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1、*1聚光光伏发电技术发展综述中国工程院院士中国工程院院士 南京市科协主席南京市科协主席张耀明张耀明东南大学太阳能技术研究中心主任东南大学太阳能技术研究中心主任创建可持续的可再生能源市场创建可持续的可再生能源市场 金融危机背景下光伏产业的发展国际研讨会金融危机背景下光伏产业的发展国际研讨会*2提 纲l 太阳能光伏发电技术l 聚光光伏发电技术l 国内外聚光光伏系统l 发展趋势3太阳能光伏发电技术4l 光伏发电可将太阳能直接转换成电能，安装方便。l 自20世纪80年代以来，光伏产业是世界上增长最快的高新技术产业之一，近几年来世界光伏发电产业均以30%的速度高速增长。据预测，到2040年，太阳能光伏发
2、电将占到人类能源利用的20%。光伏产业发展迅速5光伏电站6光伏电站6.3 MWp, Solar Park Muhlhausen，Germany,4.6 MWp, Springerfield, Tucson, Arizona, USA,7光伏建筑一体化8单轴跟踪光伏电站9双轴跟踪 光伏电站10大型联动跟踪太阳装置11跟踪光伏电站数据来源：王斯成数据来源：王斯成12聚光光伏发电技术l 2007年，美国Spectrolab将聚光太阳电池的转换 效率提高到了40.7%，2008年人们利用分光聚光 技术将转换效率提高到42.8%，目前聚光太阳能 电池正在率先向50%的光电转换效率发起冲击。 预计聚光光伏
3、发电的成本将在2020年降低到0.8元 /kWh以下 。目前商业化平板太阳能电池的效率为 15%-17%。13聚光光伏技术优势l聚光光伏发电技术是节约材料、降低成本 的有效途径。l半导体材料用量少，相当于用普通的金属 、玻璃材料代替昂贵的半导体材料。l成本大幅度降低，具有在国内推广应用和 参与国际竞争的优势。1415聚光光伏系统的构成l 聚光系统(聚光器、聚光元件) l 光伏转换系统聚光太阳电池组件散热器 l系统平衡部分(BOS)太阳自动跟踪系统、控制器及支架等16二十一世纪纪初聚光器的发发展点聚焦菲涅耳透点聚焦菲涅耳透镜镜镜镜 线线线线聚焦菲涅耳透聚焦菲涅耳透镜镜镜镜抛物面槽式抛物面槽式混合
4、式光学器件混合式光学器件 抛物面碟式17点聚焦菲涅耳透点聚焦菲涅耳透镜镜镜镜 1819紧紧紧紧凑型双聚焦菲涅耳透凑型双聚焦菲涅耳透镜镜镜镜模模块块块块， 其模其模块块块块壁壁为为为为玻璃材玻璃材质质质质 FISE与Ioffe研究院开发20ENTECH公司的丙烯酸拱形线聚焦聚光光伏发电系统，聚光比24，口径84cm，电 池4cm，双轴跟踪。线线线线聚焦菲涅耳透聚焦菲涅耳透镜镜镜镜21光伏国际公司30 kW公用联网屋顶式线性聚焦系统， 聚焦比为10X ，加州萨克拉门托的萨克拉门托市政公用区安装。22太阳系统有限公司聚焦比为500倍的抛物面碟， 将要在澳大利亚被用于两个聚光系统。抛物面碟式抛物面碟式
5、23静态聚光器l 新南威尔士大学已开发了一种4倍聚光的静态聚光镜。l东京大学一直在研究二维和三维折射式静态聚光镜。二维透镜的聚光率为1.65倍，而三维透镜的聚光率为大约2倍。l UPM和ISOFOTON正在开发带双面电池的静态聚光镜。24混合式光学器件 RXI聚光镜的方案RXI光学聚光器 Heat sink 散热片 GaAs solar cell GaAs太阳电池25电池直径3mm 聚光镜对角线10cm 模块厚度3cm聚光比1000 角孔径1.5UPM（马马德里技术术大学）设计设计 的RXI微型聚光镜镜原型26聚光光伏组件EUCLIDESEUCLIDES项项项项目采用了由目采用了由BP Sol
6、arexBP Solarex制造的硅埋入触点制造的硅埋入触点 太阳太阳电电电电池。池。 ENTECHENTECH和国和国际际际际光伏公司使用了光伏公司使用了经经经经修改的修改的单结单结单结单结 太阳太阳电电电电池池 III-VIII-V族半族半导导导导体体单结单结单结单结 和多和多结结结结太阳太阳电电电电池池2728GaAs-GaSb多结电池的原型聚光镜模块 面积为486cm2。该模块是FISE与Ioffe理工学院合作开发的29美国特拉华大学超高效太阳能电池元件示意图（42.8，2008）低倍宽角度聚光器+分光元件+多结电池色散元件色散元件聚光元件聚光元件多结太阳能电池多结太阳能电池30国外聚
