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1、湖北工业大学理学院2013届毕业设计（论文）摘 要随着日益加剧的能源与环境危机，人们开始寻求一种可再生的洁能源，太阳能则是较为理想的一种。太阳能作为清洁能源中的一种，具有无污染、无噪音、安全、占地少、储量巨大等特点成为人们越来越关注的焦点。目前光伏技术已经历晶硅与薄膜电池两代，光伏发电技术发展至今由于高成本和并不理想的发电效率没能得到普及。本文中所提到的聚光光伏技术是近些年取得较好成就的第三代光伏技术，聚光光伏技术在以上两方面得到较大的突破。聚光光伏的核心是具有高光电转换效率的族电池和聚光系统。通过外延生长技术形成多节电池，令电池片光电转换效率达到前所未有的水平。聚光系统则是通过将入射光汇聚于
2、电池表面增加了电池的辐照度和光强，是有效提升电池光电转换效率的做法。屋顶系统作为光伏发电技术的一个重要应用，其目的是通过发电模组与建筑、环境的有机结合，达到与主电网并网发电或在偏远无电地区实现独立的发电微网。该项应用已在欧美等发达国家大规模实行，在我国目前处于个别示范性工程的阶段。在我国推广屋顶系统不仅是节能减排、解决偏远山区无电人口的用电问题而且也是拉动内需，让进入寒冬的光伏行业复苏的好机会。本文简要介绍了聚光光伏的原理、优势以及不同技术路线的特点。对其利用菲涅耳透镜的聚光技术和屋顶系统做了详细分析、仿真并对其未来发展趋势做了展望。关键词：聚光光伏、菲涅耳透镜聚光、屋顶系统。Abstract
3、With the energy and environment crisis intensified, people began to seek a kind of clean and renewable energy ,and solar energy is a kind of ideal. Solar energy as a clean energy, has no pollution, no noise, focus on safety, less land occupation, huge reserves characteristics become increasingly con
4、cerned. At present, photovoltaic technology have experienced amorphous silicon and thin-film batteries two generation, photovoltaic power generation technology development so far due to the high cost and power efficiency is not ideal can not be universal. Concentrating photovoltaic technology mentio
5、ned in this paper is the third generation of photovoltaic technology in recent years made good achievements, concentrating photovoltaic technology in the above two aspects have great breakthrough.The core of concentrating photovoltaic is having a high photoelectric conversion efficiency of - battery
6、 and concentrating system. Growth technique to form a plurality of batteries by extension, the battery photoelectric conversion efficiency reached a hitherto unknown level. Condenser system is through the incident light converging to a surface of the battery and increase battery irradiance and light
7、 intensity, is effective to enhance battery photoelectric conversion efficiency approach.The roof system as an important application of photovoltaic power generation technology, its purpose is through the organic combination of power module and architecture, environment, and achieve the main grid po
8、wer or in remote areas without electricity for independent power micro-grid. The application has the massive in Europe and the United States and other developed countries, in China is currently in the individual demonstration project stage. In our country, the promotion of roof system is not only en
