维护太阳能模块的制作方法
优先权申明
本申请要求2017年1月3日提交的美国专利申请no.15/397,190的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
本文件涉及用于维护太阳能模块的系统和方法，并且更具体地，涉及清洁和冷却太阳能模块的表面。
背景技术：
诸如光伏(pv)系统和定日镜系统的太阳能系统和模块在经历大量晴朗的白天时间的气候和外界环境中最有效地运行。然而，在这样的气候和外界环境中，大量的晴朗的时间可能产生对于太阳能系统运行不是最佳的条件。例如，绕地球的许多经历晴朗气候的地方也经历与晴朗时间一致的高的白天温度。此外，许多晴朗气候处于环境大气中普遍存在沙子、灰尘和其它颗粒的地方。诸如高温和大气颗粒的气候条件会对太阳能系统(例如，在太阳能电池板阵列中使用的pv电池)的有效运行增加挑战。例如，当晴朗的天气增加太阳能阵列的功率输出时，灰尘和高温会降低效率，从而导致太阳能输出降低。
技术实现要素：
在总体的实施方式中，太阳能系统包括：多个太阳能电池，所述多个太阳能电池安装在球形框架上；半球形贮存器，所述半球形贮存器安装到所述球形框架以包围所述球形框架的至少一部分，使得在所述球形框架与所述贮存器的内表面之间限定一间隙，所述半球形贮存器被构造成保持包括太阳能电池清洁溶液的流体；和至少一个致动器，所述至少一个致动器安装到所述球形框架，并可操作以使所述球形框架的支撑所述多个太阳能电池的一部分旋转通过所述间隙。
在可与总体实施方式组合的方面中，所述多个太阳能电池包括多个光伏(pv)电池。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述至少一个致动器包括安装到所述球形框架的至少一个马达。
可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述致动器在所述球形框架的旋转轴线处安装到所述球形框架，所述旋转轴线延伸穿过所述球形框架的几何中心。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述多个太阳能电池安装在所述球形框架的上半球形部分上。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述半球形贮存器安装到所述球形框架以包围所述球形框架的下半球形部分。
可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括安装到所述球形框架的下半球形部分的另外的多个太阳能电池。
可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括：输入导管，所述输入导管以流体连通的方式联接在所述半球形贮存器与所述太阳能电池清洁溶液的源之间；和输出导管，所述输出导管以流体连通的方式联接在所述半球形贮存器与太阳能电池清洁溶液废料罐之间。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述输出导管包括过滤器。
可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括密封件，所述密封件安装到所述球形框架或所述贮存器中的至少一个。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述密封件被定位成与所述半球形贮存器的顶表面和所述多个太阳能电池的至少一部分以密封流体的方式接触。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述密封件包括沿着所述贮存器的顶表面的圆周安装的柔性环。
在另一总体实施方式中，一种用于清洁太阳能系统的方法包括：使太阳能系统运行，所述太阳能系统包括安装在球形框架上的多个太阳能电池；旋转所述球形框架以将所述多个太阳能电池移动到安装到所述球形框架的半球形贮存器的空间中；旋转所述球形框架以将所述多个太阳能电池移动到被装在所述半球形贮存器的空间中的太阳能电池清洁溶液中，所述半球形贮存器的空间被限定在所述半球形贮存器的内表面与所述球形框架之间；以及利用所述太阳能电池清洁溶液除去附着到所述多个太阳能电池的多个颗粒。
在可与总体实施方式组合的方面中，所述多个太阳能电池包括多个光伏(pv)电池。
