聚光光伏技术介绍
聚光光伏（CPV）技术
聚光光伏（CPV）技术一、概念聚光太阳能是使用透镜或反射镜面等光学元件，将大面积的阳光汇聚到一个极小的面积上，再进行进一步利用产生电能的太阳能发电技术。
聚光太阳能技术可以分为三大类，即三种表现形式：CPV聚光光伏：将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光伏电池直接转换为电能（Concentrated Photovoltaics）；CPV是聚光太阳能发电技术中最典型的代表。
CST聚光光热：利用汇聚后的太阳光产生的高热量加热液态工质，再进行热力发电（Concentrated Solar Thermal）；CPVT：以上两者的结合形式（Concentrated Photovoltaics andThermal）CPV聚光光伏系统可以按汇聚太阳光的方式不同分为两个大类，即采用镜面聚光的反射式和采用透镜聚光的透射式。
什么是高聚光光伏？它的基本原理说起来很简单，就是一个放大镜。
通过把太阳光聚集到一点，配以高效电池，提高光电转换率，减少半导体电池使用量，降低成本。
何谓(高倍)聚光型太阳能发电系统聚光型太阳能系统(CPV)是使用光学组件如菲涅耳透镜(Fresnel lens)将阳光聚光至一个小点上，以期在极少的芯片面积上，达到高倍的聚光效果，太聚所生产之芯片在五十至一千倍之聚光倍率下皆表现亮丽。
第三代CPV(聚光太阳能)发电方式正逐渐成为太阳能领域的焦点。
光伏发电经历了第一代晶硅电池和第二代薄膜电池，目前产业化进程正逐渐转向高效的CPV系统发电。
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。
注：所谓III-V族化合物半导体，是指元素周期表中的III族与V族元素相结合生成的化合物半导体，主要包括镓化砷（GaAs）、磷化铟（InP）和氮化镓等。
此类材料具有闪锌矿结构(Zincblende)结构。
键结方式以共价键为主。
由于五价原子比三价原子具有更高的阴电性，因此有少许离子键成份。
各个光伏电池技术的效率极限
各个光伏电池技术的效率极限
光伏电池技术的效率极限因技术类型和实施条件而异。
以下是各种光伏电池技术的效率极限：
单晶硅光伏电池：单晶硅光伏电池的效率极限通常在15%至22%之间。
其效率受到材料质量、表面光洁度、掺杂剂浓度和温度等因素的影响。
多晶硅光伏电池：多晶硅光伏电池的效率极限通常在13%至18%之间。
多晶硅光伏电池具有较低的成本和较高的产量，因此在商业应用中仍具有吸引力。
薄膜光伏电池：薄膜光伏电池的效率极限通常在8%至15%之间。
由于使用薄的半导体材料层，因此具有较低的成本和较高的产量。
薄膜光伏电池通常使用非晶硅、铜铟镓硒（CIGS）和染料敏化等技术。
聚光光伏（CPV）技术：聚光光伏技术使用高倍聚光镜将阳光聚焦到小型高效率的多结太阳能电池上。
其效率极限通常在30%至40%之间，但需要跟踪太阳的运动以保持聚焦。
热光伏（TPV）技术：热光伏技术使用太阳能将热能转换为电能。
其效率极限通常在15%至20%之间，但具有较高的可靠性，能够在恶劣的环境条件下运行。
光化学光伏（Photo-electrochemical）技术：光化学光伏技术使用光化学方法将太阳能转换为电能。
其效率极限通常在10%至15%之间，但具有较低的成本和较高的产量潜力。
总之，各种光伏电池技术的效率极限不同，选择哪种技术取决于应用需求和实施条件。
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。
聚光型光伏发电的太阳能定位和跟踪系统
聚光型光伏发电的太阳能定位和跟踪系统和高强的辐射能量，日渐成为资源利用的首要选择。
聚光型光伏发电的基本原理是采用带有菲尼尔透镜的太阳能电池板，利用图像采集传感器，拍摄参照物的太阳影子长度，并以与垂直投影做出的比较测出太阳的偏转角度，通过高速控制芯片，根据对采集信息的分析，控制传动机构调节太阳能电池板的偏转角度，实现对太阳的定位和跟踪，从而实现太阳能的高效采集。
关键词：聚光型；光伏发电；跟踪；定位；高效1 设计思路目前我国的太阳能利用率处于较低水平，主要原因是太阳能密度低，照射到地面上的平均光强只有1kW／m2，并且随着季节和天气因素的变化，更增强了太阳能利用的难度；我国现有的太阳能电池板的发展水平也限制了太阳能的利用率，目前，单晶体硅的太阳能转化率可以达到23％，多晶体硅可以达到16％，而薄膜的只能达到8％。
