幾種形式的聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)
聚光太陽(yáng)能(簡(jiǎn)稱(chēng)CPV：Concentration Photovoltaic 或CSP:Concentration Solar Power)是利用光學(xué)系統(tǒng)——反射或折射裝置，將太陽(yáng)光聚焦在較小的面積上，吸收表面上的太陽(yáng)輻射能量，將熱能轉(zhuǎn)換成電能。
相比傳統(tǒng)的平板光伏發(fā)電，聚光太陽(yáng)能發(fā)電能夠更加有效地利用太陽(yáng)能。對(duì)于一定面上的太陽(yáng)能總能量，在該表面上更高的能量流，以更小的集熱面積來(lái)吸收轉(zhuǎn)化，相應(yīng)地減少熱損失。
但大多數(shù)聚光裝置只能收集直射輻射，散射輻射損失掉了。所以聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)（CPV或CSP）技術(shù)只適用于天氣晴朗、光照豐富的地區(qū)。在具體應(yīng)用上，聚光太陽(yáng)能必須選擇安裝在太陽(yáng)直射輻射資源比較豐富的地區(qū)，甚至需要跟蹤機(jī)構(gòu)，所以控制較復(fù)雜。
我們?cè)劦紺PV 聚光光伏發(fā)電歷史，其中聚光組件是十分重要的部分。聚光組件中兩個(gè)重要的部件是接收器(receiver) 和集光器（Collector) 。
目前世界上CPV聚光光伏中應(yīng)用的集熱器形式很多，對(duì)太陽(yáng)光采集主要通過(guò)透射和反射，以及二者的結(jié)合等方式，目前已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行或投入商業(yè)化運(yùn)行主要有以下四種：
1） 拋物面槽體；聚焦系統(tǒng)
2） 拋物面碟； 碟式系統(tǒng)
3） 能量塔；塔式系統(tǒng)
4） 菲涅爾透鏡；點(diǎn)聚焦系統(tǒng)。
一、拋物面槽體(Parabolic trough)聚焦系統(tǒng)
方程x2=4fy的拋物線繞y軸旋轉(zhuǎn)，即可得到一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面，面上的反射可將平行的如射光線聚焦在焦點(diǎn)上，f為拋物面焦點(diǎn)至端點(diǎn)之間的距離，亦稱(chēng)焦距。在晴天，使拋物面的軸線對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，并把集熱管放在焦點(diǎn)處，只要拋物面反射鏡的面積足夠，利用聚焦陽(yáng)光所得的高溫，即可進(jìn)行太陽(yáng)能集熱。
LUZ CALIFORNIA 1979 30和80 兆瓦M(jìn)W槽式太陽(yáng)能電站
系統(tǒng)特性：~ 80 MW
Fluid: oil or steam
熱流：油或氣
溫度：270-550
壓力： 25-120 巴
位于加州莫哈韋沙漠克萊默叉口5 個(gè) 30 兆瓦（MW) 拋物面槽工廠
從1984年到1991年，以色列LUZ公司（SOLEL公司前身）在美國(guó)南加州莫哈夫沙漠（Majave Desert）地區(qū)建造了9套槽式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，這些電站總功率為354MW。集熱效率為54％，熱油溫度390℃。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，系統(tǒng)效率由起初的11.5％ 提高到13.6％。建造費(fèi)用由5976美元/kW降低到3011美元/kW，發(fā)電成本由26.3美分/kWh降低到12美分/kWh。槽式線聚焦系統(tǒng)是目前最成熟的聚焦集熱器系統(tǒng)，美國(guó)決定再建2000MW槽式太陽(yáng)能發(fā)電站。 新裝置的電效率已達(dá)30%。
二、拋物面碟式發(fā)電系統(tǒng)(Parabolic dish)
拋物面碟式發(fā)電系統(tǒng)光學(xué)效率高，啟動(dòng)損失小，它是目前太陽(yáng)能發(fā)電效率最高的系統(tǒng)，發(fā)電效率達(dá)到30％，輸出效率達(dá)22％（扣除跟蹤機(jī)構(gòu)耗電量）。拋物面反射鏡/斯特林（Sterling）發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。碟式發(fā)電系統(tǒng)成本高達(dá)5700$/kW。
系統(tǒng)特性：10MW
熱流: 空氣、氫或氦
溫度: 600-1200 ℃
壓力: 50-200 巴
美國(guó)熱發(fā)電計(jì)劃與Cummins公司合作，1991年開(kāi)始開(kāi)發(fā)商用的7KW碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng)。1996年Cummins向電力部門(mén)和工業(yè)用戶(hù)交付7臺(tái)碟式發(fā)電系統(tǒng)，計(jì)劃1997年生產(chǎn)25臺(tái)以上。Cummins預(yù)計(jì)10年后年生產(chǎn)超過(guò)1000臺(tái)。該種系統(tǒng)適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站。美國(guó)熱發(fā)電計(jì)劃還同時(shí)開(kāi)發(fā)25kW的碟式發(fā)電系統(tǒng)。25kW是經(jīng)濟(jì)規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用。1996年年在電力部門(mén)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1997年開(kāi)始運(yùn)行。美國(guó)能源部對(duì)碟式系統(tǒng)研究得比較多。