可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括：由所述pv电池产生电力。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，旋转所述球形框架包括：利用安装到所述球形框架的至少一个马达旋转所述球形框架。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，旋转所述球形框架包括：使所述球形框架绕着所述球形框架的旋转轴线旋转，所述旋转轴线延伸穿过所述球形框架的几何中心。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，所述多个太阳能电池安装在所述球形框架的上半球形部分上，并且所述半球形贮存器安装到所述球形框架以包围所述球形框架的下半球形部分。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，旋转所述球形框架以将所述多个太阳能电池移动到被装在所述半球形贮存器的空间中的所述太阳能电池清洁溶液中包括：旋转所述球形框架以将安装到所述球形框架的下半球形部分的另外的多个太阳能电池移出所述太阳能电池清洁溶液。
可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括：使太阳能电池清洁溶液从所述太阳能电池清洁溶液的源流动到所述半球形贮存器的空间；以及使所述颗粒的至少一部分和太阳能电池清洁溶液从所述半球形贮存器流动到太阳能电池清洁溶液废料罐。
可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括：从所述太阳能电池清洁溶液过滤掉所述颗粒的所述一部分；以及将过滤后的所述太阳能电池清洁溶液再循环到所述半球形贮存器。
在可与前述方面中的任一方面组合的另一方面中，使太阳能电池清洁溶液从所述太阳能电池清洁溶液的源流动包括：从所述太阳能电池清洁溶液的源泵送所述太阳能电池清洁溶液。
可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括：将所述太阳能电池清洁溶液密封在所述半球形贮存器的空间内。
可与前述方面中的任一方面组合的另一方面还包括：利用所述太阳能电池清洁溶液冷却所述多个太阳能电池。
根据本公开的一个、一些或所有实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。例如，根据本公开的太阳能系统可以增加光伏电力系统的效率(例如，电力输出)。根据本公开的太阳能系统可便于pv电池的原位清洁，而很少拆卸或不拆卸太阳能系统。作为另一个示例，在诸如遮阳罩和停车场的区域中，可以容易地链接多个自清洁太阳能系统阵列。此外，根据本公开的太阳能系统可以包括球形设计，该球形设计为用于太阳能吸收的暴露的半球形区域提供比平面太阳能电池板多150％的表面面积。作为另一示例，太阳能系统的太阳能电池板清洁系统也可用作热传递机构以降低系统的太阳能电池板的表面温度。作为另一实例，本公开的太阳能系统的清洁系统可经历清洗溶液的很少蒸发或没有蒸发，以及太阳能电池板与清洁系统之间通过铁磁流体密封的很小摩擦或没有摩擦。
根据本公开的一个、一些或所有实施方式还可以包括以下特征中的一个或多个。例如，根据本公开的太阳能系统也可使用低能量或无能量磁热泵机构来循环冷却流体以冷却电力系统的太阳能电池板。根据本公开的太阳能系统可以利用永磁体来驱动磁热泵，磁热泵继而可以旋转系统的球形太阳能面板。根据本公开的太阳能系统还可以利用不需要电力的传热材料来冷却电力系统的太阳能电池板。作为另一个示例，太阳能系统可包括使用很少或不使用电力并且需要很少或不需要维护的冷却和清洁系统。
在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施例的细节。从描述和附图以及权利要求书中，其它特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1a是太阳能系统的至少一部分的示意图；
图1b是包括太阳能电池板清洁组件的太阳能系统的至少一部分的示意图；
图2是包括至少一个磁体和用于冷却太阳能系统的磁化流体的太阳能系统的至少一部分的内部截面图的示意图；
图3是包括至少一个磁体和用于冷却太阳能系统的磁化流体以及太阳能电池板清洁组件的另一太阳能系统的至少一部分的示意图；
