聚光光伏發電技術研究始于上世紀70年代的石油危機，隨著技術的日趨進步，近幾年取得了較大的發展，目前全球已經開展了很多研究項目，并建成了許多示范工程。但截至目前，全世界用于聚光光伏的投資僅10億美元，而且投資項目規模小、范圍窄。
　　所謂聚光光伏(CPV)技術是通過透鏡將接收到的太陽能放大成百上千倍，然后將放大的能量聚焦于效率高、面積小的光伏電池上，其基本原理就跟用放大鏡點著火柴的原理一樣。但是，由于聚光之后將在電池表面積聚很多熱量，對于聚光電池尤其是高倍聚光電池而言，散熱效果較差的傳統晶體硅太陽能電池并不適用。
　　與晶硅和薄膜電池技術相比，聚光光伏采用多結的III-V族化合物電池具有很多優點。首先，多結電池具有寬光譜吸收的特點，能大大提高轉換效率；其次，多結電池溫度系數小，適合在高溫下工作，因而可以采用高倍聚光技術以減小電池使用面積；此外，以相對廉價的聚光器件替代昂貴的半導體材料，在大規模應用于發電時可有效降低成本、降低生產能耗。
　　記者了解到，晶體硅太陽能電池的理論轉換效率大概為26%，多結的III-V 族電池理論轉換率可超過60%，充分體現了其寬光譜吸收器件的優勢。
　　“對多結電池而言，在聚光之后其轉換效率可以從30%增加到38%以上。”對III-V族半導體材料深有研究的俞容文博士告訴記者。聚光倍數的增加也將使太陽能電池芯片的材料得到節省，從而使成本得到降低。如果多結電池聚光倍數為1000倍，則所需的芯片面積僅為受光面積的1/1000。經測算，1MW的多結聚光太陽能電站，其所用的多結半導體材料僅為67克。相比如采用多晶硅技術, 硅材料重量將在10噸左右.
　　在技術與成本的“轉換”上，上海聚恒太陽能有限公司表示已經取得了突破。據聚恒太陽能總經理容崗介紹，該公司在山東新建的200KW高倍聚光光伏示范電站采用的是576倍的光學系統，光電轉化率為25%，是目前國內光伏系統中最高的。容崗表示，由于光電轉化率高于多晶硅光伏電池，因而該系統使用的土地僅為晶體硅光伏系統的50%-60%，硅基薄膜的20%-30%，因而在土地價格相對昂貴的城市近郊地區有較大的成本優勢。在高倍聚光的條件下，組件如果無法與太陽光保持90度垂直，匯聚起來的光線就投射不到電池上，高效轉化也就無從談起了。聚恒該系統能確保偏差范圍在0.5度以內，實際運轉在0.2度之間，技術與成本的“轉換”得以實現。
　　盡管聚光光伏技術的研發歷史已經有30多年，但聚光光伏電站的商業化運營目前在全球范圍內仍處于起步階段。在我國，已有多家企業開始嘗試在該領域實現突破。記者了解到，由廈門三安光電在青海格爾木獨立設計、安裝的規模為1MW的示范電站，目前已并網發電。
　　在電池的研發和產業化方面，我國航天系統、電子科技系統的多個研究所也在致力于聚光太陽能電池芯片的研發和生產。
　　聚光光伏市場具有高速增長潛力，據業內人士介紹，目前全球的聚光光伏系統裝機容量不到200MW，預計今后幾年內，隨著技術優勢和成本優勢的體現，市場規模將有井噴式的增長。未來10年，全球聚光光伏年均增速預計在40%以上，到2020年行業總產值可達500億元左右。我國目前僅有少量示范電站，隨著光伏裝機容量的提升，聚光光伏的市場也將逐漸打開。
　　從長期來看，聚光光伏系統不會也不可能完全取代晶體硅和薄膜電池的市場。聚光光伏系統適合于超大規模的光伏電站，而晶體硅和薄膜電池除了適合于大型光伏電站外，還適用于較小型的家用、商用和建筑一體化等發電系統。據容崗介紹，由于進入該領域的系統廠商越來越多，因此對電池片的需求也吸引了一系列芯片制造商的進入。三星、JDSU等國際大廠都已經有了進入電池片領域的計劃，這必然會帶來成本的大幅下降，這對聚光光伏行業來說是好消息。湘財證券新能源行業研究員侯文濤認為，隨著該技術的進一步成熟，這一市場也會不斷變大，好比早期的多晶硅電池，技術的成熟與市場競爭的加劇將一定程度上緩解聚光光伏系統的成本壓力。
　　不過，聚光光伏系統技術門檻較高，其太陽能電池生產技術和系統集成技術復雜，核心技術三結砷化鎵電池外延技術目前只有少數的幾個廠家掌握，因此真正實現商業化還有很長的路要走。
　　在成本方面，聚光光伏的太陽跟蹤系統、維護保障系統等方面的成本也不容忽視。盡管普通的晶體硅光伏系統也需要跟蹤系統，但高倍聚光光伏的太陽跟蹤系統對精確度的要求更“苛刻”，一方面是為了保證太陽光能準確地聚焦到太陽能電池芯片，另一方面也是避免對芯片周邊的組件材料造成損害；而太陽跟蹤系統精確度的提升也會使得成本大幅增加。另外，周邊環境對聚光光伏系統的影響也很大，例如，在刮風的時候，小幅的傾斜對晶體硅電池幾乎沒有影響，但很可能會對聚光光伏系統的聚光效果產生致命的影響。
　　據上海太陽能工程技術研究中心主任李紅波介紹，該中心已經完成了一個千瓦的聚光光伏示范工程，該項目已經運行兩年，目前正在建設一個50KW的示范工程。在示范工程運行過程中，該中心已經解決了很多難題，但又陸續出現了很多新的問題需要去解決。
　　2007年12月，CPV的第一個標準（IEC 62108）獲得通過。該標準提出了對CPV模組穩定性測試。這些測試包括電力測試、耐候性測試、機械性測試和環境條件測試。目前也有很多實驗室正在申請測試承擔機構認證。系統在安裝之前必須通過標準中這些最重要的測試，在執行標準程序過程中，不斷改進設計和系統修改以符合IEC測試。隔離測試和濕熱測試是其中最難的考驗，因為模組需要顯示防水的同時保持電隔離。其他標準還在開發中，包括CPV模組電力評定，CPV系統能量等級評定以及追蹤要求和安全要求。
　　隨著現有的技術，已通過并發布的行業標準，一些示范電廠安裝和運行情況參考，CPV行業正在經歷非凡的進步。CPV和電池廠家的數量在過去兩年大大增加，CPV裝機量達到相當可觀的規模。盡管CPV仍然處在發展的早期階段，但已具備快速發展的潛力，隨著各國政策的支持，全球CPV市場將獲得快速發展。我們期望，該技術能早日解決技術穩定性并大力降低成本，以促進光伏發電盡快實現平價上網的目標。


作者：張志偉 來源：《太陽能發電》雜志 責任編輯：admin