聚光光伏市场调研.docx

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聚光光伏市场调研

聚光光伏市场调研报告

一、前言

太阳能发电系统的价格一直居高不下！

主要原因是因为太阳能的密度低，而另一方面，温度一定的情况下，太阳能电池的转换效率随着光照强度的增加而升过高。

太阳照射到地面上的平均光强为1千瓦/平米；单晶硅的转化率可以达到23%，多晶可以达到16%，薄膜只能可以达到8%。

转换效率最高的砷化镓电池片能到35%以上，但是用砷化镓制造的太阳能发电系统整体转换效率只有25%左右。

所以为了降低太阳能发电系统的价格，增加太阳光强是一个好的解决办法，要想增大光强需要用凸透镜或者菲尼尔透镜或者反光板把光聚集起来；这样就能大大降低硅与砷化镓的使用量，从而降低太阳能发电系统的价格；这就是CPV（聚光光伏发电系统）的由来。

聚光太阳能具有以下优点：

Ø高效：

世界上聚光光伏发电系统模组的转换效率约在20％-28％，最高的达到了30％，是目前其它太阳电池发电技术难以达到的。

Ø低成本：

规模化电站建设高效太阳能聚光光伏系统模组在2009年有望达到2美元/W以下，约低于硅基太阳电池的20％；

Ø环保：

制造高效聚光太阳电池模组耗费的电能约运行后半年可以收回，且制造环节不产生任何污染，运行20-25年后所有部件可回收再生。

缺点：

其制作工艺复杂、集成系统性要求较高、技术难度大，限制了它的进一步发展。

二、聚光太阳能发电系统原理介绍

高效太阳能聚光光伏发电系统是利用光学系统将太阳能汇聚在太阳能电池芯片上，利用光伏效应把光能转化为电能的发电技术。

聚光光伏发电技术分为透射式聚光光伏发电系统与反射式聚光光伏发电系统。

透射式聚光光伏发电系统的聚光模组主要采用菲涅尔透镜聚焦方式，反射式聚光模组主要采用回转二次反射曲面聚焦方式，聚焦后的光线经过二次匀光处理照射在高效太阳电池芯片上实现系统光电转换效率最大化。

图一、透射式聚光光伏发电系统模组示意图

图二、投射式聚光光伏发电系统图片

图三、二次反射式聚光光伏模组示意图

图三、多镜面一次反射式聚光光伏系统图片

图四、隧道式反射槽聚光系统图片

三、聚光太阳能系统组成

1、太阳能光伏电池

光电转换的电池芯片可采用硅基太阳电池、Ⅲ-Ⅴ族太阳电池等，但世界上高效太阳能聚光系统主要采用是Ⅲ-Ⅴ族太阳电池（例如多结型砷化镓太阳电池）。

多结Ⅲ-Ⅴ族太阳电池原本设计用于太空装置，现在开始进入地面太阳能开发系统，并成为光伏聚光技术发展的助推器。

2、自动跟踪系统

光伏电池只有在聚光器的焦点才能工作，因为地球阳每时每刻都在转动，所以必须使用跟踪器才能保证光伏电池处于聚光器的焦点；跟踪器是CPV系统的主要系统之一，没有跟踪器系统就不能运行，跟踪器除了保证系统能运行外还能比不带跟踪的系统平均多30-40%的电。

聚光光伏系统的跟踪系统方位主要由仰角驱动器、跟踪器以及传感器等组成。

（1）驱动系统

驱动系统为光伏发电系统转动提供动力，系统采用水平方位步进电机和俯仰方向步进电机来追踪太阳的方位角和高度角，从而可以实时精确追踪太阳的位置。

上位机负责任意时刻太阳高度角和方位角的计算，并运用软件计算出当前状况下俯仰与水平方向的步进电动机运行的步数，将数据送给跟踪系统驱动器，单片机接收上位机送来的数据，驱动步进电机的运行。