图4是磁流体泵的示例性操作的示意图；
图5是包括至少一个磁体和太阳能电池板安装组件的太阳能系统的至少一部分的示意图；
图6是包括内部球形壳体的太阳能系统的至少一部分的示意图；
图7是包括安装在内部球形壳体中的至少一个磁体和用于冷却太阳能系统的磁化流体以及相变传热材料的太阳能系统的至少一部分的示意图；
图8a是包括至少一个环形磁体和用于冷却太阳能系统的磁化流体的太阳能系统的至少一部分的示意图；
图8b是可以与包括太阳能电池板清洁组件的太阳能系统一起实施的磁流体密封系统的示意图；
图9a-9b是包括至少一个环形磁体和用于冷却太阳能系统的磁化流体以及太阳能电池板清洁组件的另一太阳能系统的至少一部分的示意图；以及
图10是示出作为模块温度的函数的太阳能电池板模块效率的图表。
具体实施方式
图1a是太阳能系统100的至少一部分的示意图。图1a从侧视图示出了太阳能系统100，其中太阳能系统100包括太阳能电池板105。在该示例性实施例中，太阳能电池板105是球形的并且沿着轴线(例如，旋转轴线)210安装在安装组件115上。在替代的实施方式中，太阳能电池板105可以是例如圆柱形、立方体形或可以围绕一轴线旋转的其它形状。太阳能电池板105的其它示例性形状包括例如具有半球形端部的圆柱体、以及具有安装在从圆柱体的侧表面延伸的齿轮或脊部上的太阳能电池(例如，光伏电池)的圆柱体。作为另一个示例，太阳能电池可以安装到从轴(而不是圆柱体)延伸的翼片。
如该示例中所示，轴线215延伸穿过太阳能电池板105的直径。通常，安装组件115(例如，支架、可旋转电枢、活塞/气缸组件或其它)可以便于将太阳能系统100安装到支撑结构(未示出)，例如屋顶、地面、建筑结构或其它支撑结构。太阳能系统100可以是被布置成阵列的多个太阳能系统100中的一个，其中所述太阳能系统100用于由太阳能生成电力。暂时转到图5，该图示出了包括至少一个磁体185(稍后描述)的太阳能系统100的至少一部分的示意图以及太阳能电池板安装组件115的更详细的视图。如图5所示，太阳能电池板安装组件115包括支架121，轴或联接件240从该支架121延伸到轴承235中。如图所示，轴承235接收联接件240和轴175，轴175在轴线215处延伸穿过球形框架120。在一些方面中，轴175和联接件240可以为一体的，使得联接件240为轴175的一部分。间隔件230(例如，所述间隔件包括轴承表面)在球形框架120的外表面125和轴承235之间安装到轴175。如图所示，当轴175被致动以转动时，太阳能电池板安装组件115可以提供附接到轴175的球形框架120的减小摩擦的旋转。
通常，太阳能系统100通过多个光伏(pv)电池110从太阳接收太阳能，并将接收到的太阳能转换成直流(dc)电。太阳能包括来自太阳的光能(即光子)，所述光能可以通过光伏效应被转换成电。通常，每个pv电池110吸收光子，所述光子将半导体材料上的电子激发到更高能态。被激发的电子(或多个电子，因为在pv电池110的运行期间对于数百万个电子发生该过程)产生电压，该电压又可以产生通过导管(未示出)的dc，该导管电耦合到太阳能电池板105(串联到pv电池110)。导管中承载的dc通常被输送到逆变器系统以将dc转换成交流电流(ac)。这种电连接通过串联连接的pv电池110进行以实现输出电压和并联的期望电流。
如图1a所示，太阳能电池板105包括具有外表面120的球形框架120，其中pv电池110安装到所述外表面120。在该示例性实施方式中，球形框架120可以是实心的或者可以是中空的。球形框架120联接到安装组件115以支撑太阳能电池板105，并且在一些方面中，允许太阳能电池板105绕轴线210旋转。
图1b是包括太阳能电池板清洁组件的太阳能系统100的至少一部分的示意图。在该实施方式中，如图所示，太阳能系统100的太阳能电池板清洁系统包括围绕太阳能电池板105的下半球220的贮存器130和至少部分地被装载在贮存器130内的清洁溶液135。通常，在该示例性实施方式中的太阳能电池板清洁系统可以提供太阳能电池板105的自动清洁，例如，通过在旋转轴线210上旋转球形框架120以将太阳能电池板105的上半球215浸入在清洁溶液135(例如，清洁液)中，来从pv电池110去除聚集的灰尘和其它颗粒。
