聚光太陽電池

1、什么是聚光光伏什么是聚光光伏 ？與其他光伏發(fā)電技術(shù)路線一樣，聚光光伏也是與其他光伏發(fā)電技術(shù)路線一樣，聚光光伏也是通過光電轉(zhuǎn)換材料的光伏效應(yīng)實現(xiàn)發(fā)電。其所使用通過光電轉(zhuǎn)換材料的光伏效應(yīng)實現(xiàn)發(fā)電。其所使用光電轉(zhuǎn)換材料，可以是晶硅材料，也可以是其他光光電轉(zhuǎn)換材料，可以是晶硅材料，也可以是其他光電材料。這一技術(shù)的要點(diǎn)在于，利用光學(xué)聚焦裝置電材料。這一技術(shù)的要點(diǎn)在于，利用光學(xué)聚焦裝置把太陽光集中到一小片光電材料上，以此節(jié)省昂貴把太陽光集中到一小片光電材料上，以此節(jié)省昂貴的半導(dǎo)體材料，達(dá)到同樣的陽光利用效率。與一般的半導(dǎo)體材料，達(dá)到同樣的陽光利用效率。與一般直覺認(rèn)識所不同的是，聚光技術(shù)僅僅是增大了光的直覺

2、認(rèn)識所不同的是，聚光技術(shù)僅僅是增大了光的能量密度，并不意味著能量的放大。能量密度，并不意味著能量的放大。 聚光光伏與一般光伏不太一樣的情況：聚光光伏與一般光伏不太一樣的情況： 首先，因為光學(xué)系統(tǒng)一般只能對直射光或者平行光進(jìn)行聚首先，因為光學(xué)系統(tǒng)一般只能對直射光或者平行光進(jìn)行聚焦，盡管太陽光照射到地球時可以認(rèn)為是平行光，但到達(dá)地面焦，盡管太陽光照射到地球時可以認(rèn)為是平行光，但到達(dá)地面的陽光，卻有一部分是經(jīng)過散射、反射或者漫反射到達(dá)的，這的陽光，卻有一部分是經(jīng)過散射、反射或者漫反射到達(dá)的，這部分陽光就無法為聚光系統(tǒng)所利用。通常情況下，直射陽光成部分陽光就無法為聚光系統(tǒng)所利用。通常情況下，直射陽光成

3、分占總輻射的分占總輻射的85%（因不同地區(qū)而異）。（因不同地區(qū)而異）。 其次，因為要保持聚光系統(tǒng)正對著太陽，跟蹤系統(tǒng)就成為其次，因為要保持聚光系統(tǒng)正對著太陽，跟蹤系統(tǒng)就成為聚光光伏必不可少的重要部件。傳統(tǒng)上，光伏發(fā)電設(shè)備不帶轉(zhuǎn)聚光光伏必不可少的重要部件。傳統(tǒng)上，光伏發(fā)電設(shè)備不帶轉(zhuǎn)動部件一度被認(rèn)為是光伏發(fā)電的一大亮點(diǎn)，但隨著跟蹤系統(tǒng)技動部件一度被認(rèn)為是光伏發(fā)電的一大亮點(diǎn)，但隨著跟蹤系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步和成本下降，更最重要的是可靠的增加，因此其他光術(shù)的進(jìn)步和成本下降，更最重要的是可靠的增加，因此其他光伏技術(shù)帶跟蹤器的方案也慢慢的被行業(yè)接受。伏技術(shù)帶跟蹤器的方案也慢慢的被行業(yè)接受。 再者，在使用的光電材料

4、上，早期的聚光再者，在使用的光電材料上，早期的聚光光伏仍然使用晶硅材料，但隨著其他更高光伏仍然使用晶硅材料，但隨著其他更高光電轉(zhuǎn)換效率材料的發(fā)展和聚光比的提高，光電轉(zhuǎn)換效率材料的發(fā)展和聚光比的提高，III-V族砷化鎵系列的半導(dǎo)體多結(jié)材料慢慢成族砷化鎵系列的半導(dǎo)體多結(jié)材料慢慢成為聚光光伏使用的主流材料，而晶硅材料為聚光光伏使用的主流材料，而晶硅材料在聚光比提高以后無法承受高密度的光照，在聚光比提高以后無法承受高密度的光照，僅停留在低倍聚光上應(yīng)用。因此，聚光光僅停留在低倍聚光上應(yīng)用。因此，聚光光伏又分為低倍聚光（伏又分為低倍聚光（LCPV）和高倍聚光）和高倍聚光（HCPV）。）。一、聚光光伏發(fā)電的

5、特點(diǎn)一、聚光光伏發(fā)電的特點(diǎn) 高效太陽能聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢相對硅基太陽電池主高效太陽能聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢相對硅基太陽電池主要體現(xiàn)在高效、低成本、環(huán)保三個方面：要體現(xiàn)在高效、低成本、環(huán)保三個方面： 高效：高效：世界上聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)模組的轉(zhuǎn)換效率約在世界上聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)模組的轉(zhuǎn)換效率約在20-28，最高的達(dá)到了，最高的達(dá)到了30，是目前其它太陽電池發(fā)電技，是目前其它太陽電池發(fā)電技術(shù)難以達(dá)到的。術(shù)難以達(dá)到的。 低成本：低成本：規(guī)模化電站建設(shè)高效太陽能聚光光伏系統(tǒng)模組規(guī)?；娬窘ㄔO(shè)高效太陽能聚光光伏系統(tǒng)模組在在2009 年有望達(dá)到年有望達(dá)到2美元美元/W 以下，約低于硅基太陽電池的以下，約低

