聚光太阳能发电技术研究与展望

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1、聚光太阳能发电技术概述及发展趋势袁爱谊郝国强于霄童吴洲上海太阳能工程技术研究中心有限公司，上海200241，021-61679880,only3wolf@126.com摘要：介绍了聚光太阳能发电技术中两个主要的发电技术，聚光光伏发电和聚光热发电系统的构成，已达到的技术水平和产业化程度。进一步讨论了将聚光光伏发电和热发电结合的可行性。简要分析了聚光太阳能发电技术的发展目标和应用前景。关键词：高倍聚光；太阳能光伏发电；太阳能热发电；太阳能电热联用1前言开发新能源和可再生清洁能源是全世界面临的共同课题。在新能源中，太阳能发电

2、倍受瞩目．但由于过高的成本．目前还未能充分进入市场。聚光光伏发电技术是用比较便宜的聚光器来部分代替昂贵的太阳电池，以减少给定功率所需的电池面积来降低成本，系统中太阳电池的费用只占系统总费用的一小部分，所以可以采用工艺先进、效率更高而价格较贵的电池来提高整个系统的性能。聚光热发电技术是指将太阳光聚集并将其转化为工作流体的高温热能，然后通过常规的热机或其它发电技术将其转换成电能的技术。2太阳能聚光光伏发电系统聚光光伏发电系统由太阳能接收器、聚光镜、太阳跟踪机构组成[1]。2.1太阳能接收器聚光太阳能接收器包括聚光太阳能电池

3、、旁路二极管和散热系统等。聚光太图1聚光太阳能接收器阳能电池是将光能转换为电能的器件，与普通的太阳能电池相比，聚光太阳能电池接收到的能流密度是普通太阳能电池的几十到几百倍，这就需要聚光电池的电阻尽量小，以减少功率损耗，同时要设计适合采集高电流密度的电池栅线。目前国际上聚光电池主要有硅聚光电池和III-V族多结聚光电池两种。硅聚光电池价格便宜，效率稍低，但聚光倍率低，一般不超过300倍；III-V族多结聚光电池价格昂贵，效率高，聚光倍率通常在200倍以上。图2给出了聚光太阳能电池与普通太阳能电池效率的发展历程。和普通太阳

4、能电池一样，聚光太阳能电池的峰图2聚光太阳电池与普通太阳电池效率发展历程值功率会随着温度的升高而降低，而聚光太阳能电池又是在高光强、大电流下工作，一套设计合理的散热系统对提高发电效率，延长使用寿命起到十分重要的作用。散热系统分主动式冷却和被动式冷却。主动式冷却是指用流动的水或其它工质将聚光组件工作时产生的热量带走，以达到冷却太阳电池的目的。被动式冷却是指太阳电池方阵产生的热量通过散热器直接散发到大气中。主动式冷却可以更好地降低太阳电池的温度．但这种方法存在的问题是可靠性，如果冷却系统出现问题，太阳电池组件可能由于过高的

5、温度而烧毁。被动式冷却有较高的可靠性，但散热效果不理想，电池通常会在较高的温度下工作。2.2聚光器聚光器依光学原理可分为折射聚光器和反射聚光器。在聚光光伏技术中，折射透镜主要使用菲涅耳透镜，这种透镜具有质量轻、厚度薄的特点。使用点聚焦菲涅耳透镜的聚光系统，聚光倍数通常在500倍以上，使用高效多结砷化镓电池，组件效率可达到25%以上。图3使用折射聚光器的光伏发电系统反射聚光器主要是镜面反光板，根据聚光倍数的不同制作成长条状或圆盘状。随着聚光倍数的提高，各类新型聚光系统不断推出，这类聚光系统通常在聚光器下增加一个二次聚光器

6、，以达到使射入电池表面光谱更均匀、减少光损失、缩减聚光器到电池距离等目的。图4带有二次聚光器的聚光光伏发电系统2.3太阳跟踪器由于聚光光伏组件需要直射光才能发电，因此必须安装在太阳跟踪机构上。通常来说，点聚焦的聚光组件需要二维跟踪机构，线聚焦组件只需要一维跟踪机构。目前跟踪太阳的方法主要有以下几种：l利用四象限光敏传感器判断太阳的位置。这种跟踪方式精度很高，并且是闭环控制，能自我修正，使用最为广泛。l根据跟踪机构所在地的经纬度计算太阳的位置。这种技术也可配合GPS全球定位来获得更精确的位置和时间信息。l根据预置的太阳位

7、置数据库或移动轨迹来跟踪太阳。这种跟踪方式比较死板，换个地点就要更新数据库，跟踪精度也比较低。l对电池阵的输出功率进行监测，使电池阵的输出功率保持最大。目前，用于聚光系统的跟踪机构都采取几种不同的跟踪方法确保跟踪精度和可靠性。跟踪机构还需要大风自我保护功能和防暴雪功能来确保组件的安全。而跟踪器传动机构的设计则决定了跟踪器的寿命。对于二维跟踪机构，其跟踪精度基本要求在±0.5度。1太阳能聚光热发电系统太阳能热发电技术主要有槽式、碟式和塔式三种[2]。塔式太阳能热发电主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统、发电系统三部分组成

8、。定日镜系统实现对太阳的实时跟踪，并将太阳光反射到吸热器。位于高塔上的吸热器吸收由定日镜系统反射来的高热流密度辐射能，并将其转化为工作流体的高温热能。高温工作流体通过管道传递到位于地面的蒸汽发生器，产生高压过热蒸汽，推动常规汽轮机发电。典型的塔式太阳能发电系统可以实现200-1000倍以上的聚光比，投射到塔顶吸热器的平均热流密度可