用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统
HCPV技术路线
。
华宇光能 华上光电 华宇环能
(芯片设计与研发)
(芯片生产)
(电池模组封装、追日器与系统集成)
二、华宇HCPV参数
二、华宇HCPV参数
二、华宇HCPV参数
量产电池效率39%， 电池模组效率大于25%，系统效率大于20%。
技术经济指标：（同等辐射条件下，一般而言）
HCPV 160% 140% 120% 100% 晶硅平板
系 统 总 成 本 下 降 趋 势 现在
降低组件成本：大规模生产可以降低各组件成本。
四、华宇HCPV成熟度与可靠性
四、华宇HCPV成熟度与可靠性
四、华宇HCPV成熟度与可靠性
1、电池组件一体化封装
电池组件由透镜、电池和电池背板一体化封装而成，保证准确聚光 且在应用中不产生偏差。
四、华宇HCPV成熟度与可靠性
投资比1:1.2
产出比1:1.6
综合效益比1:1.3
光照越充足，聚光型发电越多，综合效益越明显，非常适合大规模光 伏电站。
三、华宇HCPV发展方向
三、华宇HCPV发展方向
三、华宇HCPV发展方向 提升电池效率：39% → 45%以上(量产)，在未来几年内实验室有望 突破50%。
电 池 效 率 提 升 趋 势 现在
专利25项，期刊论文、研讨会志或研究报告九十余篇。
附件：核心团队介绍
江鹏昆博士：
自2007年10月起任华宇光能副总裁至今。 江博士1985年获得美国北卡州立大学电机博士，申请美国专利2项 ，发表期刊论文等30余篇。 江鹏昆博士于1996 年在Spectrolab任职时，率领研发团队发表全 球第一篇III-V TJ 太阳能电池制作及测试结果论文。
附件：核心团队介绍
关于HCPV情况
关于HCPV 情况高倍聚光太阳能发电（英文缩写HCPV）是采用航天卫星用的砷化镓三结电池（常规多晶硅电池单结）加光学聚光（590-1090倍）提高太阳能到电池上的光能强度进行光伏发电的。
砷化镓三结电池，光电转换效率高达38%以上，但目前价格很高，只有航天不得已用之，作为民用，采用了光学聚光以减少用量，如，我们的HCPV就采用了590倍和1090倍（昊阳的）的两种菲涅尔透镜聚焦形式，每个电池的用量只有10×10mm和5.5×5.5mm大小。
聚焦到电池片上的温度高达800℃。
虽然这样奢华家电池用量减少了数百倍，但随之而来的其他系统就复杂了许多。
1、为提高太阳能利用率和聚光的需要，就必须保证太阳光线始终直射和无偏差的直射到电池芯片上，因此就需要高精度的跟踪系统，支架机械系统的刚强度、控制系统的高精度都形成了高要求；2、为保证光线有效地聚集到电池芯片上，菲涅尔透镜的材料和生产的要求，棱镜布光的要求都很高；3、高温下的芯片散热、导电体的防护和绝缘、防反二极管的工作正常都形成了关键技术；等等、、、、目前上述技术都得到了有效地解决，从而使得HCPV系统得到了应用，系统的发电效率达到了25%以上（常规多晶硅系统效率14%），等效发电时间也提高约25%左右。
但由于现行应用量还很小，没有形成产品的规模化、规范化、系列化，技术、模具和生产的效率成本摊薄到产品上的费用比较高，达到每瓦近20元（含跟踪系统），而目前多晶硅固定式只有10元左右（同比含支架）。
根据测算，格尔木地区非常适合采用HCPV的发电模式，如果采用同一种HCPV的产品规模达50MW，仅减少抛货运输成本一项，就可以在当地建设一个组装厂，50MW的规模可使成本减低20-30%，有100MW的规模，就可使每瓦成本降到11元左右。
接近现行多晶硅的水平。
因其可比常规多晶硅多发电40%以上，则将会有更好的投资价值。
此次国电集团确定在国电电力格尔木项目上进行HCPV的示范，就是看好了HCPV的前景（包括三安公司在南出口的示范也是抱着同样的目的）。
聚光太阳能电池的基本原理
聚光太阳能电池的基本原理聚光太阳能电池是一种利用聚光系统将太阳光聚焦到电池表面的光伏发电技术。
它的基本原理是光的聚光、吸收和转化。
聚光太阳能电池由透明表面、反射镜和太阳能电池组成。
透明表面通常是玻璃或塑料材料，它的作用是把太阳光传递到反射镜上。
反射镜用于聚光，将散射的太阳光线聚焦到太阳能电池表面上。
太阳能电池是由半导体材料制成的，当太阳光照射到电池表面时，光子被吸收并转化为电能。