6、于硅基太陽電池的20； 環(huán)保：環(huán)保：制造高效聚光太陽電池模組耗費(fèi)的電能約運(yùn)行后制造高效聚光太陽電池模組耗費(fèi)的電能約運(yùn)行后半年可以收回，且制造環(huán)節(jié)不產(chǎn)生任何污染，運(yùn)行半年可以收回，且制造環(huán)節(jié)不產(chǎn)生任何污染，運(yùn)行20-25 年年后所有部件可回收再生。后所有部件可回收再生。195019601970198019902000201020202030051015202530354045a-SiThin-Film SiCIGSNew Mater.OrganicIII-V Concentrator TandemCryst.SiYearEfficiency (%)不同太陽電池轉(zhuǎn)換效率的增長趨勢不同太陽電池轉(zhuǎn)換效

7、率的增長趨勢聚光光伏發(fā)電的電價將率先低于傳統(tǒng)電價聚光光伏發(fā)電的電價將率先低于傳統(tǒng)電價19952000200520102015200.40.5ConcentratorThin-FilmCrystal SiYearUS $/KWh0.6光伏發(fā)電成本分析光伏發(fā)電成本分析Cited from: Nasser H. Karam, et al, Solar Energy Materials & Solar Cells 66 (2001) 453-466.資料來源：資料來源：FhG-ISE缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 對陽光要求較高，需要在直射陽光條件好的地區(qū)建對陽光要求較高，需要在直射陽光條件好的地

8、區(qū)建設(shè)電站；設(shè)電站； 聚光光伏系統(tǒng)（特別是高倍聚光系統(tǒng)）不能吸收太聚光光伏系統(tǒng)（特別是高倍聚光系統(tǒng)）不能吸收太陽散射光，太陽直射光稍有偏離電池，就會使得發(fā)陽散射光，太陽直射光稍有偏離電池，就會使得發(fā)電量急劇下降，因此往往需要配備高精度太陽跟蹤電量急劇下降，因此往往需要配備高精度太陽跟蹤器。器。 聚光太陽電池在工作時溫度會升高，因此有時需要聚光太陽電池在工作時溫度會升高，因此有時需要配置散熱器。配置散熱器。1.由于真正進(jìn)入實際應(yīng)用的時間不長，還缺乏統(tǒng)一標(biāo)由于真正進(jìn)入實際應(yīng)用的時間不長，還缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證。準(zhǔn)和認(rèn)證。二、聚光光伏部件二、聚光光伏部件聚光光伏結(jié)構(gòu)：聚光光伏結(jié)構(gòu)：聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)由太

9、陽能接收器、聚聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能接收器、聚光鏡、太陽跟蹤機(jī)構(gòu)組成。光鏡、太陽跟蹤機(jī)構(gòu)組成。聚光太陽能接收器包括聚光太陽能電池、聚光太陽能接收器包括聚光太陽能電池、旁路二極管和散熱系統(tǒng)等。旁路二極管和散熱系統(tǒng)等。1 聚光太陽電池聚光太陽電池用于聚光太陽電池的單體，與普通太陽電池略有不同，因需耐用于聚光太陽電池的單體，與普通太陽電池略有不同，因需耐高倍率的太陽輻射，特別是在較高溫度下的光電轉(zhuǎn)換性能要得高倍率的太陽輻射，特別是在較高溫度下的光電轉(zhuǎn)換性能要得到保證，故在半導(dǎo)體材料選擇、電池結(jié)構(gòu)和柵線設(shè)計等方面都到保證，故在半導(dǎo)體材料選擇、電池結(jié)構(gòu)和柵線設(shè)計等方面都要進(jìn)行一些特殊考慮。最理想的制造

10、聚光太陽電池的材料為要進(jìn)行一些特殊考慮。最理想的制造聚光太陽電池的材料為砷砷化鎵化鎵，因為它的禁帶寬度和載流子濃度均適合于在強(qiáng)光下工作。，因為它的禁帶寬度和載流子濃度均適合于在強(qiáng)光下工作。其次是單晶硅材料。在電池結(jié)構(gòu)方面，聚光電池的其次是單晶硅材料。在電池結(jié)構(gòu)方面，聚光電池的-結(jié)構(gòu)要結(jié)構(gòu)要求較深，普通太陽電池多用平面結(jié)構(gòu)，而聚光太陽電池常采用求較深，普通太陽電池多用平面結(jié)構(gòu)，而聚光太陽電池常采用垂直結(jié)構(gòu)，以減少串聯(lián)電阻的影響。同時，聚光電池的柵線也垂直結(jié)構(gòu)，以減少串聯(lián)電阻的影響。同時，聚光電池的柵線也較密，典型的聚光電池的柵線約占電池面積的。較密，典型的聚光電池的柵線約占電池面積的。1、讓單晶