三、能量塔式聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)
塔式太陽(yáng)能聚光系統(tǒng)主要用于太陽(yáng)能發(fā)電。它利用鏡面將將太陽(yáng)輻射聚焦并反射至中央塔接收器上。塔式系統(tǒng)運(yùn)用幾百或幾千個(gè)反射鏡（又稱(chēng)定日鏡）將太陽(yáng)輻射反射到接收器上。塔式系統(tǒng)發(fā)電規(guī)模較大，一般在30～400MW之間比較合理，集熱效率70％左右，傳熱介質(zhì)為熔化鹽，工作溫度560℃。塔式系統(tǒng)每一塊定日鏡都是一個(gè)單獨(dú)的二維跟蹤機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高（塔式發(fā)電站3600$/kW左右）。
系統(tǒng)特性： ~10 兆瓦(MW)
熱流: 空氣
溫度：600-1200 oC
壓力 1-20 巴（Bars）
80年代初，美國(guó)在南加州建成第一座塔式太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)裝置－Solar One。起初，太陽(yáng)塔采用水－蒸汽系統(tǒng)，發(fā)電功率為10MW。1992年，Solar One經(jīng)過(guò)改裝，用于示范熔鹽接收器和儲(chǔ)熱系統(tǒng)。由于增加了儲(chǔ)熱系統(tǒng)，使太陽(yáng)塔輸送電能的負(fù)載因子可高達(dá)65%。熔鹽在接收器內(nèi)由288℃加熱到565℃，然后用于發(fā)電。第二座太陽(yáng)塔Solar Two于1996年開(kāi)始發(fā)電，計(jì)劃試運(yùn)行三年，然后進(jìn)行評(píng)估。Solar Two發(fā)電的實(shí)踐不僅證明熔鹽技術(shù)的正確性，而且將進(jìn)一步加速30-200MW范圍的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化。
以色列Weizmanm科學(xué)研究所最近正在對(duì)塔式系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。利用一組獨(dú)立跟蹤太陽(yáng)的定日鏡，將陽(yáng)光反射到固定在塔的頂部的初級(jí)反射鏡——拋物鏡上，然后由初級(jí)反射鏡將陽(yáng)光向下反射到位于它下面的次級(jí)反射鏡——復(fù)合拋物聚光器（CPC），最后由CPC將陽(yáng)光聚焦在其底部的接收器上。通過(guò)接收器的氣體被加熱到1200℃，推動(dòng)一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，500℃左右的排氣再用于推動(dòng)另一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，從而使系統(tǒng)的總發(fā)電效率可達(dá)到25-28%。由于次級(jí)反射鏡接收到很強(qiáng)的反射輻射能，因而CPC必須進(jìn)行水冷。整個(gè)實(shí)驗(yàn)仍處于安裝、調(diào)試階段。
最近，Abengoa能源公司在西班牙的安達(dá)盧西亞（Andalucian）沙漠中建造塔式太陽(yáng)能電站。功率：20(MW)兆瓦。
這座電站中太陽(yáng)能塔高度接近170米，有超過(guò)1200面特制的反光鏡（每一面反光鏡的面積相當(dāng)于半個(gè)排球場(chǎng)）會(huì)將陽(yáng)光反射到這座太陽(yáng)能塔上，由此產(chǎn)生的高溫可達(dá)1000攝氏度，足以將其中的液態(tài)水加熱成蒸汽。而這些蒸汽又會(huì)驅(qū)動(dòng)安放在塔內(nèi)的渦輪發(fā)電機(jī)，從而產(chǎn)生出源源不斷的電流。
四、菲涅爾透鏡聚光系統(tǒng)
利用菲涅爾透鏡聚光的原理，將大面積的太陽(yáng)光濃縮匯聚在面積較小的電池上，從而大大節(jié)約電池片的使用量，這個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵在電池片散熱問(wèn)題。美國(guó)波音的子公司——Spectrolab開(kāi)發(fā)的人造衛(wèi)星用太陽(yáng)能電池單元（GaAs化合物半導(dǎo)體）上，組裝了聚光倍率1600倍的透鏡。由于聚光倍率較高，因此不散熱時(shí)電池單元的溫度最高可達(dá)到約1650℃，通過(guò)采用該公司自主開(kāi)發(fā)的散熱技術(shù)“COOLMOVE”，解決了發(fā)熱問(wèn)題。 而菲涅爾透鏡通常由壓克力塑料制造而成，體積輕便，價(jià)格低廉，能夠較好的提高發(fā)點(diǎn)效率和降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，目前很多國(guó)際上大公司如美國(guó)Amonix 和Emcore公司都采用這種系統(tǒng)。
系統(tǒng)特性：5KW
電池：SPECTROLAB ， 5.5mm *5.5mm；
電池基材：陶瓷
聚光器：PMMA 材料菲涅爾透鏡陣列；
美國(guó)Amonix公司為亞利桑那州公共服務(wù)部門(mén)(APS)建立的高倍聚光太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。