具体来说，光子是光的最小单位，它携带着能量。
当光线照射到太阳能电池表面时，光子会与电池中的半导体材料相互作用。
半导体材料通常是硅或镓，它们具有特殊的电子结构，能够吸收光子。
当光子被吸收时，它会激发半导体材料中的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
在半导体材料中，导带中的电子具有自由运动的能力，而价带中的电子则被束缚在原子核周围。
当光子被吸收时，激发的电子和空穴会分别在导带和价带中自由运动。
这种分离的电荷就形成了一个电势差，也就是产生了电压。
为了提高聚光太阳能电池的效率，反射镜会把太阳光线聚焦到太阳能电池的表面上。
这样，更多的光子将被吸收，从而产生更多的电子和空穴。
同时，由于聚光太阳能电池表面的面积较小，电子和空穴之间的传输距离也较短，从而减少了电子和空穴的复合效应，提高了电池的效率。
聚光太阳能电池还可以通过优化半导体材料的能带结构来提高效率。
例如，通过在半导体表面引入能带势垒，可以增加光子被吸收的概率，进一步提高电池的效率。
总的来说，聚光太阳能电池利用聚光系统将太阳光线聚焦到电池表面，光子被吸收后会激发半导体材料中的电子从价带跃迁到导带，形成电子和空穴，从而产生电势差和电流。
通过优化半导体材料的能带结构和聚光系统的设计，可以提高聚光太阳能电池的效率，实现更高的光能转化效率。
1MW高倍聚光光伏发电并网系统的设计
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第３ １ 卷， 总第 １ ８ ２期 ２ ０ １ ３ 年１ １ 月， 第６ 期
《节 能 技 术 》
Ｅ ＮＥＲＧ Ｙ Ｃ ＯＮＳ Ｅ ＲＶＡ Ｔ Ｉ ＯＮ Ｔ Ｅ Ｃ ＨＮＯ Ｌ ＯＧ Ｙ
Ｖｏ １ ． ３１， Ｓ ｕ ｍ． Ｎｏ ．１ ８ ２
Ｎｏ ｖ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ． ２ ０ １ ３， Ｎｏ ． ６
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ １ ＭＷ Ｈ ＣＰＶ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｇｒ ｉ ｄ Ｃｏ ｎｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
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聚光光伏发电的设计术语和常识
聚光光伏发电的设计术语和常识：●菲涅尔透镜用于光伏发电的意义：一片好的电池片，光电转换效率高，一般在30%以上，因此价值也高，在没有聚光的条件使用，其太阳下发电量是一个定值，如果将一个大面积的太阳光（太阳光能量每平方米约1000W的功率），通过聚光镜聚集到小电池片上，其光强增加数倍，那么发电量也会增加数倍。
菲涅尔透镜其超薄的结构，低廉的价格，并可以大批量生产，所以用于聚光发电。
因此在建电站时，能节约电池片，降低成本，有利于规模光伏电站的推广。
●几何聚光倍率：是指太阳能聚光镜（菲涅尔透镜）的面积(为接受光的面积)，和电池片的面积比。
所以设计时，用电池片尺寸，需要的倍率，来推算透镜的尺寸。
●实际的聚光效率，则为几何聚光倍率和光学效率之乘积。
光学效率通常在80%-85%之间。
材料透光率约92%。
●焦径比是透镜焦距（F），与聚光透镜对角线（直径D）之比，通常控制在0.8—1.4之间，实际光的利用率较高。
●电池片的位置：根据电池片的尺寸，在透镜焦点以内，正好截取光斑为最佳，可用透镜尺寸，焦距和电池片尺寸，通过三角函数计算后，再试验取得。
如图：透镜●再就是光斑大小一事，因太阳为复色光，所以焦点光斑不是一个纯点，理论上说约3-5MM直径，太阳一天的明亮度不一样，光斑大小也变化，设计时考虑聚光比，电池片尺寸，光漏斗（或聚光棱镜）等综合评审，来提高光利用率，增加发电量。