11、硅承受較高倍聚光、讓單晶硅承受較高倍聚光雖然砷化鎵可以承受雖然砷化鎵可以承受1000倍的光強(qiáng)，但是現(xiàn)在砷倍的光強(qiáng)，但是現(xiàn)在砷化鎵價格昂貴，并且砷化鎵中的砷是劇毒物質(zhì)，化鎵價格昂貴，并且砷化鎵中的砷是劇毒物質(zhì)，不可能大幅度的降低制造成本，另外在以環(huán)保為不可能大幅度的降低制造成本，另外在以環(huán)保為主題的國際環(huán)境下也不可能大量使用，最后只能主題的國際環(huán)境下也不可能大量使用，最后只能是單晶硅是單晶硅;但是單晶硅一般只能承受但是單晶硅一般只能承受3到到5倍的光倍的光強(qiáng)，在強(qiáng)，在CPV領(lǐng)域領(lǐng)域3到到5倍的聚光幾乎不怎么能降低倍的聚光幾乎不怎么能降低成本，要想大幅度降低成本必須達(dá)到成本，要想大幅度降低成本必須

12、達(dá)到10左右。為左右。為了達(dá)到了達(dá)到10倍的聚光必須用特制的單晶硅。倍的聚光必須用特制的單晶硅。2、散熱：、散熱：普通的硅光電池板在夏日中午時溫度能到普通的硅光電池板在夏日中午時溫度能到75度以上，普通的硅電池度以上，普通的硅電池板在兩倍太陽光強(qiáng)下時間一長就會起泡，在板在兩倍太陽光強(qiáng)下時間一長就會起泡，在5倍太陽光強(qiáng)下倍太陽光強(qiáng)下10分鐘分鐘就會就會起泡，在就會就會起泡，在10倍太陽光強(qiáng)下倍太陽光強(qiáng)下5分鐘就會起泡，起泡后太陽能分鐘就會起泡，起泡后太陽能電池片就會被氧化，在很短的時間內(nèi)就會大幅降低效率，另外起泡電池片就會被氧化，在很短的時間內(nèi)就會大幅降低效率，另外起泡后由于受熱不均勻，常常有電

13、池片炸裂的，這樣系統(tǒng)就完全不可用。后由于受熱不均勻，常常有電池片炸裂的，這樣系統(tǒng)就完全不可用。如果太陽能電池板使用鋁或者銅制的散熱片進(jìn)行自然散熱，需要大如果太陽能電池板使用鋁或者銅制的散熱片進(jìn)行自然散熱，需要大量的散熱片，造價特別貴，貴到比硅光片還要貴量的散熱片，造價特別貴，貴到比硅光片還要貴;如果使用強(qiáng)制風(fēng)冷，如果使用強(qiáng)制風(fēng)冷，就要使用大量的電能，得不償失，并且風(fēng)扇的壽命與可靠性不高，就要使用大量的電能，得不償失，并且風(fēng)扇的壽命與可靠性不高，要想達(dá)到高可靠性必須有錯誤檢查與冗余設(shè)置，這樣就會成幾倍增要想達(dá)到高可靠性必須有錯誤檢查與冗余設(shè)置，這樣就會成幾倍增加造價，如果在夏天的中午風(fēng)扇壞了，整

14、個硅光電池板有可能被徹加造價，如果在夏天的中午風(fēng)扇壞了，整個硅光電池板有可能被徹底燒壞。如果使用水冷除了要使用電力外，造價也不便宜，水冷由底燒壞。如果使用水冷除了要使用電力外，造價也不便宜，水冷由于管路多，連接點(diǎn)多，還需要水泵，故障點(diǎn)必然多，可靠性還不如于管路多，連接點(diǎn)多，還需要水泵，故障點(diǎn)必然多，可靠性還不如風(fēng)冷，當(dāng)然水冷的效率要高于風(fēng)冷，但是在故障率決定一票否決制風(fēng)冷，當(dāng)然水冷的效率要高于風(fēng)冷，但是在故障率決定一票否決制的太陽能系統(tǒng)中不可用。的太陽能系統(tǒng)中不可用。3、反光板：、反光板：普通的鏡子，塑料反光板由于反射層與骨架層普通的鏡子，塑料反光板由于反射層與骨架層(比如玻璃比如玻璃)熱脹冷

15、縮系數(shù)不一樣在室外熱脹冷縮系數(shù)不一樣在室外2-4年反射面就會脫落，在沙年反射面就會脫落，在沙漠高溫差地方可能幾個月就完全不能使用了，并且反光率漠高溫差地方可能幾個月就完全不能使用了，并且反光率會慢慢下降。會慢慢下降。另外國內(nèi)外也有用高反射率的薄鋁板，但是這種鋁板不能另外國內(nèi)外也有用高反射率的薄鋁板，但是這種鋁板不能經(jīng)受冰雹，并且不能擦洗，如果擦洗會產(chǎn)生永久性損傷，經(jīng)受冰雹，并且不能擦洗，如果擦洗會產(chǎn)生永久性損傷，這種鋁板使用期限為這種鋁板使用期限為8年左右，并且反光率逐年降低，年左右，并且反光率逐年降低，8年年就基本只有就基本只有40%的反光率了，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到太陽能系統(tǒng)要的反光率了，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)

