[科普中国]-浓缩电池板

背景

世界能源危机和环境污染使得开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展成为人类必须采取的措施。近年来，太阳能光伏发电技术和产业得到了长足的发展，太阳能光伏发电不仅是当今能源的一个重要补充，更具备成为未来主要能源之一的潜力。

目前，太阳能的利用形式主要有光热利用、光化学转换和光伏发电利用3种形式。光伏发电以电能作为最终输出形式，具有传输极其方便的特点，在通用性、可存储性等方面具有前两者无法替代的优势。且由于光伏电池的原料——硅的储量十分丰富、光伏电池转换效率的不断提高、生产成本的不断下降，都促使太阳能光伏发电在能源、环境和人类社会未来发展中占据重要地位，因而光伏发电受到广泛关注。

但在实际应用中，光伏发电还存在着很多问题：光伏发电成本高，光电转换效率低，多种因素阻碍并网发电系统的推广等。安装方面所呈现的问题也不容小觑。现行的电池板安装方案存在着很多不足，如：介于日光光强变化的随机性，光伏系统的有效日发电时间短；大型光伏发电系统无法跟踪太阳角度；系统无法自除雪；电池板无法抵抗台风袭击；阴影遮挡电池板易出现孤岛效应等。
而浓缩电池板，针对以上太阳电池板系统安装过程中遇到的问题，借助反光镜或是透镜使阳光汇聚在电池板上1。

实现方式采用聚透镜提高受光强度

为达到弱光高效发电的目的，设想一种高效太阳能光伏电池板，其技术方案包括太阳能电池板和覆盖在太阳能电池板受光面上的微棱透镜板。微棱透镜板由多个凸透镜紧密排列而成，利用构成微棱透镜板的多个凸透镜将照射到太阳能电池板的平行太阳光会聚成多个亮度更高的光束，提高了光电转换效率和光照强度较弱时太阳能电池板的输出电压，使太阳能电池板在太阳光较弱时也可正常供电。

微棱透镜板可以选择菲涅尔透镜，其特点是焦距短，比一般的透镜的材料用量更少、质量与体积更小。和早期的透镜相比，菲涅耳透镜更薄，因此可以传递更多的光。光线从一侧进人，经过菲涅尔透镜在另一侧出来聚焦成一点形成聚光镜1。

采用反射镜改变光线的照射角度

因为季节和每天时刻的不同，太阳照射角度都在不断变化，为使阳光都能以 倾角照射到极板上，设想在阳光照射角度没达到 时，通过反射镜将太阳光反射到极板上。由于地区关系，主要利用每天9：00～15：00的光能，因此反射镜的角度也以此为界限。用伸缩支架来控制角度的变化。
为使阳光能垂直照射在极板上，放置一面反射镜，并以伸缩支架来控制角度随时间的变化1。

捕捉阳光新技术光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，它的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置2。

它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。一年春夏秋冬周而复始，每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化。如果太阳能电池板能够时刻正对太阳，那么发电效率将会达到最佳状态。世界上通用的太阳跟踪控制系统都需要根据太阳能电池板安放点的经纬度等信息，计算出太阳在一年中每一天的不同时刻所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到可编程逻辑控制器、单片机或电脑软件中，也就是说靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的数据和设定，一旦安装就不便移动或装拆。由于原理、电路、技术和设备复杂，倘若太阳能电池板移动了，就必须重新设定数据和调整各个参数。

浓缩电池板，借助反光镜或是透镜使阳光汇聚在电池板上，缺点是要不停地控制它的焦点一直在电池板上，因为太阳在不停地动。而聚光发电技术则需要通过反光镜或者透镜等装置将太阳光聚集到一点，再进行光能到太阳能的转化2。

聚光太阳能发电是新能源发电的一种，使用抛物镜将光线聚集到装有合成油的吸热管上，再把加热到约 400℃的合成油输送到热交换器里，靠合成油的高热量把热交换器里的循环水加热，水加热后产生的水蒸气推动涡轮转动，使发电机运转发电。与传统发电方式相比，聚光太阳能发电不会对环境造成污染，并且太阳能是取之不尽用之不竭的能源，因此被越来越多的国家采纳并投入生产运营2。