砷化镓三五族太阳能电池技术问答何谓砷化镓三五族太阳能电池太阳能电池(Solar Cell)可大致分为三代，第一代为硅晶电池，又可大致分为单晶硅与多晶硅两种，商业应用之历史最悠久，已被广泛应用于家庭与消费性商品﹔第二代产品为薄膜太阳能电池，主要构成材料为非晶硅(Amorphous)与二六族化合物半导体，常被运用于建筑涂料﹔第三代即为砷化镓三五族太阳能电池，砷化镓(GaAs)被运用于太空作为发电用途已有很长的历史，主要因为砷化镓具有良好的耐热、耐辐射等特性，因此被广泛利用在太空发电用途，唯价格过于高昂，故过去未被使用于地面及家庭消费性用途。
咨询师再教育太阳能考题
ssssssssssssssssssssssssssrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr一、单选题 【本题型共10道题】1.光伏电站中场内集电线路敷设方式通常情况下采用（ ）。
A ．直埋B ．架空C ．电缆沟D ．暗敷梁内用户答案：[C] 得分：1.002.光伏电站站址所在地区，参考气象站应具有连续（ ）以上的太阳辐射长期观测记录。
A ．2年B ．5年C ．10年D ．15年用户答案：[C] 得分：1.003.光伏发电站安装容量小于或等于30MW 时，宜采用（ ）。
A ．单母线接线B ．单母线分段接线C ．双母线接线D．双母线分段接线用户答案：[A] 得分：1.004.超导储能是将超导材料制成超导线圈，通过功率调节器将低谷电网多余的电能以（）直接储存在超导线圈中。
A．机械能的形式B．化学能的形式C．磁场能的形式D．电能用户答案：[C] 得分：1.005.超导储能是将超导材料制成超导线圈，通过功率调节器将低谷电网多余的电能以（）直接储存在超导线圈中。
A．机械能的形式B．化学能的形式C．磁场能的形式D．电能用户答案：[C] 得分：1.006.坡屋面光伏发电站的建筑主要朝向宜为（），宜避开周边障碍物对光伏组件的遮挡。
A．东B．南C．西D．北用户答案：[B] 得分：1.007.光伏发电聚光光伏系统中，线聚焦聚光宜采用（）跟踪系统。
A．单轴B．双轴C．主动控制方式D．被动控制方式用户答案：[A] 得分：1.008.光伏电站贮油设施内应铺设卵石层，其厚度不应小于（），卵石直径宜为50mm-80mm。
A．50mmB．100mmC．200mmD．250mm用户答案：[D] 得分：1.009.以下选项属于我国第 III类太阳能资源区的有（）。
A．宁夏北部.甘肃北部.新疆东部.青海西部和西藏西部B．河北西北部.山西北部.内蒙古南部.宁夏南部.甘肃中部C．河北东南部.山西南部.新疆北部.陕西北部.甘肃东南部.广东南部D．湖南.湖北.广西.江西.浙江.福建北部.广东北部.陕西南部用户答案：[C] 得分：1.0010.以下选项属于我国第 II类太阳能资源区的有（）。
第三代太阳能技术高聚光HCPV与聚光CPV附股
第三代太阳能技术高聚光HCPV与聚光CPV 附股使用晶硅电池和薄膜电池进行光电转换，分别是第一、第二代太阳能利用技术，均已得到了广泛应用。
利用光学组件将太阳光汇聚后，再进行利用发电的聚光太阳能技术，即高效的CPV系统发电，被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术。
与前两代电池相比，CPV采用多结的III-V族化合物电池，具有大光谱吸收、高转换效率等优点。
聚光型太阳能(ConcentratorPhotovoltaic,CPV)是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的太阳能电池直接转换为电能的技术，CPV是聚光太阳能发电技术中最典型的代表。
与晶硅和薄膜型平板式太阳能发电系统相比，CPV因其高转换效率和小得多的半导体材料用量，是最具有发展成为大型支撑电源潜力的太阳能发电方式。
通过简单复制的规模化部署，单一CPV电厂可以轻易达到MW 级规模，未来这一数字甚至有望达到100MW。
HCPV就是高聚光太阳能，高聚光太阳能(HCPV)与聚光(CPV)太阳能技术是通过聚光的方式把一定面积上的太阳光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域(焦斑)，太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可，从而大幅减太阳能电池的用量。