16、到太陽能系統(tǒng)要求的求的25年年;鋁板有貼保護(hù)膜的，但是保護(hù)膜造價高，也不鋁板有貼保護(hù)膜的，但是保護(hù)膜造價高，也不防冰雹，不能解決所有問題。另外為了降低成本鋁板一般防冰雹，不能解決所有問題。另外為了降低成本鋁板一般都為都為0.3毫米左右，這樣加工特別困難，加工成本特別高。毫米左右，這樣加工特別困難，加工成本特別高。4、跟蹤器：、跟蹤器：光伏電池只有在聚光器的焦點(diǎn)才能工作，因為地球光伏電池只有在聚光器的焦點(diǎn)才能工作，因為地球陽每時每刻都在轉(zhuǎn)動，所以必須使用跟蹤器才能保陽每時每刻都在轉(zhuǎn)動，所以必須使用跟蹤器才能保證光伏電池處于聚光器的焦點(diǎn)證光伏電池處于聚光器的焦點(diǎn);跟蹤器是跟蹤器是CPV系統(tǒng)系統(tǒng)的主

17、要系統(tǒng)之一，沒有跟蹤器系統(tǒng)就不能運(yùn)行，跟的主要系統(tǒng)之一，沒有跟蹤器系統(tǒng)就不能運(yùn)行，跟蹤器除了保證系統(tǒng)能運(yùn)行外還能比不帶跟蹤的系統(tǒng)蹤器除了保證系統(tǒng)能運(yùn)行外還能比不帶跟蹤的系統(tǒng)平均多平均多30-40%的電。但是跟蹤器是機(jī)械結(jié)構(gòu)，長的電。但是跟蹤器是機(jī)械結(jié)構(gòu)，長年累月的運(yùn)行會出故障，并且會有磨損，跟蹤器如年累月的運(yùn)行會出故障，并且會有磨損，跟蹤器如果出現(xiàn)故障系統(tǒng)就不能運(yùn)行果出現(xiàn)故障系統(tǒng)就不能運(yùn)行(發(fā)不出電發(fā)不出電)，如果有磨，如果有磨損了跟蹤精度就會降低，由于損了跟蹤精度就會降低，由于CPV系統(tǒng)對跟蹤精度系統(tǒng)對跟蹤精度是有要求的，如果精度降低整個發(fā)電系統(tǒng)就不能正是有要求的，如果精度降低整個發(fā)電系統(tǒng)就

18、不能正常運(yùn)行常運(yùn)行高倍聚光電池具有代表性的是砷化鎵（高倍聚光電池具有代表性的是砷化鎵（GaAs）太陽電池。）太陽電池。1、光電轉(zhuǎn)化率：、光電轉(zhuǎn)化率：砷化鎵的禁帶較硅為寬，使得它的光譜響應(yīng)性和空間太陽光譜砷化鎵的禁帶較硅為寬，使得它的光譜響應(yīng)性和空間太陽光譜匹配能力較硅好。目前，硅電池的理論效率大概為匹配能力較硅好。目前，硅電池的理論效率大概為23%，而單，而單結(jié)的砷化鎵電池理論效率達(dá)到結(jié)的砷化鎵電池理論效率達(dá)到27%，而多結(jié)的砷化鎵電池理論，而多結(jié)的砷化鎵電池理論效率更超過效率更超過50%。2、耐溫性：、耐溫性：常規(guī)上，砷化鎵電池的耐溫性要好于硅電池，有實驗數(shù)據(jù)表明，常規(guī)上，砷化鎵電池的耐溫性

19、要好于硅電池，有實驗數(shù)據(jù)表明，砷化鎵電池在砷化鎵電池在250的條件下仍可以正常工作，但是硅電池在的條件下仍可以正常工作，但是硅電池在200就已經(jīng)無法正常運(yùn)行。就已經(jīng)無法正常運(yùn)行。3、機(jī)械強(qiáng)度和比重：、機(jī)械強(qiáng)度和比重：砷化鎵較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆，這一點(diǎn)使得其加工時比容砷化鎵較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆，這一點(diǎn)使得其加工時比容易碎裂，所以，目前常把其制成薄膜，并使用襯底（常為易碎裂，所以，目前常把其制成薄膜，并使用襯底（常為Ge 鍺鍺），來對抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術(shù)的復(fù)），來對抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術(shù)的復(fù)雜度。雜度。砷化鎵電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到的問題砷化鎵電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展遇到的問

20、題:第一，是制備費(fèi)用高居不下；第一，是制備費(fèi)用高居不下；第二，是砷化鎵的另一個組分砷有毒，對于環(huán)境安全和生產(chǎn)第二，是砷化鎵的另一個組分砷有毒，對于環(huán)境安全和生產(chǎn)工人自身身體安全都是一個不小的威脅，在沒有得到有力技工人自身身體安全都是一個不小的威脅，在沒有得到有力技術(shù)保證的前提下，一般的企業(yè)也不愿往這方面投產(chǎn)。術(shù)保證的前提下，一般的企業(yè)也不愿往這方面投產(chǎn)。第三，目前的砷化鎵電池由于自身物理因素的限制（脆性），第三，目前的砷化鎵電池由于自身物理因素的限制（脆性），一般制成帶襯底的薄膜電池，需要構(gòu)造隧道結(jié)和防止形成寄一般制成帶襯底的薄膜電池，需要構(gòu)造隧道結(jié)和防止形成寄生的生的p/n結(jié)，這增加了技術(shù)的