这具有挑战性的难题是这次太阳能定位和跟踪系统设计的出发点。
为了克服太阳能量密度低的劣势，我们采用了带有定位与跟踪功能的太阳能电池板支架，利用电机传动带动电池板的两个自由度的旋转，尽量使每个时刻电池板都能垂直接收太阳能。
跟踪功能的实现根本是定位，我们使用分辨率为640 乘以320 的CCD 图像采集传感器，以至少0．2 s／幅的速度来拍摄参考物的太阳影子长度并与参考物的垂直投影作比较，精确地测量出当前太阳的偏转角度；通过高速的控制芯片，将得到的角度进行采集与处理，得到相应的控制角度与位移量。
这样，定位的目的实现了，跟踪的效率自然就会大大提高。
使用精度为1／10 000 度的伺服电机与高精度涡轮蜗杆传动机构，使太阳能支架能自如的旋转，以最高的效率接受太阳能。
2 支架设计部分在设计太阳能电池板支架的过程中，不仅要考虑到材料自身重量和惯性的因素，还要考虑到投入应用后，实际的自然条件的因素。
大风是不可忽略的一个重要自然现象，在世界各。
太阳能聚光光伏(CPV)技术
太阳能聚光光伏（CPV）技术
聚光光伏（CPV）技术，即利用菲涅尔透镜等光学部件，将阳光汇聚到一个面积很小但功率很高的电池芯片上，通过提高单位面积的光照强度，来提高系统输出功率。
该技术降低了光伏材料的用量，提高了系统的输出功率，从而降低了发电成本。
聚光光伏系统的核心部件为多结化合物电池芯片、散热装置、菲涅尔透镜等光学部件以及双轴跟踪系统。
不同于硅电池，聚光光伏采用的是多结太阳能电池（GaInP/GaAs/Ge），其特性：
•太阳光全谱带吸收，电池的光电转换率>41% （三五族材料中的每层材料都可吸收太阳光中不同光谱的光，如下图所示）
•优良的温度特性，在高倍聚光条件下具有更高的转换效率
•电池效率每年以1-1.5% 的速度稳步增长，2015年预计可达50%，理论极限70%。
2024年聚光光伏市场发展现状
2024年聚光光伏市场发展现状引言近年来，光伏发电作为一种清洁能源形式，得到了广泛的关注和应用。
而聚光光伏作为光伏发电的一种新技术，具有高转换效率和较小占地面积等优势。
本文将对聚光光伏市场的发展现状进行深入分析，并探讨其未来的发展前景。
聚光光伏技术及工作原理聚光光伏技术是利用光学聚焦将太阳光线聚集到光伏电池上，从而提高电能的产生效率。
其工作原理是通过反射镜或透镜将太阳光线聚焦到较小的光伏电池上，使得单位面积上的光照强度大大增加，进而提高光伏发电的效率。
聚光光伏市场概况聚光光伏市场处于快速发展阶段，主要体现在以下几个方面：技术创新推动市场发展随着科技的进步，聚光光伏技术不断创新，不断提高光伏发电效率，降低成本。
一些新型聚光光伏系统如高集成度聚光光伏系统和微透镜全息聚光光伏系统等的出现，为聚光光伏市场的发展带来了新的机遇。
政策支持带动市场需求政府对可再生能源的政策支持和鼓励，为聚光光伏市场的发展提供了有力支撑。
一些国家和地区通过减税、补贴等政策，吸引了众多企业投资光伏发电项目，促进了聚光光伏市场的快速增长。
市场竞争激烈，企业积极布局随着市场需求的增加，聚光光伏市场竞争也日益激烈。
许多光伏企业积极布局聚光光伏市场，加大研发投入，提高产品质量和技术水平，争取在市场竞争中获得更大的份额。
聚光光伏市场面临的挑战尽管聚光光伏市场发展迅猛，但仍然面临一些挑战：技术难题有待解决聚光光伏技术的进一步提升和突破仍然面临一些技术难题。
例如，如何解决高浓度太阳能光束对光伏电池产生的热量问题，以及如何克服光伏系统在温度、湿度等环境条件变化下的不稳定性等。
市场规模与成本之间的矛盾聚光光伏技术相较于传统光伏技术更为昂贵，因此成本是制约其市场发展的一个重要因素。
然而，随着市场规模的扩大，一些成本问题如光伏电池材料成本和生产成本的高昂，成为制约聚光光伏市场进一步发展的瓶颈。
聚光光伏市场未来发展趋势尽管聚光光伏市场面临一些挑战，但其未来仍然具有广阔的发展前景。
太阳能热发电和聚光光伏发电
太阳能热发电技术
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槽式
碟式
塔式
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太阳能热发电三种基本形式
