近期国际聚光光伏发展小结

a:拉斯维加斯。
b:玻璃、框架、接线、接线箱等。
c:没有逆变器成本。需要给出预测额度峰值功率的依据。
对于薄膜与单晶硅这两个平板系统，这是比较直接的。列出的效率应被解释成工作温度下的未来预期组件效率。这个系统里，WP额定功率假定为1 kW/m2的总辐射。
因此，薄膜系统的额定峰值功率为90 W/m2，而单晶硅系统为190 W/m2。
对于高倍聚光光伏系统，列出的效率应被解释成工作温度下的未来预期电池效率。但是WP额定功率现假设在直射光情况下为850 W/m2及85%的光效率。
因此，对于电池效率为35%的高倍聚光光伏系统这一列，模块额定峰值功率为253 W/m2，对于44%这列模块额定峰值功率为318 W/m2。
对于低倍聚光光伏情况，是没有标准的。但是，由于三倍聚光器可以在直射光的基础上加入三分之一的散射光，逻辑标准要与其他两种情况一样，即假设90%的总辐射或900 W/m2。在表中，假设三倍聚光组件的额定功率220×0.9×0.94=186 W/m2。
d:包括换流器的成本。从表中可以看出，系统逆变器的容量根据系统峰值功率确定，可以计算出每平方米组件所需的逆变器的成本。对于薄膜，每平方米是27美元;对于单晶是，每平方米为57美元;对于35%的高倍聚光，每平方米为76美元;对于44%的高倍聚光，每平方米为96美元;对于低倍聚光光伏，每平方米为56美元。

从表中可以看出，高倍聚光光伏系统的经济性在近期(约2015年)即可实现对平板光伏的超越，无论是晶硅光伏还是薄膜光伏。

16.3　近期国际聚光光伏发展小结

聚光光伏系统主要由4个子系统组成:聚光太阳电池(接收器)、聚光系统、跟踪系统和散热系统。以下从这4方面综述自2006年以后国际聚光光伏的主要进展。之所以选择2006年作为节点，原因有三:一是本译著中所翻译的相关工作均在2006年之前;二是聚光光伏领域全面的综述文章在2006年少见;三是2006—2011年这5年是聚光光伏快速发展的阶段，任何从事聚光光伏工作的研究者或企业都希望全面了解新的动向，对于推进聚光光伏事业的发展有很大的作用。

16.3.1　聚光太阳电池

聚光太阳电池主要有聚光硅太阳电池和聚光多结太阳电池两种。

16.3.1.1　聚光硅太阳电池

目前应用于聚光光伏的硅太阳电池，根据它们生产工艺的不同，可以分为背结电池、埋栅电池和条形电池。2004年，Amonix公司研制出的背结电池在92个太阳下的效率达27.6%，是迄今为止聚光硅电池所能达到的最高效率［3］。埋栅电池需要在传统工艺的基础上用激光切割出更加紧密的栅线才能应用于聚光光伏。1995年，BP Solar公司研发了应用于30个太阳下的激光刻蚀埋栅电池，并将其应用在EUCLIDES系列聚光光伏系统。近两年开发的EUCLIDESⅢ聚光系统，40倍聚光，埋栅电池效率达19%［3，5］。

16.3.1.2　聚光多结太阳电池

相比单晶硅电池，多结电池具有更高的转化效率和制造成本，因此适于更高倍聚光，以降低电池在聚光系统成本中的比例。近年来，多结电池的效率以每年0.5%～1%的速度增长，并有望达到45%～50%。由于多结电池的生产成本很高，一开始主要应用于太空作业。2008年，三结电池最大生产商之一Spectrolab公司研发出效率为40.7%的三结电池。同年，另一大生产商Emcore公司研发出了三结高效聚光电池(电池面积为100 mm2，厚约0.2 mm，500倍聚光下效率为40.0%)。自2007年，AZURSPACE公司开始生产并销售效率为40%的三结聚光电池(500倍聚光，工作温度为25℃)。2007年，Sharp公司研制出了1 100倍聚光下，转换效率为40.0%(实验室水平)的三结电池。2009年，位于德国弗赖堡的Fraunhofer研究所制备出了5.09 mm2的三结电池，454倍聚光下效率为41.1%。据Amoinx公司官方网站报道，其于2010年4月20日第一次将Ⅲ-Ⅴ多结电池(500倍聚光，效率39%)应用于地面。2011年2月18日，美国国家可再生能源实验室NREL联手Amonix公司，研发了在500倍聚光条件下，电池效率高达41.6%(组件效率高达31%，系统效率高达26%)的多结InGaAs-InGaAs电池，是当时聚光光伏系统能够达到的最高效率。2011 年4月14日，NREL证实Soar Junction已研发出可以商业化的、效率高达43.5%(5.5 mm×5.5 mm)的三结聚光电池。该电池在大于400个太阳下存在最大转化效率，并且在1 000个太阳下效率仍能保持在43%。

目前，商业化的三结Ⅲ-Ⅴ电池在高倍聚光下的效率多在35%～39%之间。生产多结聚光电池的厂家主要有波音公司旗下的Spectrolab、Emcore、德国的Azur Space Solar Power、日本的Sharp和中国台湾的Win Semiconductor［6］等公司。文献［7］指出，在未来几年里，四结聚光电池的出现将极有可能使聚光电池的效率突破45%。

由于多结电池的生产成本很高，因此从经济上来说，400倍以下的聚光更适合选用硅电池，而500倍到1 000倍及以上的聚光适合选用多结电池。但考虑到在非常高的聚光比下工作将缩短电池的使用寿命，因此Spectrolab公司并不推荐将其生产的电池用于非常高的聚光比下［6］。

16.3.2　聚光器

聚光光伏系统根据聚光比的大小可以分为高倍聚光(＞100)、中倍聚光(＞10)和低倍聚光(＜10)。聚光器的设计决定了聚光比的大小，聚光比决定了选用的电池类型以及所需的散热方式，电池的排布及散热系统又决定了接收器的设计。

16.3.2.1　高倍聚光系统

高倍聚光的光伏系统一般为点聚光，主要选用菲涅尔透镜或碟式聚光器，接收器的电池多采用多结电池，多为双轴跟踪，主动式散热。

1.菲涅尔点聚光器

Amonix公司从其建立以来一致致力于高倍聚光光伏(HCPV)系统的研发，有一套已成熟并商业化的MegaModule聚光系统。据悉，MegaModule采用了带有圆形刻面的方形菲涅尔棱镜(见图16.1)，每一个MegaModule由36个棱镜和带有多结电池的接收器组成，可产出约10 kW的直流电。2011年2月18日，Amonix公司与NREL联手打造了Amonix7700太阳能发电系统，该系统由7个MegaModule组成，聚光比为500，可产出53 kW的交流电。图16.2为Amonix7700聚光光伏系统。