21、難度。結(jié)，這增加了技術(shù)的難度。第四，對于產(chǎn)業(yè)化來說，民眾認(rèn)可是很重要的，這些年來，第四，對于產(chǎn)業(yè)化來說，民眾認(rèn)可是很重要的，這些年來，對于砷化鎵光伏電池，民眾認(rèn)知度不夠，媒介和研究機(jī)構(gòu)的對于砷化鎵光伏電池，民眾認(rèn)知度不夠，媒介和研究機(jī)構(gòu)的宣傳推廣工作有些不力。宣傳推廣工作有些不力。第五，是國家政策，政府政策支持在光伏產(chǎn)業(yè)方面比較宏觀，第五，是國家政策，政府政策支持在光伏產(chǎn)業(yè)方面比較宏觀，目前還沒有做到對光伏電池行業(yè)進(jìn)行分類別對待，支持產(chǎn)業(yè)目前還沒有做到對光伏電池行業(yè)進(jìn)行分類別對待，支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在成本競爭不具備優(yōu)勢的情況下，政策支持的不力使發(fā)展，在成本競爭不具備優(yōu)勢的情況下，政策支持的不力使砷

22、化鎵產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)緩慢。砷化鎵產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)緩慢。2 聚光器聚光器根據(jù)光學(xué)原理，聚光器可以分為折射聚光器、反射聚光根據(jù)光學(xué)原理，聚光器可以分為折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、熒光聚光器、熱光伏聚光器和全息聚器、混合聚光器、熒光聚光器、熱光伏聚光器和全息聚光器等，其中，折射聚光器和反射聚光器是應(yīng)用最廣泛光器等，其中，折射聚光器和反射聚光器是應(yīng)用最廣泛的兩種聚光器。的兩種聚光器。根據(jù)聚光形式，聚光器可分為線聚光器和點(diǎn)聚光器。線根據(jù)聚光形式，聚光器可分為線聚光器和點(diǎn)聚光器。線聚光器通常包括條形透鏡、拋物槽或線聚光組合拋物面，聚光器通常包括條形透鏡、拋物槽或線聚光組合拋物面，聚光倍數(shù)通常較低。也有的線聚光

23、器采用二級聚光器設(shè)聚光倍數(shù)通常較低。也有的線聚光器采用二級聚光器設(shè)計，可以達(dá)剄較高計，可以達(dá)剄較高(300)的聚光率。線聚光器采用單軸的聚光率。線聚光器采用單軸跟蹤器既可滿足對太陽跟蹤的要求。點(diǎn)聚光器也叫軸向跟蹤器既可滿足對太陽跟蹤的要求。點(diǎn)聚光器也叫軸向聚光器，在點(diǎn)聚光器中，用以聚光的透鏡或反射鏡和太聚光器，在點(diǎn)聚光器中，用以聚光的透鏡或反射鏡和太陽能電池處于同一條光學(xué)軸線上，聚光倍數(shù)通常比較高。陽能電池處于同一條光學(xué)軸線上，聚光倍數(shù)通常比較高。點(diǎn)聚光器通常采用雙軸跟蹤器對太陽進(jìn)行跟蹤。點(diǎn)聚光器通常采用雙軸跟蹤器對太陽進(jìn)行跟蹤。根據(jù)幾何聚光率，聚光器可以分為低倍聚光根據(jù)幾何聚光率，聚光器可以

24、分為低倍聚光(1.510)、中倍聚光、中倍聚光(10100)和高倍聚光和高倍聚光(100)器。低器。低于于10倍的聚光器可以不需跟蹤太陽或者對跟蹤精度倍的聚光器可以不需跟蹤太陽或者對跟蹤精度要求相對較低，而且可以在一定程度上利用太陽輻要求相對較低，而且可以在一定程度上利用太陽輻射中的散射光，適用于太陽直射輻射條件不太好的射中的散射光，適用于太陽直射輻射條件不太好的地區(qū)。大于地區(qū)。大于10倍的聚光器可以節(jié)約倍的聚光器可以節(jié)約90面積的電池，面積的電池，能更好地降低成本，但是只能利用太陽輻射中約直能更好地降低成本，但是只能利用太陽輻射中約直射光部分，而且聚光倍數(shù)越高，對太陽跟蹤精度的射光部分，而且

25、聚光倍數(shù)越高，對太陽跟蹤精度的要求也越高。要求也越高。折射聚光器包括菲涅爾透鏡和普通透鏡，其中菲涅爾折射聚光器包括菲涅爾透鏡和普通透鏡，其中菲涅爾透鏡是平面化的聚光鏡，與普通透鏡相比，菲涅爾透透鏡是平面化的聚光鏡，與普通透鏡相比，菲涅爾透鏡具有質(zhì)量輕、成本低、應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。菲涅鏡具有質(zhì)量輕、成本低、應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。菲涅爾透鏡沒有光學(xué)元件所定義的焦平面，可以產(chǎn)生遠(yuǎn)好爾透鏡沒有光學(xué)元件所定義的焦平面，可以產(chǎn)生遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)成像光學(xué)的光強(qiáng)度增益。菲涅爾透鏡包括弓形于傳統(tǒng)成像光學(xué)的光強(qiáng)度增益。菲涅爾透鏡包括弓形和平面形兩種，其中弓形菲涅爾透鏡具有更好的光學(xué)和平面形兩種，其中弓形菲涅爾透鏡具有更好

