[科普中国]-聚光太阳电池方阵场

简介

近年来，硅太阳电池工艺日趋成熟，产量大幅度增加，太阳电他，从空间应用转向地面应用，降低太阳电池成本已成为当务之急。

在硅太阳电池成本中，硅材料约占50一60%。若能利用小面积的硅片接受投射在大面积范围的阳光，就能减少硅材料消耗，降低发电成本。由此人们自然想到了聚光器，将聚光技术应用到太阳电池方阵上，构成聚光太阳电池方阵。通常将与此有关的技术称为聚光光伏技术。

阳光经聚光镜会聚到聚光单电池组件，每个电池平均发电功率在4W以上。聚光器的形式是多种多样的。从光学原理上分，有反射式和折射式，从聚焦性能来分，有点聚焦和线聚焦，从几何形状上看，有平面的、球面的、双曲面的和抛物面的等等。另外还有荧光式的。所用聚光器的不同导致聚光方阵形式的不同。但是不管哪种形式的聚光方阵，它们都由以下基本部分组成：

1.聚光方阵组件。它由聚光器、电池、散热器等组成，这是实现聚光和光电转换的基本部件。

2.跟踪控制器。这是保持方阵对太阳进行跟踪的电子装置。

3.支撑及机械传动装置。它能安全支撑方阵并能按聚光器要求的自由度和范围运动。1

聚光技术聚光技术是降低太阳电池利用总成本的一种有效措施。

它通过聚光器使较大面积的阳光会聚在一个较小的范围内，并将太阳电池置于光斑或光带上，以增加光强，克服太阳辐射能流密度低的缺陷，从而获得更多的电能输出。2

优越的性能与平板太阳电池方阵相比，聚光方阵有着优越的性能。

效率高由聚光器、太阳电池、护罩、散热器组成的基本单元叫做聚光电池组件，由一系列聚光电池组件组成的独立发电系统就是聚光电池方阵。聚光电池方阵的效率比平板电池方阵高，一般要高30一40%。目前，美国聚光方阵的效率达12一14%，它远高于平板方阵的水平。

输出功率大聚光方阵一般都跟踪太阳，方阵总处于最佳工作状态。一天中的平均输出功率与不跟踪的平板方阵相比约高30%(标称功率相同)。

便于综合利用聚光器的使用给光热利用创造了条件，在散热器处安装集热管，可得到热水，实现光电、光热综合利用。据报道，该综合系统得到的热功率约为电功率的3倍。这样，系统的热、电总效率可达40%以上。

成本低由于采用聚光技术，使一片电池可以发挥几十片电池的作用，使硅片用量大大减少。方阵的成本由硅材料转移到廉价的金属材料和有机玻确材料上，主要工艺也由半导体工艺转移到普通机械加工工艺上，这样既便于实现自动化连续生产，又为进一步降低成本创造了条件。1

特殊的要求聚光方阵的优点是明显的。但是它与普通太阳电池方阵不同，有着自己的特殊要求。

设计制造有效的聚光器实现聚光并不困难，但要求聚光效率高却不容易。首先，所用聚光器材料的透光率(对折射式聚光器)或反射率(对反射式聚光器)要足够高；其次，聚光器的形状要加工得很淮确。反射材料用镀银玻璃，可以得到较高的反射率，但不经济。

目前出现的涂铝塑料也可采用,但由于一般塑料对湿气的防护作用较差,所以这种材料的寿命较短，一般不超过2一3年。更重要的是，铝在0.85微米波长处有一个很陡的吸收峰,会影响太阳电池的效率。采用抛光铝板也有同样的问题。

另外，反射式聚光器的收集器位于入射阳光一侧，不可避免要遮蔽部分受光面积。因此，用反射式聚光器做成的聚光组件，其效率比折射式聚光器要低10%左右。折射式聚光器采用透镜聚光，目前几乎无例外地都采用菲涅耳透镜。菲涅耳透镜的原料为有机坡璃，其透光率约为92%。

采用不同的设计可灵活地改变菲涅耳透镜的聚焦特性。菲涅尔透镜一般采用塑料模压或注塑工艺成形，目前透镜效率已超过85%。

跟踪太阳的向题为了使聚光方阵正常工作,应该采用跟除控制器使方阵正对太阳。平板方阵采用跟踪，可使方阵输出功率提高30%。几十倍以上的聚光方阵(荧光式聚光器除外)如不采用跟踪，光斑就会偏离电池，使方阵无功率输出。根据不同方阵设计，可采用一维跟踪或二维跟踪。跟踪精度的要求因所用聚光器不同而不同。一般来说，聚光率越高对跟踪精度的要求就越高。通常40倍左右的聚光方阵，对跟踪精度的要求大约为0.5。

传动机构及方阵支撑聚光方阵作为一种地面用太阳能发电系统,是相当庞大和笨重的，因此要有坚固的支撑。同时它又要跟踪太阳，能灵活转动，故对机械设计和加工提出了较高的要求。机械传动部分要灵活而又坚固,能抗击工作地区的基本风压。

电池的互联和散热一片聚光电池可以代替几十片电池工作，在它上面集中了较多的能量，这些能量中转换为电能的部分通过互联条被引导到外负载，互联条要有足够的截面积，在它上面要流过几安培甚至几十安培的电流。其余部分的能量以热的形式散失掉。因此要求电池组件的热阻要小，否则会使电池温升过高，甚至烧毁电池。电池的温度是影响方阵效率的重要因素。

广阔的前景聚光方阵虽然出现时间不长，但其发展是很快的，目前在世界许多地方已经出现了几百千瓦的聚光方阵场，在降低成本上也收到了明显的效果。据报道，聚光方阵的成本已降到普通平板·板方阵的一半以下。1