聚光光伏组件的搭建及研究
摘 要环境污染和能源危机限制了世界各国经济的发展，因此，开发可再生的新能源，寻求人类社会的可持续发展是世界各国的主要战略任务。太阳能作为一种可再生的清洁能源，如果能够被人类社会充分有效地利用到实际中去，能够在很大程度上解决能源危机这一难题。所以在太阳能的开发和使用过程中，太阳能发电技术受到世界各个国家的高度重视和关心。最近几年太阳能发电技术以飞一般的速度发展,但是其昂贵的发电成本使其发展规模受到了严重影响，不能扩大范围。而聚光光伏发电技术的发电成本相对较低，并且其光电转换效率较高，这些优势使其在光伏发电系统中的地位逐步上升。本文主要介绍了太阳能电池发电技术的背景和意义，聚光光伏发电系统的构成,各组件的结构特性和工作原理，如何通过一些聚光光伏组成部件搭建一个较为完善的聚光光伏系统，并对其进行了数据分析研究和实验结果比较。介绍了聚光光伏发电技术在国内外的发展现状和得出的成果，并且总结分析了聚光光伏发电技术的未来的研究目标，对聚光光伏技术做出了将来运用的客观展望。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2聚光光伏发电技术的发展 1
第二章 聚光光伏发电系统的介绍 3
2.1聚光光伏技术定义 3
2.2聚光光伏发电系统的组成 3
2.3聚光光伏发电系统工作原理 4
2.3.1太阳能电池的工作原理 4
2.3.2聚光光伏发电的基本原理 5
2.3.3菲涅尔透镜的原理 6
2.3.4聚光光伏系统散热原理及优势 7
2.4聚光光伏发电的主要困难和问题 7
2.5聚光光伏电池的特性 8
2.5.1聚光光伏电池的热电平衡方程 8
2.5.2光伏电池输出特性随冷却热导及聚光倍数的变化 8
第三章 聚光光伏组件的搭建及实验研究 10
3.1逆变器 10
3.2蓄电池 10
3.3聚光光伏组件测试 11
3.4测试结果及分析 13
结束语 16
致谢 17
参考文献 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
第一章 绪论
1.1课题背景及意义
当世界科技在飞速前进时，人们对能源的需求也随之增加，能源需求问题迫在眉睫。另外大量燃烧化石能源导致空气污染严重，对人类社会的快速发展造成了难以估计的影响。能源危机和环境污染问题使世界各国的经济和科技发展受到了限制，带来了局限。因此，积极发掘资源丰富、绿色无污染的新能源，成为世界各国能够长久持续发展的首要任务。太阳能资源的分布地域较多，并且可以再生，储藏量也很充足，如果能够充分有效地利用起来，可以在很大程度上解决能源危机这一难题，所以太阳能在能源系统中具有十分重要的作用。
最近几年，太阳能的开发和利用技术获得了突飞猛进的进步，在太阳能的开发和利用过程中，最受大家瞩目的就是聚光光伏发电技术。但太阳能光伏技术的应用受到电池材料紧缺和发电成本过高等因素的制约，因此目前光伏技术面临的首要任务是降低太阳能电池的发电成本，如何既能降低成本又能提高发电效率成为了解决问题的关键。通过减少太阳能电池在光伏发电系统中的占有比率的方式大大降低发电产生的费用，这就是聚光光伏发电技术。
如今世界各国对聚光光伏发电的研究进入了新的阶段，对技术的应用也已经相当成熟，特别是在聚光光伏电池的效率优化方面也得到了很好地发展。通过采用提高聚光比的方式，聚光光伏发电技术使太阳能尽最大可能性聚集到最少面积的电池上，从而在制作过程中尽可能少的使用光伏电池的材料，使发电的成本也随之减少，在聚光光伏电池未来的发展过程中，也必定会大幅度的降低成本；聚光光伏发电系统通过引入聚光器及其跟踪模块，也能大幅度的提高太阳能的利用率；另外聚光光伏发电系统中也包含电池冷却技术，可以很好地降低聚光光伏电池的工作温度，从而进一步优化聚光光伏发电系统的效率，这也是现在的发展重点，同时未来光伏产业也会将其作为重点技术去研究。聚光光伏发电系统在如何降低成本，提升光伏电池的效率方面具有非常大的发展空间。因此，进一步完善聚光光伏发电系统的关键因素在于：如何通过改善聚光器及其跟踪模块来提升电池在单位面积上的太阳光利用率；如何设计冷却模块使电池工作时的温度降下来，进而增加电池的光电转化率。