26、的光學(xué)性能，但是加工難度相對較高。折射聚光器的透光效性能，但是加工難度相對較高。折射聚光器的透光效率受到透鏡材料、加工工藝、厚度以及太陽照射時間率受到透鏡材料、加工工藝、厚度以及太陽照射時間的影響，一般在的影響，一般在8093之間。另外，使用折射聚之間。另外，使用折射聚光器存在不同程度的色散現(xiàn)象，即波長不同，光的聚光器存在不同程度的色散現(xiàn)象，即波長不同，光的聚焦位置不同。焦位置不同。反射聚光器包括拋面鏡、平板、拋物槽、組合拋物反射聚光器包括拋面鏡、平板、拋物槽、組合拋物面面(cpc)等幾種類型。反射材料主要是鍍銀或鍍鋁等幾種類型。反射材料主要是鍍銀或鍍鋁玻璃，或在高分子材料的表面制備高反射率薄

27、膜作玻璃，或在高分子材料的表面制備高反射率薄膜作為反射面。反射式聚光器不存在色散現(xiàn)象，光斑輻為反射面。反射式聚光器不存在色散現(xiàn)象，光斑輻照分布均勻，反射效率可以接近照分布均勻，反射效率可以接近100。但是，太。但是，太陽能電池要安裝在反射面的上方，因此太陽能電池陽能電池要安裝在反射面的上方，因此太陽能電池及其固定裝置會在反射面上產(chǎn)生投影，進(jìn)而在太陽及其固定裝置會在反射面上產(chǎn)生投影，進(jìn)而在太陽能電池表面產(chǎn)生投影。此外，如果反射面受到污損，能電池表面產(chǎn)生投影。此外，如果反射面受到污損，反射率會急劇下降，從而導(dǎo)致光伏系統(tǒng)的輸出下降。反射率會急劇下降，從而導(dǎo)致光伏系統(tǒng)的輸出下降。二十一世紀(jì)初聚光器的發(fā)

28、展拋物面碟式拋物面碟式FISE與Ioffe研究院開發(fā) ENTECH公司的丙烯酸拱形線聚焦聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，公司的丙烯酸拱形線聚焦聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，聚光比聚光比24，口徑，口徑84cm，電池，電池4cm，雙軸跟蹤。，雙軸跟蹤。光伏國際公司光伏國際公司30 kW公用聯(lián)網(wǎng)屋頂式線性聚焦系統(tǒng)，公用聯(lián)網(wǎng)屋頂式線性聚焦系統(tǒng)，聚焦比為聚焦比為10X ，加州薩克拉門托的薩克拉門托市政公用區(qū)安裝。，加州薩克拉門托的薩克拉門托市政公用區(qū)安裝。太陽系統(tǒng)有限公司聚焦比為太陽系統(tǒng)有限公司聚焦比為500倍的拋物面碟，倍的拋物面碟，將要在澳大利亞被用于兩個聚光系統(tǒng)。將要在澳大利亞被用于兩個聚光系統(tǒng)。靜態(tài)聚光器l 新南威爾士

29、大學(xué)已開發(fā)了一種4倍聚光的靜態(tài)聚光鏡。l東京大學(xué)一直在研究二維和三維折射式靜態(tài)聚光鏡。 二維透鏡的聚光率為1.65倍，而三維透鏡的聚光率 為大約2倍。l UPM和ISOFOTON正在開發(fā)帶雙面電池的靜態(tài)聚光鏡。RXI光學(xué)聚光器光學(xué)聚光器 Heat sink 散熱片散熱片 GaAs solar cell GaAs太陽電池太陽電池電池直徑電池直徑3mm聚光鏡對角線聚光鏡對角線10cm模塊厚度模塊厚度3cm聚光比聚光比1000角孔徑角孔徑1.5UPM（馬德里技術(shù)大學(xué)）設(shè)計的（馬德里技術(shù)大學(xué)）設(shè)計的RXI微型聚光鏡原型微型聚光鏡原型聚光器依光學(xué)原理可分為折射聚光器和反射聚光器依光學(xué)原理可分為折射聚光器

30、和反射聚光器：聚光器：折射透鏡折射透鏡主要使用菲涅耳透鏡，這種透鏡具主要使用菲涅耳透鏡，這種透鏡具有質(zhì)量輕、厚度薄的特點(diǎn)。有質(zhì)量輕、厚度薄的特點(diǎn)。反射聚光器反射聚光器主要是鏡面反光板，根據(jù)聚光倍主要是鏡面反光板，根據(jù)聚光倍數(shù)的不同制作成長條狀或圓盤狀。隨著聚光數(shù)的不同制作成長條狀或圓盤狀。隨著聚光倍數(shù)的提高，各類新型聚光系統(tǒng)不斷推出，倍數(shù)的提高，各類新型聚光系統(tǒng)不斷推出，這類聚光系統(tǒng)通常在聚光器下增加一個二次這類聚光系統(tǒng)通常在聚光器下增加一個二次聚光器，以達(dá)到使射入電池表面光譜更均勻、聚光器，以達(dá)到使射入電池表面光譜更均勻、減少光損失、縮減聚光器到電池距離等目的。減少光損失、縮減聚光器到電池距