例如，在一些方面中，pv电池105的表面上的灰尘和其它颗粒的沉积可能会阻挡或部分阻挡太阳辐射到达电池110(例如，穿过电池110上的玻璃罩)。沉积的灰尘的密度以及颗粒成分和颗粒分布可影响太阳能系统100的电力输出和电流电压以及特性。例如，在某些中东环境(例如，达兰、沙特阿拉伯)中，如果不进行清洁以去除灰尘，则灰尘积聚对pv电池110(例如，作为单晶pv电池或多晶pv电池)的电力输出的影响可逐渐减小电力输出。在一些情况下，这种有害影响可在没有清洁的情况下将电力输出降低50％以上。在一些情况下，甚至将颗粒沉积在pv电池110上的单次尘暴也可能将电力输出降低20％。
清洁溶液135可以包括被配制成从pv电池110去除颗粒、防止或帮助防止矿化物聚集在pv电池110上、或两者的一种或多种化学物质。例如，在一些方面中，商业产品例如为来自american
如图1b进一步所示，致动器117可以安装到安装组件115中的一个或多个，以提供球形框架120的旋转，从而使上半球215旋转通过清洁溶液135。例如，致动器117可以联接到轴(在其它图中示出)，该轴延伸穿过安装组件115或从安装组件115伸出，并且到达或穿过球形框架120。在一些方面中，致动器117可以包括或者可以是手动致动器，例如手柄或杆件，从而允许操作人员旋转球形框架120。在一些方面中，致动器117可以包括或者可以是机动致动器或自动致动器，例如液压、电动或太阳能马达，其可以自动地(例如，在接收到来自控制系统的命令时，在预定时间，在预先安排的时间段内，或基于pv电池110上的颗粒密度)旋转球形框架120。
在旋转时(例如，通过手动致动器或机动致动器)，安装在太阳能电池板105的上半球215上的pv电池110可以被浸入在贮存器130内的清洁溶液135中。在一些方面中，pv电池110可以仅安装在上半球215上。因此，在这些方面中，具有pv电池110的上半球215可以旋转到贮存器130中，以在清洁溶液135中驻留特定持续时间。由于下半球220上没有安装pv电池，因此在该清洁操作期间，太阳能系统100不可运行(例如，产生dc)。随后，上半球215可以旋转出贮存器130以恢复运行(例如，产生dc)。
在一些方面中，pv电池110可以安装在上半球215和下半球220上(例如，在球形框架120的整个外表面125上)。因此，在这些方面中，具有pv电池110的上半球215可以旋转到贮存器130中，以便驻留在清洁溶液135中以被清洁，而安装到下半球220的pv电池110运行以产生dc。太阳能系统100可以在这样的位置保持一段持续时间，该持续时间可以长于pv电池110仅安装至上半球215的情况下的特定持续时间。在该较长的持续时间之后，或者当安装在下半球220上的pv电池110需要清洁时，上半球215可以旋转出贮存器130，以在很少或没有运行(例如，产生dc)中断的情况下使太阳能系统100继续。
在一些方面中，贮存器130内的清洁溶液135也可以为太阳能系统100提供冷却流体。例如，安装到太阳能电池板105的浸没在贮存器130中的任何半球(例如，上半球215或下半球220)的pv电池110可以被冷却到或维持在特定的期望温度，该特定的期望温度是清洁溶液135的温度(或接近清洁溶液135的温度)。
如图所示，太阳能系统100的太阳能电池板清洁系统还可包括安装到贮存器130的顶部的密封件140。密封件140可以是用于贮存器130的罩，例如，以防止清洁溶液135从贮存器130流失(例如，由于蒸发、溢出或其它原因)。在一些方面中，密封件140也可以接触pv电池110，以防止清洁溶液135从贮存器130泄漏(例如，由于太阳能系统100的倾斜)。本公开还考虑了其它密封件并参照图8a-8b进行说明，所述其它密封件例如是磁性流体密封件。
图1b中所示的太阳能系统100的示例性实施例还包括以流体连通的方式联接到贮存器130的装填导管145和排出装置145。例如，可以通过装填导管145从清洁溶液源160(例如，罐、瓶或其它液体保持装置)补充一定体积的清洁溶液135。在一些情况下，例如，清洁溶液源160还可以包括例如浮阀和泵，当浮阀确定贮存器130中的溶液135的体积低于预定或期望的最小体积时，浮阀和泵操作以使清洁溶液135通过装填导管145循环到贮存器130。
排出装置150可以以流体连通的方式联接到贮存器130和溶液再捕获系统165。在一些方面中，因为贮存器130内用过的清洁溶液135可能含有被溶解的颗粒、灰尘或其它污染物，所以过滤器155可以设置在排出装置150中。排出装置150可以手动或自动打开(例如，通过阀或其它孔口控制装置)，以将用过的清洁溶液135从贮存器130循环到溶液再捕获系统165。随后，溶液再捕获系统165可以再循环(例如，进一步清洁)用过的清洁溶液135并将再循环溶液供应到清洁溶液源160，或者可以包括罐或其它容器以存储要处理的用过的清洁溶液。
