[科普中国]-聚光太阳电池方阵

介绍

近年来，硅太阳电池工艺日趋成熟，产量大幅度增加，太阳电池，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50-60%。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。1

组成部分由聚光器、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。

优点与乎板太阳电池方阵相比，聚光方阵有着优越的性能。
1.效率高。硅太阳电池的光电转换效率在聚光率c不太高时，陇C的增加呈对数增加。因此，聚光电池方阵的效率比平板电池方阵高，一般要高30-40%。目前，美国聚光方阵的效率达12-14%，它远高于平板方阵的水平。
2.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)。
3.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。

4.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璃材料上，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。

特殊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准确。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2-3年。更重要的是，铝在0.85um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。

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。乎板方阵采用跟踪，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。

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，故对机械设计动部分要灵活而又坚固，能抗击工作地区的基本风压。1