31、離等目的。衛(wèi)星上的聚光電池系統(tǒng)衛(wèi)星上的聚光電池系統(tǒng)ENTECHs current space concentrator module uses a small silicone Fresnel lens (8.5 cm wide) to focus sunlight at 8.5X concentration onto radiation-cooledtriple-junction photovoltaic cells (1.0 cm wide).Amonix, USA, 35 kW total反射式反射式CPVRussian Academy of Sciences11010005101520

32、2530321Efficiency, %Concentration, sunsEfficiency versus concentration for the GaAs (1) top cell and GaSb (2) bottom cell with prismatic cover. Curve (3) is summarized efficiency for these space cells (AM0):Eff. = 29.8%, 100suns. Eff. = 32-33%,AM1.5d, 50-200 suns 美國美國Spectrolab公司效率為公司效率為40.7的聚光太陽電池陣

33、列的聚光太陽電池陣列（ 200倍聚光條件下）倍聚光條件下）40.7 的超高效率的超高效率美國美國特拉華大學(xué)牽頭特拉華大學(xué)牽頭效率為效率為42.8的聚光太陽電池陣列的聚光太陽電池陣列42.4%HCPV 電池電池電能輸出穩(wěn)定電能輸出穩(wěn)定CPVCPV日發(fā)電曲線日發(fā)電曲線工業(yè)硅的生產(chǎn)工業(yè)硅的生產(chǎn)TrackerSolar cell chipMJFresnellensConnectionprotection6.00.00.51.01.52.02.5AlPGaPAlAsGaAsInPSiGeAlSbGaSbInAsInSbBandgap energy (eV)Lattic

34、e constant (A)Eg1Eg2two-junctionSCfour-junctionSCEg1Eg2Eg3Eg4GaNxAs1-xInNxP1-x 資料來源：招商證券資料來源：招商證券海外從事海外從事CPV 電池的企業(yè)電池的企業(yè)公司公司所在國家所在國家EmcoreSpectrolabSolFocusENTECHGreen VoltsSpire SemiconductorDelta ElectronicsBandgap EngineeringGlobal Communication SemiKopinMicrolink DevicesCyriumSolar SystemsIQEIMEC

35、Azur SolarCentro Elettrotecnico S.ItalianoSharp 美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國美國加拿大加拿大澳大利亞澳大利亞英國英國比利時比利時德國德國意大利意大利日本日本公司名稱公司名稱上 市上 市與否與否主營業(yè)務(wù)主營業(yè)務(wù)進(jìn)入進(jìn)入CPVCPV領(lǐng)域領(lǐng)域特點(diǎn)特點(diǎn)云南鍺業(yè)云南鍺業(yè)Y Y鍺礦鍺礦CPVCPV模塊和模組，發(fā)電模塊和模組，發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)控制了控制了CPVCPV產(chǎn)業(yè)鏈的最上游原材料，產(chǎn)業(yè)鏈的最上游原材料，并有國家并有國家863863計劃的支持計劃的支持萬家樂萬家樂Y Y輸配電產(chǎn)品及衛(wèi)廚家用電輸配電產(chǎn)品及衛(wèi)

36、廚家用電器器CPVCPV模組和發(fā)電系統(tǒng)模組和發(fā)電系統(tǒng)從傳統(tǒng)家電和電器設(shè)備生產(chǎn)到新從傳統(tǒng)家電和電器設(shè)備生產(chǎn)到新能源轉(zhuǎn)型能源轉(zhuǎn)型三安光電三安光電Y YLEDLED芯片芯片CPVCPV模塊和模組，發(fā)電模塊和模組，發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)LEDLED與與CPVCPV技術(shù)方面有相同之處，技術(shù)方面有相同之處，具有業(yè)務(wù)拓展的優(yōu)勢具有業(yè)務(wù)拓展的優(yōu)勢哈高科哈高科Y Y大豆的深加工和制藥大豆的深加工和制藥3MW3MW太陽能薄膜電池組太陽能薄膜電池組件中試生產(chǎn)線，采用聚件中試生產(chǎn)線，采用聚光光+ +薄膜技術(shù)薄膜技術(shù)同普尼太陽能公司合資成立普尼同普尼太陽能公司合資成立普尼太陽能（中國）有限公司，太陽能（中國）有限公司，新華光新華

37、光Y Y光學(xué)玻璃生產(chǎn)企業(yè)光學(xué)玻璃生產(chǎn)企業(yè)涉入涉入CPVCPV聚光玻璃市場聚光玻璃市場收購了天達(dá)光伏，參與收購了天達(dá)光伏，參與100MW100MW昆明昆明石林并網(wǎng)電站項目石林并網(wǎng)電站項目水晶光電水晶光電Y Y精密薄膜光學(xué)產(chǎn)品精密薄膜光學(xué)產(chǎn)品光學(xué)模組配套設(shè)施制造光學(xué)模組配套設(shè)施制造 公司傳統(tǒng)產(chǎn)品即薄膜光學(xué)產(chǎn)品，公司傳統(tǒng)產(chǎn)品即薄膜光學(xué)產(chǎn)品，技術(shù)上具有傳統(tǒng)的優(yōu)勢技術(shù)上具有傳統(tǒng)的優(yōu)勢利達(dá)光電利達(dá)光電Y Y透鏡、棱鏡等透鏡、棱鏡等聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)公司具有光學(xué)聚光鏡的生產(chǎn)能力公司具有光學(xué)聚光鏡的生產(chǎn)能力東山精密東山精密Y Y精密鈑金件精密鈑金件模組框架模組框架下游客戶為下游客戶為CPVCPV