系统具有实现复位、水平方位的调整，俯仰方向的调整，太阳的跟踪及手动校准等功能。

（2）跟踪器

跟踪器要求：

Ø工作可靠，保证阵列在白天任何时刻都正对太阳；

Ø夜间自动返回原始位置；

Ø遇到大风时可使阵列迅速收帆；

Ø具有保护功能，当传动机构失效时，能使阵列停止运转；

Ø自身功耗小。

（3）传感器

　　跟踪器所用传感器有三种：

方位和仰角太阳传感器，风力传感器，日光开关。

太阳传感器是把聚光电池阵列法线偏离太阳光线的角度信号转变为电信号的装置，它是跟踪系统的重要部件，在很大程度上决定跟踪的精度。

太阳传感器由四个光敏器件组成，分别代表东西南北四个方向，并均布在底座上。

中间为遮光柱，当阳光与太阳传感器垂直时，四路比较器输出端均为“０”电位，只有当太阳传感器偏向某一方向，如偏向东时，那么西边传感器受光照使比较器输入端电位下降而使输出端呈高电位，进而使阵列向西运转。

风力传感器采用感应式器件，当风力达到一定强度（如８级风）时，比较器输出高电位，仰角驱动电机转动，使阵列向北方向运行，直到阵列受力最小为止。

在这种状况下，仰角驱动电机，不受方位太阳传感器控制。

日光开关也是采用光敏器件，白天比较器输出低电位，阵列受方位太阳传感器控制而运转；夜间，比较器输出高电位，此时阵列不受方位太阳传感器控制，而仅受日光开关控制向东方向运行，即阵列返回到早晨初始位置。

3、聚光系统

（1）透射式聚光系统里的菲涅尔镜

菲涅尔透镜作为聚光光伏系统中重要的光学器件，其性能优劣直接影响着CPV系统的聚光率的高低。

从光学效果上来讲，要求有尽量高的光线透过率、能量汇聚率及较高的聚光倍数；从耐候性能上来说，因为在户外使用，要求能抵挡外界环境的侵蚀，以及具有较强的抗冻耐热能力，保证在户外长时间正常工作。

因此，对菲涅尔透镜本身品质具有较高的要求，其设计和制造设计到多个技术领域，包括光学工程,高分子材料工程，CNC机械加工，金刚石车削工艺，镀镍工艺；模压、注塑、浇铸等制造工艺。

国内拥有菲涅尔透镜设计及制造能力的公司不多，成都菲斯特科技有限公司作为成都光电显示工程技术中心的依托单位，从1999年开始致力于菲涅尔透镜的研究、开发和生产。

拥有先进的大型单点金刚石超精密模具加工设备和多种生产手段，擅长大型、高精密菲涅尔透镜的设计、开发和生产，最大模具加工直径可达Φ2000mm。

（2）反射式聚光系统里的集光器

集光器骨架上安装有若干集光反光板，将太阳光反射到位于集光光路上的光聚柱内，光线经聚光柱内的若干聚光反光板反射，沿聚光柱射向光伏导光隧道，经聚光柱下部的光适配器对其入射方向范围进一步调整后，进入光伏导光隧道，导光隧道内的反光板为相间对称分布的两平面光反光板或弧形反光槽，其间隔区域内分布有太阳能电池，太阳光在隧道内被反光板不断反射，射到太阳能电池上的光被转换为电能。

4、散热系统

普通的硅光电池板在夏日中午时温度能到75度以上，普通的硅电池板在两倍太阳光强下时间一长就会起泡，在5倍太阳光强下10分钟就会就会起泡，在10倍太阳光强下5分钟就会起泡，起泡后太阳能电池片就会被氧化，在很短的时间内就会大幅降低效率，另外起泡后由于受热不均匀，常常有电池片炸裂的，这样系统就完全不可用。