一、CPV系统优势1、CPV系统具有转换率优势和耐高温性能。
硅电池的理论转换效率大概为23%，单结的砷化镓电池理论转换效率可达27%，CPV采用的多结的III-V族电池对光谱进行了更全面的吸收，其理论转换率可超过50%。
即使考虑到聚光和追踪所产生的误差损失，目前的CPV系统转换效率可达25%，高于目前市售晶硅电池17%左右的转换效率。
同时，砷化镓系电池的高温衰减性能强于硅系电池，更适合应用于日照强烈的荒漠地区。
同时，CPV系统的生产过程更加节能环保。
聚光倍数越大，所需的光伏电池面积越小，对高达几百倍的HCPV系统来说，硬币大小的转换电池就可转换碗口面积的光能。
在节省半导体材料用量的同时，降低了太阳能发电系统的生产成本和能耗，使CPV具有更短的能量回收期。
用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统
完成 ２ Ｏ ５ ０倍 太 阳能聚光 系统 的设 计 ， ０～ ０ 同时设计 了单 片 型 高倍 太 阳能聚 能 光 学组 件 ， 用热 压
成型 方 法研 制 了太阳能 聚 能透镜 （ 副镜 ） 。采 用 １ ６个性 能相 同的聚 光 光 学组件 和 相 同数 量 的 三
结型 太 阳能 电池组成 高倍 聚 光型 太 阳 能光 伏 组 件 ， 大地提 高 了聚光 比 ， 太 阳能 光 伏 发 电的 极 为
Ｇａ ／ ）ｈｇ ｆｉｉｎ ｏａ ｅｌ ｆｔ ｅｓ ｍｅｖ ｌ ｍｅ ｒ ｓ ｄ ｔ ｏ ｍ ｏ ｌｔ ｎｔｏ Ａｓ Ｇｅ ｉ ｈ ｅｆｃｅ ｔｓ ｌｒｃ ｌｓｏ ｈ ａ ｏ ｕ ｓｗｅｅｕ ｅ ｏ ｆ ｒ ａｃ ｍｐ ｅｅｕ ｉ ｆａ
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第32卷第3期2011年5月应 用 光 学Journal of Applied Optics Vol 132No.3M ay 2011文章编号:1002-2082(2011)03-0389-06用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统张 平1,2,洪剑麟1,夏 念1,金小伟1(1.杭州永莹光电有限公司,浙江杭州310051;2.华中科技大学,湖北武汉430074)摘 要:研究了基于三结型(InGaP/InGaAs/Ge)高效太阳能电池的太阳能光伏发电的高倍聚光系统。
该系统采用高次非球面光学玻璃卡塞格林系统,运用Zem ax 和Tr acepro 光学设计软件完成200~500倍太阳能聚光系统的设计,同时设计了单片型高倍太阳能聚能光学组件,用热压成型方法研制了太阳能聚能透镜(副镜)。
采用16个性能相同的聚光光学组件和相同数量的三结型太阳能电池组成高倍聚光型太阳能光伏组件,极大地提高了聚光比,为太阳能光伏发电的高倍聚光器设计提供参考和依据。
关键词:太阳能;高倍聚光器;热压成型;非球面透镜;光伏发电中图分类号:T N29;T H 706 文献标志码:ASolar photovoltaic power generation with high -concentration -ratio systemZH ANG Ping 1,2,H ONG Jian -lin 1,XIA Nian 1,JIN Xiao -w ei 1(1.Hang zhou Y ongy ing O pt ic &Electr onic Co.,L td.,H ang zho u 310051,China;2.Huazho ng U niver sity of Science and T echnolog y,W uhan 430074,China)Abstract:Based on three -junctio n (InGaP/InGaAs/Ge)high efficient solar cell,the PV conver -sion of a hig h pow er optical system w as achiev ed,which used hig h -order precision aspheric Cassegrain sy stem.Tw o so lar PV systems