在图1b所示的太阳能系统100的示例性操作中，太阳能电池板105可以运行以在正常运行模式中产生电力。在特定时间，例如在特定的预定时间间隔，在视觉检查暴露的pv电池110时，或者当暴露的pv电池110上的颗粒的确定密度超过阈值时，可以确定清洁pv电池110的暴露于外界环境的部分(例如，上半球215上的电池110)。致动器117可以被操作(例如，手动或自动地)以使球形框架120绕轴线210旋转。在旋转时，暴露的pv电池210可以浸入到被容纳在贮存器130中的清洁溶液135中。浸入的pv电池110可以在溶液135中保持特定持续时间(例如，基于从电池110移除颗粒所需的时间的量而确定)。
在一些方面中，在清洁安装在太阳能电池板105上的pv电池110的一部分期间，pv电池110的另一部分(例如，安装在下半球220上)可以继续为太阳能系统100发电，这是因为球形框架120的旋转将pv电池110的另一部分暴露于外界环境。在特定的持续时间期满之后，致动器117可以旋转球形框架120以将清洁过的(并且冷却过的)pv电池110移动以暴露于外界环境。间歇地或周期性地，通过使新溶液135从清洁溶液源160循环通过装填导管145并进入到贮存器130中，可以补充贮存器130中的清洁溶液135。此外，含有例如溶解的颗粒的用过的清洁溶液135可以间歇地或周期性地从贮存器130循环并通过过滤器155到达排出装置150。过滤后的溶液135可以被循环到溶液再捕获系统165以用于再循环或处理。
图2是包括至少一个磁体185和用于冷却太阳能系统100的磁化流体180的太阳能系统100的至少一部分的内部截面图的示意图。如图所示，图2示出了通过球形框架120的直径截取的太阳能系统100的侧视截面图。总体地，图2示出了使用磁体185使磁化流体180循环通过球形框架120的内部空间190的太阳能系统冷却系统的示例性实施例。通过使磁化流体180在内部空间190内循环，来自pv电池110(在该图中未示出)的热量可以通过球形框架120被传递(例如，从外表面125到内表面170)并且进入到磁化流体180中。接收到磁化流体180中的热量可以被传递到例如冷源(稍后描述)、清洁溶液135或其它冷却源(例如，冷却线圈、珀尔帖冷却器或与磁化流体180热连通的其它冷却源)。
在一些方面中，太阳能系统(例如，太阳能系统100)的过热(或加热)可能对系统在发电时的运行具有有害影响。例如，pv电池性能可随着温度的升高而降低，这是因为操作温度可能会影响光电转换过程。pv电池的电气效率和电力输出两者都随着电池温度的升高而降低。例如，在沙漠应用中，pv电池经常对过热敏感。例如，如图10中的图表1000所示，中东(例如，达兰、沙特阿拉伯)的pv电池可能随着运行温度的增加而经历效率损失。
如图10的图表1000所示，当模块温度从38℃升高到48℃时，pv电池效率可以从11.6％降低到10.4％，这对应于效率损失10.3％，并且温度系数为-0.11δe/％℃。超过26°f的pv电池运行温度可以开始降低输出效率，并且随着太阳能电池板的温度升高，输出电流呈指数增加，而电压输出线性减小。图2中所示的冷却系统可以抵消pv电池110在高温环境中的效率损失。
如图所示，磁化流体180被容纳在球形框架120内，并在内部空间190内自由循环。磁化流体180的循环可以至少部分地由安装在轴175上的磁体185产生，该轴175延伸穿过球形框架120的直径。在该示例性实施方式中，磁体185是球形永磁体，并且在球形框架120的内部空间190内产生磁场225。
在一些方面中，磁性流体180是铁磁流体(例如，液体)。铁磁流体由载有小(例如，纳米尺寸)磁性颗粒的载体流体组成。铁磁流体的行为由于例如载体流体、温度、颗粒尺寸、形状和负载、颗粒的磁特性和所施加的磁场(例如磁场225)而变化。当暴露于磁场225时，磁化流体180中的磁化颗粒产生体积力。此外，铁磁流体的颗粒尺寸确保流体中的热扰动使颗粒保持悬浮。铁磁流体可以预期在150℃(例如，连续地)或200℃(例如，间歇地)的温度下运行。