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三种系统比较：
塔式效率高，槽式成本低，碟式单机可标准化 生产，三种方式各自优势明显，同时缺点也很 明显：塔式一次性投入大，槽式相对塔式和碟 式效率较低，碟式单机规模很难做大。 目前来说，塔式和碟式尚处于研究、开发、示 范阶段，槽式已经是最成熟的商业化技术。
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发展方向：
（1）先进的聚光器结构； 围绕结构（轴式—衍架式）；长度（100米—150米）；聚光镜材料； 玻璃厚度；降低整机重量等等。
LS3型100米长阵列
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EUROTROUGH型150米长阵列
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（2）性能提高的真空管接收器； 涂层技术提高发射率；结构上最大限度减少阴影面积；调 整相关材料配方，使得可伐更好封接等等。
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（4）联合发电系统。与常规电站联合，由太阳能提供汽轮机中、低 压部分的蒸汽。这样可提高系统效率，降低成本。
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（5）可靠性技术研究。例如，运动中的高温真空 接收器在聚光器阵列两端与布置在地面上不动的 导热油管路之间存在一个重要的活动密封连接问 题。现在一般设计为球型关节，需要考虑高温、 一定压力、处于运动状态、密封等因素。 （6）极轴跟踪技术。南北向聚光集热器由原来的 水平放置改为面朝南的倾斜轴，充分考虑方位角 和高度角的影响，从而更有效地接收太阳辐射能。
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单台碟式太阳能发电机
多套并联的碟式太阳能发电机站
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聚光光伏(CPV)
聚光光伏聚光光伏（CPV）是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光伏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。
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。
利用光学元件将太阳光汇聚后再进行利用发电的聚光太阳能技术，被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术。
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。
利用光学元件将太阳光汇聚后再进行利用发电的聚光太阳能技术，被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术。
技术展望有别与传统硅晶型以及薄膜型，聚光型太阳光电(HCPV)的技术最显着的优点在于它的高光电转换效率。
这种太阳电池芯片在聚焦太阳光500倍左右时它的光电转换效能介于36-40%之间，光电模组的效能在22-28%之间。
整个系统的效能在18-20%之间。
以年度发电量而言，在相同的条件下，系统(结合双轴追日技术)约是传统硅晶型的1.2-1.4倍左右，此点是HCPV技术的竞争优势。
HCPV技术最适合应用于大型电厂，特别是在阳光日照充足、干燥、低湿度的地区。
目前HCPV 的核心技术-三结化合物电池和高倍聚光技术的开发和制造已经突破了国外企业的封锁，目前在国内实现大规模量产的企业有国内上市企业三安光电旗下的日芯光伏，他们已经能够实现1000倍聚光和40%以上的光电转换效率。
日芯光伏科技有限公司参与了我国《聚光型光伏模块和模组设计鉴定和定型》认证技术规范制定工作，为通过本次认证，日芯光伏科技有限公司经过了申请、送样、型式试验、工厂检查、合格评定、发证等认证环节，也为我国今后聚光光伏组件的质量认证工作积累了宝贵经验。
