接收器上；以及 熱傳遞流體，至少部分地設置在所述中空接收器內。
15.一種太陽能收集裝置，包括 光伏電池；以及 根據權利要求I至13中任一項所述的集光型太陽能反射鏡面板組件，能夠進行對準以將太陽能輻射導向到所述光伏電池上。
16.一種製造根據權利要求I至6中任一項所述的集光型太陽能反射鏡面板組件的方法，所述方法包括 提供具有所述反射性主表面和所述反向主表面的所述反射性片材； 將所述波紋加強肋附接至所述反射性片材的所述反向主表面的至少一部分，所述波紋加強肋具有脊和槽，所述脊和所述槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的所述基體區域附接至所述反射性片材的所述反向主表面； 將所述鎖定片材附接至所述槽的至少一部分的所述基體區域。
17.—種製造根據權利要求7或8所述的集光型太陽能反射鏡面板組件的方法，所述方法包括 提供具有所述反射性主表面和所述反向主表面的所述反射性片材； 將所述波紋加強肋附接至所述反射性片材的所述反向主表面的至少一部分，所述波紋加強肋具有脊和槽，所述脊和所述槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的所述基體區域附接至所述反射性片材的所述反向主表面，使得所述波紋加強肋的所述波紋主軸基本上垂直於所述反射性片材的所述曲率軸。
18.根據權利要求16或17所述的方法，還包括 為所述集光型太陽能反射鏡面板組件選擇地理位置，所述地理位置具有平均風速； 接收包括所述平均風速和所述集光型太陽能反射鏡面板組件的目標重量的數據；以及生成所述集光型太陽能反射鏡面板組件的設計方案，所述設計方案包括所述反射性片材、所述波紋加強肋、和任選的所述鎖定片材的材料組成和厚度；所述脊的頂部和所述槽的底部之間的高度；以及所述反射性片材和所述波紋加強肋的脊的側面之間的銳角，其中所述設計方案至少部分地基於下述信息，即，關於所述集光型太陽能反射鏡面板組件在暴露於所述平均風速時的強度和剛度的信息。
全文摘要
本發明公開了一種集光型太陽能反射鏡面板組件，其具有反射性片材和波紋加強肋，所述反射性片材具有反射性主表面和反向主表面，所述波紋加強肋具有脊和槽，所述脊和槽各自具有帶有基體區域的外表面，其中所述脊的至少一部分的基體區域接合至所述反射性片材的反向主表面的至少一部分。所述集光型太陽能反射鏡面板組件為非平面的和基本剛性的。所述集光型太陽能反射鏡面板組件被組裝成使得所需的非平面形狀得以保持使用鎖定片材或具有附接的波紋加強肋以使其波紋主軸基本上垂直於所述組件的曲率軸。本發明還公開了製備所述集光型太陽能反射鏡面板組件的方法。本發明還公開了集光型太陽能發電系統和太陽能收集裝置。
文檔編號F24J2/22GK102625893SQ201080048281
公開日2012年8月1日 申請日期2010年9月1日 優先權日2009年9月2日
發明者斯科特·E·西蒙斯, 杜安·M·哈特, 狄倫·T·科斯格羅夫, 阿蒂拉·莫爾納 申請人:3M創新有限公司