如图2所示，循环曲线表示至少部分地由于由球形磁体185产生的磁场225(被引导以引起所示旋转)而引起的磁化流体180的循环运动。当热量在循环期间被传递到磁化流体180时(例如，来自pv电池110的热量)，系统充当铁磁流体或磁热泵。例如，简要参照图4，磁热泵是将磁性物质(磁化流体180)从低压区域移动到由热源(将热量传递到球形框架120的内部空间190中的pv电池110)产生的高压区域的装置。
图4示出了应用于太阳能系统100的磁热泵的操作的总体示意图，其表示图2所示的太阳能系统100的所描述的冷却系统的示例性操作。在这种情况下，“泵”指的是由于磁场225和由内部空间190内的磁化流体180的加热所引起的压差而产生的强制循环的流动路径。泵包含磁场(磁场225)和热源(来自pv电池110的热量)。在磁场225的影响下，磁化流体180被吸入泵中。当流体180沿着泵前进时，流体180被热源加热，直到磁化流体180的温度达到材料(例如，流体中的纳米颗粒)的铁磁特性显著降低的点。通常，当材料温度接近“居里点”(例如，在该温度下材料失去其永磁特性而将被感应磁性代替的温度)时发生。
低温进入的磁化流体(例如，流过下半球220的磁化流体180)被容纳在泵中的磁场吸引。泵中的被加热的材料(例如，在上半球215中流动的被加热的磁化流体180)不再受磁场的影响，并且通过进入材料(例如，从下半球220向上流动到上半球215的较冷的磁化流体180)从泵中排出。压头在泵中产生。来自泵的热材料(例如，来自上半球215的磁化流体180)被耗散并返回到泵输入(例如，下半球220内的球形框架120的容积)，从而完成泵送循环。
图3是包括用于使磁化流体循环以冷却太阳能系统100的至少一个磁体205的太阳能系统100的另一实施例的至少一部分的示意图。图3还示出了前面参照图1b描述的太阳能电池板清洁组件的部件。图3示出了太阳能系统100的该示例的侧视图。在该示例性实施例中，除了安装在球形框架120的内部空间190内的球形永磁体185(在该图中未示出，但在图2中示出)之外，或者作为安装在球形框架120的内部空间190内的球形永磁体185的替代，一个或多个环形永磁体205可以邻近球形框架120的外表面125周向地安装。
如图所示，环形永磁体205可以安装到保持环(cagering)195，该保持环195是在周向上围绕球形框架120的圆形结构。如图所示，环形永磁体205也可以安装到一个或多个保持架200，所述保持架200也围绕球形框架120周向地安装到保持环195。如图所示，保持架200被安装成使得每个保持架200的直径与保持环195的直径正交。
图3所示的太阳能系统100的实施例的运行类似于图2所示的太阳能系统100的运行，不同之处在于球形框架120的内部空间190内的磁场由环形永磁体205而不是由安装在内部空间190内的永磁体(例如，磁体185)产生，或者除了安装在内部空间190内的永磁体之外还由环形永磁体205产生。因此，如前所述，环形永磁体205可以生成至少部分地为应用于太阳能系统100的磁热泵提供动力的磁场。
如图2和图3进一步所示，球形框架120也可以通过上述磁热泵的操作而旋转(由旋转187示出)。例如，铁磁流体从容积190的冷部分到暖部分的迁移(例如，磁化流体180在容积190内的移动)可以产生足以使球形框架120在轴175上旋转的压差。在一些方面中，如稍后参照图9a-9b所示和所讨论的，旋转可以通过平衡的球形框架120(例如，在轴175上)和通过由安装在球形框架120的内表面170上的挡板形成的流动通道的磁化流体180的流动来实现或增强。
例如，如图所示，当磁化流体180在内部空间190中循环时，旋转力可以通过移动流体180被施加在球形框架120的内表面170上。该旋转力可以使球形框架120(如果在轴175上自由旋转)也绕轴线210旋转。在一些方面中，例如，对于通过周期性地旋转太阳能电池板105通过清洁溶液135(在图1b和图3中示出)来自动清洁pv电池110，框架120的这种旋转可能是期望的。在一些方面中，球形框架120的旋转速度可以至少部分地基于被加热的材料(例如，上半球215内的磁化流体180)和被冷却的材料(例如，下半球220内的磁化流体180)之间的温度梯度。
图6是包括内部球形壳体245的太阳能系统100的至少一部分的示意图。如图所示，图2示出了通过球形框架120的直径和内部球形壳体245截取的太阳能系统100的侧视截面图。内部球形壳体245安装在轴175上，并限定球形框架120的内部空间190的额外的内部空间。在球形框架120的内表面170和内部球形壳体245之间进一步限定了环空191。