7、光光伏计划l （1）欧盟l 聚光太阳电池系统项目EUCLIDESl C-rating项目l IDEOCONTE项目l （2）美国l High-Performance Photovoltaic计划l （3）澳大利亚l 澳大利亚国立大学与Solahart共同建立了 Rockingham 聚光光伏系统。31系统类统类型光学元 件聚焦比电电池 型式冷 却跟踪应应用规规模年份点聚焦于 单个电池透镜50 500GaAs双轴Broken山太阳场（澳大利亚）1 MW建造中线性聚焦 系统透镜15 X 60Si被 动双轴Entech 3M/澳斯汀系统300 kW1990年Entech-20Kw PVUSA系统20
8、 kW1991年Entech CSW太阳公园100 kW1995年Entech-TU电能公园100 kW1995年PVI 加州洛杉矶Clean Air Now30 kW1996年PVI，萨克拉门托市政公用区30 kW1996年PVI 亚利桑那公共服务3 kW1996年主 动E-系统-PV/达拉斯机场用的热系统25 kW1982年镜子15 X 60Si被 动爱伯克奇BDM公司办 公区EUCLIDES系统450 kW1999年主 动PV/热Acurex-系统60 kW1981年50 kW1982年32EUCLIDES是由欧洲委员会资助的一个聚光太阳电池系统的项目，于 1998年11月完成。该系统包
9、括14个电池方阵，每个方阵由138个聚光 电池组件和140个槽式抛物镜面组成，每个方阵长84m,单轴跟踪，几 何聚光率为38.2，功率为480kWp，散热方式为被动式，电池为激光 刻槽埋栅电池。槽式反射线聚焦。33C-Rating 项目(2000.062003.05)，由欧洲委员会EC资助，目的是制定光 伏聚光元件和组件的标准， 促进光伏 聚光系统的市场化。34IDEOCONTE项目的目标标是找出基于硅电电池的最合适的聚光光伏系统统系统统 配置方案。项项目对对若干跟踪结结构系统统的性能进进行精确估算及成本分析35Concentrating Technologies的MicroDish采用 Sp
10、ectrolab 的多结聚光太阳能电池（当时为世界最高效率37.2%），抛物面反射镜，双轴跟踪. 并入 美国Arizona 公共电网. 36澳大利亚Solar Systems Pty 公司CS500，单台功率35kW ，采用效率22%的单晶硅太阳能电池，旋转抛物面反射镜聚 光，聚光比500，水冷，四柱支撑聚光太阳能电池组件 . 37陈应天陈应天” ”八面玲珑八面玲珑” ”数倍聚光光伏发电系统数倍聚光光伏发电系统中科院理论物理所楼顶示范光伏发电装置中科院理论物理所楼顶示范光伏发电装置上海世博会行政中心并网光伏发电系统上海世博会行政中心并网光伏发电系统内蒙古鄂尔多斯内蒙古鄂尔多斯205kW205k
11、W聚光光伏电站示范聚光光伏电站示范安徽应天新能源公司新厂区10kW独立光伏电站38我们在聚光光伏方面的研究工作1.51.5维跟踪，维跟踪，V V形聚光形聚光二维跟踪，菲涅尔高倍聚光二维跟踪，菲涅尔高倍聚光一维跟踪，蝶形聚光一维跟踪，蝶形聚光二维跟踪，蝶形聚光二维跟踪，蝶形聚光39一维跟踪，一维跟踪，V V形聚光形聚光光伏光热综合利用，同时进光伏光热综合利用，同时进 行光电转换和光热利用行光电转换和光热利用二维跟踪，蝶形聚光二维跟踪，蝶形聚光二维跟踪，二维跟踪，V V形聚光形聚光40单立柱跟踪双U型聚光光伏发电单元 41轨道驱动跟踪双U型聚光光伏发电单元 42200kW聚光光伏并网示范工程鸟瞰图200kW200kW聚光光伏并网示范工程聚光光伏并网示范工程4320倍聚光光伏发电系统采用光电转换 效率18%以上 的高效太阳能 电池、多面反 射镜组合直接 反射的聚光器 以及高效散热 器，非常有希 望在技术上取 得重大突破。 44聚光光伏发电技术的未来l超过30%的高光电转换效率l低成本，常规光伏将在2015-2018年达到每 度电1元钱的宏伟目标，聚光技术将在3-5 年内实现每度电1元钱的目标，并有望与常规电力价格相当。*45谢 谢！