of 200-500times co ncentratio n -ratio w ere o btained w ith Zemax and Tracepro.One o f them w as a monolithic system w ith solar condenser compo -nent.Seco ndary m ir ror o f high pow er solar PV sy stem w as m anufactured using ho t -pr ess for ming.16sets of optical concentration elem ents co mbined w ith three -junction (InGaP/In -GaAs/Ge)hig h efficient solar cells of the same volumes w ere used to form a com plete unit of a hig h pow er solar condenser PV system.T he solar concentration ratio is greatly increased,w hich pr ovides a g ood refer ence for the desig n of solar PV pow er generation and high -conver -g ence -ratio facilities.Key words:solar energ y;high -pow er condenser;hot -press forming;aspheric lens;photovoltaic pow er generation收稿日期:2010-10-16; 修回日期:2010-11-16基金项目:浙江省重大科技专项(优先主题)研究与产业化项目(2008C11038)。
作者简介:张平(1946-),女,浙江杭州人,教授、技术顾问,主要从事光电工程、光电光学系统设计和非球面光学应用研究工作。
E -mail pzhang8@引言光伏发电经历了第一代晶硅电池(17%左右的转换效率)和第二代薄膜电池,第三代高效H CPV 系统发电。
CPV 采用多结的III -V 族化合物电池,具有全光谱、高转换效率(可达36%左右的转换效率)等优点,采用廉价的聚光型光伏系统可减少给定功率所需的太阳能电池面积。
为了大幅度降低太阳能光伏发电成本,我们致力于太阳能光伏发电高倍聚光系统及采用热压成型方法研制500倍聚光太阳能聚能透镜(副镜),应用光学2011,32(3)张平,等:用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统聚能透镜可构成高倍聚光型太阳能发电用光伏组件,并通过境外合作者完成样品CPV国际标准IEC62108的各项测试。
在研发过程中,同时申请相关专利5项,其中发明专利2项。
采用新结构和热压成型工艺研发高功率聚光型太阳能光伏组件,提高太阳能高倍聚光光伏组件的转换效率,降低太阳能光伏发电成本。
1用于太阳能光伏发电高倍聚光型太阳能光伏组件采用热压成型方法研制成的500倍聚光太阳能聚能透镜(副镜)可构成高倍聚光型太阳能发电用光伏组件,该组件采用模块式的设计方案,由4 @4个模块构成,每个模块包括:高倍率的太阳能聚光器件(可提高太阳能聚光比500倍);多结太阳能电池组件和散热机构(接收太阳的谱段范围350 nm~1800nm,太阳能转换效率高达36%),太阳辐射有效能是波长的函数,在0~380nm、380nm ~1100nm、1100nm~2.5nm范围内的有效能占总有效能的比例分别为15%、65%和20%。
将高倍率的太阳能聚光器件与太阳能电池制成太阳能光伏组件,外加太阳能自动跟踪聚焦式系统,可数百倍地提高发电功率,降低光伏发电的成本。
在构成太阳电池阵列时,为避免组合损失,应尽可能选用参数一致的太阳电池组件。
按照系统所需功率及电压的大小,可以用多个(例如几个、几十个、几百个甚至成千上万个)组件按串、并联规则组合一起,构成光伏阵列,以便把太阳能直接转换为电能后向负载供电。