总体地，作为一些示例，内部球形壳体245为安装在轴175上的一个或多个永磁体(例如，磁体185)、冷源(如稍后描述)提供封壳，或提供用于封装太阳能系统100的其它部件的封壳。例如，图7是太阳能系统100的至少一部分的示意图，该太阳能系统100包括安装在内部球形壳体245中的至少一个磁体250、以及设置在由磁体250包围的容积内的传热材料260。在该实施方式中，内部球形壳体245与球形(永)磁体250分隔开，该球形(永)磁体250安装在壳体245的容积内。在替代的实施方式中，球形磁体250可以形成限定里面设有传热材料260的容积的壳体。
球形磁体250可以安装在轴175上，并且与图2中所示由球形磁体185产生磁场225非常相似，球形磁体250产生磁场(这里未示出)。因此，球形磁体250可以在球形框架120的内部空间190内产生磁场，该磁场至少部分地为如前所述的应用于太阳能系统100的磁热泵提供动力。因此，在该示例中，球形磁体250产生磁场，该磁场驱动(连同温度梯度)内部空间190内和环空191中的磁化流体180。
内部球形壳体245的内部空间可以包括或限定冷源(例如，在具有或不具有球形磁体250的实施例中)。冷源包括传热材料260。例如，壳体245内的冷源可以提供可用于吸收例如来自pv电池110的热能的中心容积。该中心容积可以以各种热交换技术的形式被使用，该各种热交换技术包括通过将氢氧化钙(ca(oh)2)晶体熔化在水溶液中或通过使用可调相变材料(pcm)的化学吸收。任何一种材料以及其它示例都可以用作传热材料260。此外，材料的量可以基于包括在冷源内的传热材料的配方并通过调节内部球形壳体245、球形框架120、太阳能电池板105的尺寸或其组合被调整(和可调整)，以提供期望的传热量。此外，在一些方面中，传热材料260可以在太阳能系统100的白天运行时间期间从pv电池110吸收热能，并通过吸收该热能而从固相变到液相。然后，随着太阳能系统100周围的环境温度降低，在夜间非运行时间期间(例如，当没有或可忽略的太阳能入射到太阳能系统100上时)，传热材料260可以固化。
在一些方面中，传热材料260是pcm，例如一种或多种石蜡。例如，通常发现石蜡是白色、无气味、无味道、蜡状固体，其典型熔点在约46℃和68℃(115°f和154°f)之间。一些石蜡产品具有270°f的熔化温度。在一些方面中，传热材料260可以是具有不同熔点的石蜡的混合物，以在热能被吸收时更均匀且缓慢地从固相变到液相。例如，可以基于从pv电池110移除所需的热量来配制低温、中温和高温合成物的组合和数量。在一些情况下，可以使用高长链有机酸和盐溶液的混合物来降低石蜡的熔点。表1示出了来自internationalgroupinc.的商业石蜡的示例，其可以单独或组合用作传热材料260。
表1
图8a是太阳能系统100的至少一部分的示意图，该太阳能系统100包括至少一个环形磁体265和用于冷却太阳能系统100的磁化流体180。如图所示，图8a示出了通过球形框架120的直径截取的太阳能系统100的侧视截面图。总体地，图8a示出了太阳能系统冷却系统的示例性实施例，该太阳能系统冷却系统使用环形磁体265来产生磁场270，以使磁化流体180循环通过球形框架120的内部空间190。通过使磁化流体180在内部空间190内循环，来自pv电池110(在该图中未示出)的热量可以通过球形框架120(例如，从外表面125到内表面170)传递并且进入磁化流体180中。被接收到磁化流体180中的热量可以被传递到例如冷源(如前所述)、清洁溶液135或其它冷却源(例如冷却线圈、珀尔帖冷却器或与磁化流体180热连通的其它冷却源)。如图所示，磁化流体180被容纳在球形框架120内，并在内部空间190内自由循环。磁化流体180的循环可以至少部分地由安装在轴175上的磁体265产生，其中该轴175延伸穿过球形框架120的直径。
图8b是磁性流体密封系统的示意图，该磁性流体密封系统可以与包括太阳能电池板清洁组件的太阳能系统100一起实施。例如，如包括太阳能电池板清洁组件的图8a所示，其中该太阳能电池板清洁组件包括围绕球形框架120的下半球220呈半球状地定位的贮存器130。贮存器130保持清洁溶液130。在该示例性实施方式中，磁性流体密封系统包括铁磁流体密封件，该铁磁流体密封件使用磁化流体来产生密封，使得液体(例如，清洁溶液135)不会从容器(例如，贮存器130)逃逸。如图所示，磁性流体密封系统包括安装在贮存器130和球形框架120的外表面125之间的磁体275。磁体275包括磁极件280并产生磁通量285。磁通量285穿过磁性流体290的环，以为流体290内的颗粒供给能量。通过通量285保持抵靠在球形框架120的外表面125和磁极件280的磁性流体290产生流体密封，以防止或帮助防止清洁溶液135从贮存器130中逃逸。
