柔性太陽電池陣

《電子學(xué)名詞》第一版。 2100433B

1993年，經(jīng)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。

近年來，硅太陽電池工藝日趨成熟，產(chǎn)量大幅度增加，太陽電他，從空間應(yīng)用轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用，降低太陽電池成本已成為當(dāng)務(wù)之急。

在硅太陽電池成本中，硅材料約占50一60%。若能利用小面積的硅片接受投射在大面積范圍的陽光，就能減少硅材料消耗，降低發(fā)電成本。由此人們自然想到了聚光器，將聚光技術(shù)應(yīng)用到太陽電池方陣上，構(gòu)成聚光太陽電池方陣。通常將與此有關(guān)的技術(shù)稱為聚光光伏技術(shù)。

陽光經(jīng)聚光鏡會(huì)聚到聚光單電池組件，每個(gè)電池平均發(fā)電功率在4W以上。聚光器的形式是多種多樣的。從光學(xué)原理上分，有反射式和折射式，從聚焦性能來分，有點(diǎn)聚焦和線聚焦，從幾何形狀上看，有平面的、球面的、雙曲面的和拋物面的等等。另外還有熒光式的。所用聚光器的不同導(dǎo)致聚光方陣形式的不同。但是不管哪種形式的聚光方陣，它們都由以下基本部分組成：

1.聚光方陣組件。它由聚光器、電池、散熱器等組成，這是實(shí)現(xiàn)聚光和光電轉(zhuǎn)換的基本部件。

2.跟蹤控制器。這是保持方陣對(duì)太陽進(jìn)行跟蹤的電子裝置。

3.支撐及機(jī)械傳動(dòng)裝置。它能安全支撐方陣并能按聚光器要求的自由度和范圍運(yùn)動(dòng)。

與平板太陽電池方陣相比，聚光方陣有著優(yōu)越的性能。

聚光太陽電池方陣場(chǎng)效率高

由聚光器、太陽電池、護(hù)罩、散熱器組成的基本單元叫做聚光電池組件，由一系列聚光電池組件組成的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)就是聚光電池方陣。聚光電池方陣的效率比平板電池方陣高，一般要高30一40%。目前，美國(guó)聚光方陣的效率達(dá)12一14%，它遠(yuǎn)高于平板方陣的水平。

聚光太陽電池方陣場(chǎng)輸出功率大

聚光方陣一般都跟蹤太陽，方陣總處于最佳工作狀態(tài)。一天中的平均輸出功率與不跟蹤的平板方陣相比約高30%(標(biāo)稱功率相同)。

聚光太陽電池方陣場(chǎng)便于綜合利用

聚光器的使用給光熱利用創(chuàng)造了條件，在散熱器處安裝集熱管，可得到熱水，實(shí)現(xiàn)光電、光熱綜合利用。據(jù)報(bào)道，該綜合系統(tǒng)得到的熱功率約為電功率的3倍。這樣，系統(tǒng)的熱、電總效率可達(dá)40%以上。

聚光太陽電池方陣場(chǎng)成本低

由于采用聚光技術(shù)，使一片電池可以發(fā)揮幾十片電池的作用，使硅片用量大大減少。方陣的成本由硅材料轉(zhuǎn)移到廉價(jià)的金屬材料和有機(jī)玻確材料上，主要工藝也由半導(dǎo)體工藝轉(zhuǎn)移到普通機(jī)械加工工藝上，這樣既便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，又為進(jìn)一步降低成本創(chuàng)造了條件。

聚光方陣的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。但是它與普通太陽電池方陣不同，有著自己的特殊要求。

聚光太陽電池方陣場(chǎng)設(shè)計(jì)制造有效的聚光器

實(shí)現(xiàn)聚光并不困難，但要求聚光效率高卻不容易。首先，所用聚光器材料的透光率(對(duì)折射式聚光器)或反射率(對(duì)反射式聚光器)要足夠高；其次，聚光器的形狀要加工得很淮確。反射材料用鍍銀玻璃，可以得到較高的反射率，但不經(jīng)濟(jì)。

目前出現(xiàn)的涂鋁塑料也可采用,但由于一般塑料對(duì)濕氣的防護(hù)作用較差,所以這種材料的壽命較短，一般不超過2一3年。更重要的是，鋁在0.85微米波長(zhǎng)處有一個(gè)很陡的吸收峰,會(huì)影響太陽電池的效率。采用拋光鋁板也有同樣的問題。

另外，反射式聚光器的收集器位于入射陽光一側(cè)，不可避免要遮蔽部分受光面積。因此，用反射式聚光器做成的聚光組件，其效率比折射式聚光器要低10%左右。折射式聚光器采用透鏡聚光，目前幾乎無例外地都采用菲涅耳透鏡。菲涅耳透鏡的原料為有機(jī)坡璃，其透光率約為92%。

采用不同的設(shè)計(jì)可靈活地改變菲涅耳透鏡的聚焦特性。菲涅爾透鏡一般采用塑料模壓或注塑工藝成形，目前透鏡效率已超過85%。

聚光太陽電池方陣場(chǎng)跟蹤太陽的向題

為了使聚光方陣正常工作,應(yīng)該采用跟除控制器使方陣正對(duì)太陽。平板方陣采用跟蹤，可使方陣輸出功率提高30%。幾十倍以上的聚光方陣(熒光式聚光器除外)如不采用跟蹤，光斑就會(huì)偏離電池，使方陣無功率輸出。根據(jù)不同方陣設(shè)計(jì)，可采用一維跟蹤或二維跟蹤。跟蹤精度的要求因所用聚光器不同而不同。一般來說，聚光率越高對(duì)跟蹤精度的要求就越高。通常40倍左右的聚光方陣，對(duì)跟蹤精度的要求大約為0.5。

聚光太陽電池方陣場(chǎng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及方陣支撐

聚光方陣作為一種地面用太陽能發(fā)電系統(tǒng),是相當(dāng)龐大和笨重的，因此要有堅(jiān)固的支撐。同時(shí)它又要跟蹤太陽，能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，故對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和加工提出了較高的要求。機(jī)械傳動(dòng)部分要靈活而又堅(jiān)固,能抗擊工作地區(qū)的基本風(fēng)壓。

聚光太陽電池方陣場(chǎng)電池的互聯(lián)和散熱

一片聚光電池可以代替幾十片電池工作，在它上面集中了較多的能量，這些能量中轉(zhuǎn)換為電能的部分通過互聯(lián)條被引導(dǎo)到外負(fù)載，互聯(lián)條要有足夠的截面積，在它上面要流過幾安培甚至幾十安培的電流。其余部分的能量以熱的形式散失掉。因此要求電池組件的熱阻要小，否則會(huì)使電池溫升過高，甚至燒毀電池。電池的溫度是影響方陣效率的重要因素。