系统效率比较能量转化效率薄膜型太阳能 7%～9%晶硅型太阳能 14%～17%第一代核能电厂 30%火力发电 36.8%聚光光伏(CPV) 27%～30%聚光光热 (CSP) 13%～19%。
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光伏系统功率对比
追踪系统工作方式
3 聚光光伏技术优势
• 发电效率高
– 目前Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池光电转换效 率已超过40% – 理论光电转换效率：70%
各种技术的芯片光电转换效率对比
3 聚光光伏技术优势
• 成本低规模化能力强
– 电池效率高、半导体材料用量小 – 配备聚光和太阳跟踪系统，单个CPV元件功率 较大（一般为20~35kW），适合大规模安装。 单一CPV电站能轻易达到MW级甚至100MW级
聚光光伏技术介绍
目录
1. 2. 3. 4. 5. 6. 太阳电池分类 聚光光伏系统工作原理 聚光光伏技术优势 技术挑战 相关企业及应用现状 展望
1 太阳电池分类
• 第一代晶硅太阳电池：单晶硅和多晶硅； 12%~20% • 第二代薄膜太阳电池：非晶硅和Ⅱ-Ⅵ族化 合物半导体；7%~12% • 第三代聚光太阳电池： 硅系和Ⅲ-Ⅴ族化合 物半导体；40%
太阳电池材料对光谱的吸收能力对比图
2.2 聚光太阳能接收器
• 太阳电池温度过高，>200℃，影响转换效 率及寿命 • 散热系统分类：被动式和主动式 • 主动冷却种类：空冷、水冷及热管冷却
CPV系统电池芯片主动冷却方式示意图
2.3 太阳追踪系统
• 作用：保证太阳光入射精 度及太阳电池转换效率 • 组成：光敏传感器、电机 、机械传动系统等 • 种类：单轴跟踪，双轴跟 踪（±0.5°）等 • 特征：跟踪精度高、运行 安全可靠、抗干扰能力强 、成本低、操作界面友好 等
2.2 聚光太阳能接收器
• 组成：聚光太阳电池、旁路二极管和散热 系统等
2.2 聚光太阳能接收器
• 聚光太阳电池：
– 硅系（三接面InGaP/GaAs/Ge的聚光型） – III—V族多结（砷化镓）：Boeing Spectrolab ：364倍，41.6%；SpireSemiconductor：406 倍，42.3%
CPV系统结构
2.1 聚光系统
• 聚光系统是CPV发电系统最重要的组成部 分，也是与传统平板式太阳能发电技术的 最大区别所在 • 聚光系统通常由主聚光器和二次聚光器组 成
2.1 聚光系统
• 按聚光强度不同，可分为低、中、高倍率 聚光 • 低：2~100 • 中：100~300 • 高：300~1000
ห้องสมุดไป่ตู้
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2 聚光光伏系统工作原理
• 聚光发电技术定义：利用透镜或反 射镜面等光学元件，将大面积的阳 光汇聚后再进行利用发电的技术 • 种类：聚光光伏（Concentrated Photovoltaic power） 、聚光光热 （ Concentrating Solar Thermal power）和聚光光伏光热联合（ Concentrated Photovoltaic and Thermal power） • CPV系统组成：聚光系统、聚光太 阳能接收器和太阳跟踪系统
2.1 聚光系统
• 按聚光方式不同，可分为反射式聚光 （镜面聚光）和透射式聚光（透镜聚 光） • 菲涅尔透镜只保留有效折射面，节约 80%材料。采用光学塑料，重量轻、 已加工，但存在光性能衰退
反射式CPV系统原理图
透射式CPV系统原理图
菲涅尔透镜结构及聚光原理
2.1 聚光系统
• 高倍率CPV发电系统必须采用二次聚光器 • 位置：集成太阳电池板 • 作用： 二次光折射，提高对入射光角度与 聚光器轴线偏离角度的容忍度 • 新颖的光学设计：聚光角度＞1°
谢 谢！
西班牙Puertollano 500kW CPV电厂 CPV发电系统适合100kW以上应用
3 聚光光伏技术优势
• 占地面积少生态影响小 • 可安装在丘陵地带
生态环境的影响
占地情况比较（1GWh/年发电规模） 丘陵环境电站
3 聚光光伏技术优势
• 用水量少
耗水量比较（每MWh发电量）
希望提出宝贵意见！