图9a-9b是太阳能系统100的另一实施例的至少一部分的示意图，该太阳能系统100包括太阳能电池板清洁组件的至少一个环形磁体300。如图所示，图9a示出了通过球形框架120的直径截取的太阳能系统100的侧视截面图。如图所示，图9b示出了通过环形磁体300截取的太阳能系统100的顶部截面图。总体地，图9a-9b示出了太阳能系统冷却系统的示例性实施例，该太阳能系统冷却系统使用环形磁体300(例如，在轴线210处绕球形框架120沿周向安装)来产生磁场，以使磁化流体(在该图中未示出)循环通过球形框架120的内部空间190。通过使磁化流体在内部空间190内循环，来自pv电池110(在该图中未示出)的热量可以通过球形框架120(例如，从外表面125到内表面170)传递并且进入到磁化流体180中。被接收到磁化流体中的热量可以被传递到例如冷源(如前所述)、清洁溶液135或其它冷却源(例如，冷却线圈、珀尔帖冷却器或与磁化流体180热连通的其它冷却源)。
图9a-9b还示出了球形框架120的示例性实施例，球形框架120包括形成框架120的内表面170(例如，附接到框架120的内表面170或与框架120的内表面170形成一体)的一个或多个挡板305。挡板305形成流动路径310，在流体循环通过内部空间190期间，磁化流体流动通过该流动路径310。例如，如前所述，铁磁流体从容积190的冷部分到暖部分的迁移(例如，磁化流体在容积190内的移动)可以产生足以使球形框架120在轴(例如，轴175，在这些图中未示出)上旋转的压差。在一些方面中，旋转可以通过平衡的球形框架120(例如，在轴上)和通过由安装在球形框架120的内表面170上的挡板305形成的流动通道的磁化流体的流动来实现或增强。例如，当磁化流体如图所示在内部空间190内循环时，旋转力可以通过移动流体被施加在球形框架120的内表面170上。该旋转力可以使球形框架120(如果在轴上自由旋转)也绕轴线210旋转。在一些方面中，例如，对于通过周期性地旋转太阳能电池板105通过清洁溶液135来自动清洁pv电池110，框架120的这种旋转可能是期望的。在一些方面中，球形框架120的旋转速度可以至少部分地基于被加热的材料(例如，上半球215内的磁化流体)和被冷却的材料(例如，下半球220内的磁化流体)之间的温度梯度。
虽然本公开包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对本公开的范围或可要求保护的范围的限制，而应被解释为对本公开的特定实施方式所特定的特征的描述。在本公开中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合提供。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合提供在多个实施方式中。此外，尽管特征可以如上所述地在某些组合中起作用，甚至最初就是这样要求保护的，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或者子组合的变型。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描述了操作，但是这不应被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这样的操作，或者要求执行所有所示的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。此外，上述实施方式中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者被封装到多个软件产品中。
因此，已经描述了本公开的特定实施方式。其它实施方式在所附权利要求的范围内。例如，权利要求中记载的动作可以以不同的顺序执行，并且仍然实现期望的结果。
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