9、ergy-saving emission reduction, to solve the remote mountainous areas of electricity for the population without electricity problems but also stimulate domestic demand, let the good chance to enter the winter of photovoltaic industry recovery.This paper briefly describes the principles，advantages an
10、d characteristics of different technical routes of concentrating photovoltaic technology. Using the Fresnel lens condensing technology and solar roof system of CPV are analyzed in detail in this paper and makes a prospect to the future development trend of CPV.Key Words: concentrating photovoltaic（C
11、PV）, Fresnel lens condensing technology, solar roof system.33目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 太阳能发电技术的研究背景和意义11.2太阳能发电技术的发展2第二章 聚光光伏的原理及分类42.1 聚光光伏的原理42.1.1 反射聚光原理52.1.2 折射聚光原理62.1.3 二次聚光72.1.4 -族电池82.2 追日系统及其他附属系统92.2.1 追日系统原理92.2.2 散热及外部设备10第三章 菲涅耳透镜聚光系统123.1菲涅耳透镜聚光原理123.1.1菲涅耳透镜123.1.2 光线偏移对聚光光斑的影响143
12、.2 二次聚光及匀光技术193.2.1 二次聚光193.2.2 匀光技术21第四章 太阳能屋顶系统244.1 目前的屋顶系统254.2 基于聚光光伏的屋顶系统26第五章 对聚光光伏的总结与展望30致 谢32参考文献33第一章 绪论1.1 太阳能发电技术的研究背景和意义太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能、化学能、水的势能等等。在中世纪的英国，人们几乎砍光了树木来做木柴，于是开始开采浅层地表的煤炭，从此化石燃料开始成为人类发展的主要能源，随后由于深层煤炭的开采，蒸汽机的发明，石油的开
13、采，汽油、农药从石油中的提炼，世界大战，人口膨胀等原因，化石燃料成为人类赖以生存的能源，开采量、消耗量逐年上升，使得人类社会发展到如今的地步。但是化石燃料是有限的，据统计，截至2012年全球已探明的石油、天然气储量仅可适用50-60年，并且由于燃烧产生的温室气体、有害气体和其他形式的污染导致了诸多环境问题、生态灾难。例如严重的空气污染、温室效应引起的海平面上升、全球热浪及各种灾害的频发，已经严重威胁到人类的生存。在化石燃料日益枯竭和环境逐渐恶化的今天，人们看到了能源危机的阴云，并开始寻求替代化石燃料的新的清洁并可再生的能源。太阳能是取之不尽的储量能源的一万倍。太阳的寿命尚有40亿年，相对于人类
14、历史来说，太阳能可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6kw，其中到达地球的能量高达8kw，相当于6吨标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892千亿吨，源源不断供给给地球的能量可谓是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。太阳能由于其无噪声、无污染、能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、可以无人值守、建设周期短、规模设计自由度大、可就地使用、容易储存、还可以方便地与建筑物相结合等特点成为了较好的选择，这些优点都是常规发电和其它发电方式所不能比拟的，而且使用
15、太阳能光伏发电可以既不为核电站可能发生的核泄露事故而烦恼，也不必为水电站的堤坝可能在战争或地震中崩溃而担忧，所以对太阳能发电技术的研究具有十分重要的意义。当然，事情不会总是如我们所愿，有着诸多优点并且“取之不尽，用之不竭”的太阳能在当下并没有得到普及，其原因是因为太阳能发电系统的高成本和不尽人意的发电效率，如何在降低成本的同时提高发电效率成为了解决问题的关键。起初的晶硅/非晶硅电池的效率已经接近理论极限，且由于其发电成本远高于主流发电成本，以上两个问题显的非常棘手。经过不断的探索，人们发现可以通过将太阳光汇聚在太阳能电池上可以提高发电效率，并降低了成本。于是，各个国家都开始了对聚光光伏技术的研
16、究，实现了更高的光电转换效率和降低成本。即便如此，由于一些问题如今聚光光伏技术仍未能普及，于是对其更加深入的研究显得尤为必要。1.2太阳能发电技术的发展20世纪70年代初的中东战争引发了“石油危机”后世界范围内掀起了太阳能开发利用的热潮。最初的太阳能技术应用于航空领域，历经三代发展。第一代光伏技术是以单晶/多晶硅为材料的硅太阳能电池为代表的（如图1.2.1），其电池光电转换效率在20%左右，特点是制作电池材料的硅在地球上的储量非常大，适合大批量生产，因为需要扩大电池面积来提高发电量，所以成本较高。图1.2.1 第一代晶硅太阳能电池第二代技术是以非晶硅和-族元素为材料的薄膜太阳能电池（如图1.2.2），由于该电池可以以价格低廉的塑料、玻璃、陶瓷、石墨、金属等材料做衬