为了确保太阳能光伏系统的性能与功能,光伏模块应通过IEC62108等国际标准检测,以保证电池板的安全性、光电性能和环境可靠性。
聚光器提高光能密度的倍数称为聚光比,当光学系统为理想系统时,可以用几何聚光比X c来表示聚光的程度,即为聚光器接收太阳辐射的入射面积与光电转换表面积之比。
但在实际情况下,考虑r为光学系统的反射率,对于折射聚光器用透过率t代替,k为聚光器的光效率(受光面的光能和入射的光能之比),实际聚光比为X c实=rk X c理设计举例。
高倍聚光型模块可采用卡塞格林光学系统和多结太阳能电池组成,使太阳光聚光比为500倍,如高次非球面主镜口径(256m m@256m m)、高次非球面副镜口径(45mm@45 m m),在导光棱镜的端面附近设置多结太阳能电池(光电池的接收面积为10mm@10mm),非球面主镜和次镜表面经镀膜处理,可反射红外段波和可见光波段的太阳光(350nm~1750nm)(镜面反射率高达95%以上),考虑塞格林光学系统产生遮拦现象而引起光能损耗、材料吸收、成型和安装工艺、生产尺寸、面形误差造成变化引起光损耗,整个光学系统透过率约为83%。
综上所述,当入射太阳能强度为800W/m2,以三结型InGaP/In-GaAs/Ge太阳能电池为主要部件的聚光太阳能电池以其高效率(可达到36.23%以上),系统采用?1b精度的跟踪量,构成新一代太阳能聚光器。
单个模块的输出功率约为17W,整个高倍聚光型太阳能光伏组件考虑系统透过能量损耗等因素,并满足三结型InGaP/InGaAs/Ge太阳能电池正常工作条件,由4@4个模块构成的光伏组件可输出功率最大值为214W(P max),最大电压为39V (V max),最大电流5.5A(A max)。
2用于高倍太阳能聚光系统设计要点2.1用于高倍聚光型太阳能光伏组件电池目前高效三结GaInP/GaInA s/Ge太阳能电池主要生产厂家为美国Spectrolab、EM CORE、德国AZUR、意大利CES、比利时ENE、中国天津电源研究所、上海空间研究院811所等。
以三结型InGaP/InGaAs/Ge太阳能电池为主要部件的聚光太阳能电池以其高效率(可达到36.23%以上)、高温性能好(工作温度每升高1e性能仅下降0.2%,可在200e情况下正常工作,聚光倍数可达500倍以上等特点被国际公认为最有发展前途和最具商用价值的新一代太阳能器件。
我们在系统研制时使用了2种高效三结太阳能电池,以设计和开发太阳能聚光器的光学器件。
一种太阳能组件是应用EM CORE T1000三结型高效太阳能电池,1cm见方的砷化镓聚光太阳能电池在500倍聚光下等效于7张12.5cm见方的硅光电池,由16个装有T1000三结型高效太阳能电池的聚光器模块组成光伏组件。
另一种为中国台湾公司生产的三结InGaP/InGaA s/Ge太阳能电池(已封装),如图1所示。
在锗基板上用电子-空穴阳极组成三结型In-GaP/InGaAs/Ge太阳能电池,波长使用范围为# 390 #应用光学2011,32(3)张平,等:用于太阳能光伏发电的高倍聚光系统图1三结InGaP/InGaA s/G e太阳能电池Fig.1Three-junction(InGaP/InGaAs/Ge)solar cell0.3L m~1.8L m,入射照明可接受高达1200suns (太阳聚光比)和更高的电流密度,每节标准尺寸为10@10mm2(受光面积)。
三结型高效太阳能电池10@10m m2受光面积电池输出参数如表1所示。
表1电池输出参数Table1Output parameters of cell1X(10@10)mm2470X(10@10)mm21150X(10@10)mm21X(5@5)mm2效率31.23%36.23%33.07%29%V o c/V 2.583 3.051 3.078 2.57J sc13.9mA/cm2 6.49A/cm215.92A/cm2 4.0mA/cm2 V mp/V 2.32V 2.704V 2.523V 2.29VJ mp13.46mA/cm2 6.27A/cm215.04A/cm2 3.9mA/cm2 P m p31.23mW/cm217.03W/cm238.03W/cm28.93mW/cm2 2.2高倍率聚光型太阳能聚光器件的设计现在分析高倍光伏聚光器光学结构类型。