9.2.1 太阳能聚光器
聚光光伏组件最重要的组成部分之一就是太阳能聚光器本身(图9.2和图9.3)。由于使用了高温发射器，从而可以得到无限大的太阳能聚光比。同时，在聚光器价格合理的范围内，应尽可能地提高聚光比以得到高的发射温度。受太阳角度的影响，地面可以得到的最大的太阳光聚光比是46 164倍。这个值可以用一个张角为180°的理想抛物镜面获得。但这种镜子的生产十分困难，其造价也相当昂贵。Yugami等［19］曾用过一个直径为1.56 m，张角为150°，聚光比(CR)约为25 000倍的抛物面聚光器。在实践中，具有低张角(60°～70°或更小)的抛面镜，造价低廉，使用广泛。例如，生产这种镜面时，可以采用金属板(最好是铝板［20］)为原料经加压热塑而成，或者由玻璃塑模而成，此外也可采用多层复合镜片。Stone等人［21］研发了一个由82个碟式镜片组成的聚光器，并将其应用于STPV单元中，发电功率达90 kW。这种类似的大型多碟式反射镜面被Solar Systems Pty有限公司［24］用做光伏组件中的聚光器，得到的聚光比大约为500倍。图9.2展示的是一个四瓣近似抛物面的反射镜，它由Ioffe研究所设计而成，聚光比约为1 000倍。通过使用一些二级光学元件:一个CPC(卡片编程计算器)或一个透镜，可以使聚光器的聚光比增大。因此，将二级光学元件应用到四瓣镜面上，得到的聚光比增至5 000倍，转换效率为90%。这种两级聚光器被用于已成熟的太阳能TPV组件中。
图9.2 安装在太阳跟踪器上的由四个圆盘组成的近似抛物面聚光器
可利用菲涅尔透镜技术制造聚光器。传统的光伏聚光器系统常用到小的菲涅尔透镜［25，26］。STPV组件则需要更大的聚光器。图9.3给出了适用于TPV系统的两级菲涅尔透镜聚光器。它是由一个面积为0.36 m2，焦距为0.75 m的菲涅尔透镜和一个二级石英凹凸透镜组成。焦斑处光强分布的测量可通过一个孔径为1 mm的安装有水冷系统的GaSb光伏电池来检测。从图9.4可以看出，10 mm的孔径吸收了超过90%的能量，相当于聚光比为4 600倍，这对于一个构造简单的聚光系统来说已经很高了。
图9.3 基于主镜为菲涅尔透镜(图中用1表示)和从镜为石英凸面镜(图中用2表示)的两级聚光器
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