而且随著聚光倍率的提升，光伏组件迅速升温，光伏电池的内在电阻增加，转换效率降低，光能利用效率提升与成本降低明显。

因此给聚光光伏系统加装散热系统成为必然，一般采用风冷、水冷和加装铝或其他金属散热片三种模式。

散热系统为聚光光伏技术所面临的最大难题之一，很大程度上制约了聚光光伏的发展。

四、聚光太阳能关键技术点

1、聚光倍率

太阳能聚光光伏系统模组的第１个关键技术指标是聚光倍率，分为低倍聚光与高倍聚光光学系统，目前世界上暂时对其没有严格的定义与划分。

一般而言，聚光倍率在100倍以下的为低倍聚光系统。

目前，国际上高效聚光光伏发电系统的聚光倍率大约在250倍-1000倍，最高的达到了1200倍。

聚光倍率的提高是有限度的，随著聚光倍率的提升，光能利用效率提升与成本降低明显，但随之而来的是光学系统难度加大、追日跟踪精度的提高与散热问题突出，超过800倍的聚光光伏发电系统对光学系统模组、追日跟踪系统及散热技术提出了挑战。

2、廉价、高效能电池

虽然砷化镓可以承受1000倍的光强，但是现在砷化镓价格昂贵，并且砷化镓中的砷是剧毒物质，不可能大幅度的降低制造成本，另外在以环保为主题的国际环境下也不可能大量使用，最后只能是单晶硅；但是单晶硅一般只能承受3到5倍的光强，在CPV领域3到5倍的聚光几乎不怎么能降低成本，要想大幅度降低成本必须达到10左右。

为了达到10倍的聚光必须用特制的单晶硅电池。

3、精确跟踪

受镜头限制，光伏聚光器与望远镜一样，都只能“看到”一小片天空。

面板仰角越狭小，能接收的太阳漫射光就越少，光伏聚光效果也就大打折扣。

而对于光伏聚光系统使用的多结太阳能电池来说，当它与太阳所处方向保持成直线时，才能发挥出最佳效率。

为实现这一目标，可以在每块聚光板的底部安装了太阳能智能跟踪器，在对太阳的运行轨迹开展全天候精确追踪的基础上，将聚光板的仰角不断地进行调整。

对于3倍以上的光伏聚光系统，可选择使用单轴或双轴的智能跟踪器。

而20 倍以上的光伏聚光系统只能安装双轴智能跟踪器。

这是因为随着聚焦倍数的提高，对跟踪精确度的要求也不断提高。

4、散热技术

如果太阳能电池板使用铝或者铜制的散热片进行自然散热，需要大量的散热片，造价特别贵，贵到比硅光片还要贵；如果使用强制风冷，就要使用大量的电能，得不偿失，并且风扇的寿命与可靠性不高，要想达到高可靠性必须有错误检查与冗余设置，这样就会成几倍增加造价，如果在夏天的中午风扇坏了，整个硅光电池板有可能被彻底烧坏。

如果使用水冷除了要使用电力外，造价也不便宜，水冷由于管路多，连接点多，还需要水泵，故障点必然多，可靠性还不如风冷，当然水冷的效率要高于风冷，但是在故障率决定一票否决制的太阳能系统中不可用。

五、聚光太阳能发展现状

聚光光伏系统（CPV）现在还处于起步阶段，但也已经具有成本优势，由于CPV单个模组功率较大，所以技术定位于100KW以上应用市场。

据Emcore2008年11月的公开资料，该公司生产的基于三接面三五族化合物太阳能电池CPV系统成本为每瓦3.6美元。

而根据三安介绍，Emcore目前系统成本已为3美元/瓦，三安系统成本为2.5美元/瓦，低于目前硅基太阳能发电系统4美元/瓦的成本；2008年MW级CPV系统应用起步：

2008年以前，CPV系统应用多为KW级，以企业和国家能源单位测试为主，2008年9月首个3MWCPV发电系统在西班牙建成发电，紧接着西班牙又将建超过10MW的CPV发电电站，希腊宣布将建第一个CPV发电电站，功率为1.6MW，之后又提高到10MW。