38、優(yōu)秀系統(tǒng)集成商優(yōu)秀系統(tǒng)集成商SolfocusSolfocus揚(yáng)州中顯揚(yáng)州中顯N N 最早生產(chǎn)液壓成套設(shè)備最早生產(chǎn)液壓成套設(shè)備拉砷化鎵單晶半導(dǎo)體材拉砷化鎵單晶半導(dǎo)體材料料國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)CPV的機(jī)構(gòu)（一）的機(jī)構(gòu)（一）公司名稱公司名稱上市上市與否與否主營業(yè)務(wù)主營業(yè)務(wù)進(jìn)入進(jìn)入CPVCPV領(lǐng)域領(lǐng)域特點(diǎn)特點(diǎn)鐘順科技鐘順科技N N重點(diǎn)研發(fā)太陽能跟日系重點(diǎn)研發(fā)太陽能跟日系統(tǒng)，以及以跟日系統(tǒng)為統(tǒng)，以及以跟日系統(tǒng)為平臺的跟蹤式高效太陽平臺的跟蹤式高效太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)西 昌西 昌 C P VC P V 項 目 獲 國 家項 目 獲 國 家 “ 十 一十 一五五”863863計劃支持，并在重

39、慶和西計劃支持，并在重慶和西昌都建有昌都建有CPVCPV并網(wǎng)電站并網(wǎng)電站天津藍(lán)天太陽科天津藍(lán)天太陽科技有限公司技有限公司N N經(jīng)天津市政府與中國電子經(jīng)天津市政府與中國電子科技集團(tuán)公司簽訂合作協(xié)科技集團(tuán)公司簽訂合作協(xié)議，由天津電源研究所出議，由天津電源研究所出資成立的國有獨(dú)資公司資成立的國有獨(dú)資公司藍(lán)天太陽科技公司是具藍(lán)天太陽科技公司是具備從多結(jié)砷化鎵太陽電備從多結(jié)砷化鎵太陽電池到聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)池到聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)整條產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)能力的整條產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)能力的高科技公司高科技公司一期已投資一期已投資3 3億元，于億元，于20092009年底在年底在華苑產(chǎn)業(yè)區(qū)建成了華苑產(chǎn)業(yè)區(qū)建成了20MW20MW聚光

40、光伏聚光光伏生產(chǎn)線。生產(chǎn)線。上海聚恒上海聚恒N N公司開發(fā)的公司開發(fā)的500500倍聚光光倍聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)已應(yīng)用在大伏發(fā)電系統(tǒng)已應(yīng)用在大型光伏電站中型光伏電站中. .在云南石林云電投光伏電站場落在云南石林云電投光伏電站場落成?？傃b機(jī)容量達(dá)成?？傃b機(jī)容量達(dá)20KW20KW。北京北控綠色產(chǎn)北京北控綠色產(chǎn)業(yè)有限公司業(yè)有限公司Y Y在北京房山區(qū)投資了聚在北京房山區(qū)投資了聚光型光伏發(fā)電（光型光伏發(fā)電（CPVCPV）芯）芯片及模組生產(chǎn)線片及模組生產(chǎn)線房山區(qū)項目投資房山區(qū)項目投資1010億元億元國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)CPV的機(jī)構(gòu)（二）的機(jī)構(gòu)（二）臺灣核研所臺灣核研所CPV 發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)半導(dǎo)體所研制的

41、第一代聚光太陽電池半導(dǎo)體所研制的第一代聚光太陽電池1 departure 1 mm shiftAccuracy of trackerBetter than 1 High Efficiency Concentrated Photovoltaic SystemFresnel lensSolar cell chipPhotofunnelHigh Efficiency Concentrated Photovoltaic SystemHigh Efficiency Concentrated Photovoltaic SystemHeat sinkUnit of concentrated solar ce

42、llHigh Efficiency Concentrated Photovoltaic System 高效聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)原型樣機(jī)高效聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)原型樣機(jī) -15-10-50510150.00.81.0 relative power outputshift angle相對輸出功率隨接收角的變化相對輸出功率隨接收角的變化 入射角入射角4.5 輸出功率下降輸出功率下降10%中澳可再生能源研討會留影中澳可再生能源研討會留影世界電池產(chǎn)量發(fā)展概況世界電池產(chǎn)量發(fā)展概況 (MWp) Installed Capacities GW Year Predicted solar electri

43、cal capacities till 2030 year 完工時間完工時間功率功率地區(qū)地區(qū)所有者所有者2008 年年12 月月 2008 年年11 月月2008 年年9 月月2008 年年9 月月2008 年年7 月月2008 年年6 月月 2007 年年9 月月 2007 年年4 月月10MV10MV 3MV 300KW 200KW7.6KW 2.5KW 17KW希臘希臘西班牙西班牙西班牙西班牙西班牙西班牙西班牙西班牙美國美國美國美國美國美國Samaras GroupEMPE SolarInstitute of Concentration Photovoltaic Systems (ISFOC)KGO AM 810 Radio Transmitter SiteNational Energy Laboratory of Hawaii (NELHA)Palo Alto Regional Water Plant資料來源：招商證券國外國外CPV裝機(jī)情況裝機(jī)情況完工時間完工時間功