CPV发电系统MW级时代到来。

另一方面，由于聚光倍率越高，会导致太阳能电池表面温度越高，同时要求的垂直照射精度越高，这两方面技术上的限制，目前CPV系统最高仅限于1000倍。

从商业及应用规模的角度上讲，目前全球高倍聚光型太阳能电池系统装机量达19兆瓦，计划安装项目已达950兆瓦，西班牙和美国仍是领先国家。

据权威机构预测，到2020年聚光型太阳电池市场规模将达到6GW。

尽管有专家预测到2010年，CPV技术的成本将与传统光伏太阳能技术（PV）持平，但是如果CPV没有得到大规模应用，成本降低则会成为天方夜谭。

截止目前，全世界用于CPV的投资仅10亿美元，而且投资项目规模小、范围窄。

因此不论是业内人士还是各大企业都希望政府可以加大对该领域的投资。

六、从事聚光太阳能的企业及相关项目

目前全球有数十家公司涉足CPV系统，多数集中于美国，Emcore和SolFocus为其中的代表。

SolFocus为目前西班牙和希腊两大10MV级CPV电站系统供应商，而Emcore也为包括中国在内的全球CPV系统应用做出了诸多贡献。

另外还有很多原本生产三五族化合物电池和半导体材料的公司，进入这一行业，比如日本的夏普，韩国的三星等。

国内方面，钟顺科技在重庆和西昌已经实现CPV并网电站的建设，其中西昌为国家863计划组成部分。

下面对其中的十家公司进行详细介绍。

1、Emcore（安科）

Emcore（）成立于1984年，公司总部位于美国新泽西州，是一家以生产、研发光纤通讯产品和太阳能发电系统为主业的大型纳斯达克上市公司，在世界多个国家设有销售分部，在中国廊坊设有分公司EmcoreChina（与新奥集团合作）。

其生产的空间太阳能电池被用在90多个人造卫星上，所开发出来的投射式聚光光伏发电系统使用三结三五族化合物太阳能电池，电池转换效率40%以上，使用500光强聚焦，系统转换效率高达28%。

2、SolFocus（索福克斯）

SolFocus公司（）位于美国加州山景城（Mountain View），其前身是Gary D.Conley在2000年创立的 H2Go公司。

2006年1月，SolFocus公司搬入著名的帕罗奥多研究中心（Palo Alto Research Center），并与后者建立产权与技术开发战略合作伙伴关系。

2006年9月，SolFocus公司在帕罗奥多研究中心完成了第一个完整的光伏聚光方阵安装。

目前，SolFocus公司下辖包括SolFocus欧洲公司（西班牙马德）Inspira S.L.（西班牙马德里）与SolFocus Glassworks （美国亚利桑那州）等数家分支机构，为全球范围内推动光伏聚光技术奠定了基础。

自创建伊始，SolFocus公司就将大批量生产低成本、高产出的太阳能系列产品作为技术研究的核心问题。

SolFocus公司的聚光产品与技术包括二次反射式光伏聚光系统、光伏聚光智能跟踪系统、平板光伏智能跟踪系统等，并正向太阳能行业的其它领域延伸。

它开发的廉价光伏聚光器等系列产品将带动整个行业可再生太阳能转化成本的减少，使太阳能源首次在没有任何补贴等优惠条件的情况下，与传统燃料在高达数十亿美元市场机会的能源市场展开竞争。

3、Concentrixsolar

Concentrixsolar作为世界领先的聚光光伏系统供应商之一，成立于2005年8月，公司位于德国佛莱堡市，2009年12月成为微电子行业工程基板的全球领先供应商SoitecGroup全资子公司。

所生产产品为投射式聚光光伏系统，使用多结点太阳能电池，电池转换效率35%。

系统设计简单，集成化程度高，持久耐用，鲁棒性好，适合于沙漠等直接辐照强度高，温差变化大的地区。

4、AZURSPACESolarPowerGmbH

Azurspace成立于1964年，总部位于德国海尔布隆市，是一家以卫星用太阳能电池为主业的高科技公司，现为技术最先进的砷化镓聚光电池组件是生产商之一，其生产的砷化镓三结电池，最高转换效率40%以上。

2008年涉足聚光太阳能领域，并建立了50MW的生产线，但目前还处于试产阶段，没有真正的商业化运行，更多的是给聚光光伏企业提供高转换效率的电池。