1.2聚光光伏发电技术的发展
太阳能开发利用的热潮开始于1970年代中东地区战争带来的石油资源危机。最初的太阳能技术主要应用于航空领域，其历经了三代发展。
第一代光伏技术的代表是以硅为材料制作的太阳能电池，硅太阳能电池光电转换效率大约为20%，其特点是制作电池的硅材料在地球上的储量非常丰富，适合大批量生产，因为需要通过扩大电池面积来提高发电量，所以成本较高，发展受到限制。
第二代光伏技术的代表是以非晶硅和ⅡⅥ族元素为材料的薄膜太阳能电池，由于该电池的底衬可以用价格相对较低的常见材料，如塑料、玻璃、陶瓷、石墨、金属等替代，所以比晶硅电池在成本上有优势，但是光电转化效率（13%左右）较低所以并没有得到太多的发展，其主要特点是具有柔性，可以在任何需要太阳能发电的物体表面上安置应用。
第三代光伏技术是聚光光伏技术，核心是通过聚光器组件来提高太阳能表面的入射光辐射照度，进一步使每块太阳能电池的输出功率尽可能达到最高。该技术通过采用高效率的ⅢⅤ族电池和廉价的光学聚光元器件的方式达到提升发电量和降低发电成本的目的。目前，发电效率能够在40%以上。
尽管聚光光伏发电系统仍然存在一些关键性问题没有得到完全解决，但聚光光伏发电系统具有高效率、低成本的优点，被世界诸多科研机构和公司青睐，很多商家纷纷投资到这一领域进行深入研究，聚光光伏技术也逐步被被运用到实际当中，力争在聚光光伏的产业市场中得到较高的地位。
国内的聚光光伏发电相对其他国家要晚一步，尤其是高倍聚光系统的发展，但近几年也得到了较为满意的发展。以中科院陈应天教授自主研发的“4倍聚光+跟踪+n型光伏电池”转盘式发电为主要代表。这项技术目前已经达到了可喜的指标：通过数倍的聚光倍数，降低发电峰值功率的售价；并且此项技术通过4倍聚光漏斗将部分被散射的太阳光聚集起来，将发电成本再次降低百分之五。该聚光光伏发电系统很好地运用了4倍聚光、跟踪与高效的均匀散热技术，使得单位面积上峰值功率的发电总量进一步提高，也减少了占地面积。
聚光太阳能发电技术一般来说是指太阳能光热技术和光伏技术。太阳能光热技术发电的原理是先聚光收集热能，再转化为机械能；而光伏技术则是因为太阳能电池本身具有内光电效应，可以直接进行光电转化，这也是太阳能聚光发电技术的主流方向。
第二章 聚光光伏发电系统的介绍
2.1聚光光伏技术定义
第一、第二代太阳能利用技术分别使用晶硅电池和薄膜电池进行光电转换。而先通过光学元器件把太阳光进行汇集再进一步运用光伏电池转变成电能发电的技术就是聚光太阳能技术，也是太阳能发电的第三代发展，即聚光光伏技术。
聚光光伏技术运用光学聚光元器件将太阳光收集，只需要集聚在面积不大的电池板上即可，并尽可能地增加每块电池的光照强度，从而提高整个系统的输出功率。该技术的光伏材料用量低，输出功率高，发电成本低，维护费也大大降低，从而受到大家的欢迎，得到很好地发展。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景及意义 1
1.2聚光光伏发电技术的发展 1
第二章 聚光光伏发电系统的介绍 3
2.1聚光光伏技术定义 3
2.2聚光光伏发电系统的组成 3
2.3聚光光伏发电系统工作原理 4
2.3.1太阳能电池的工作原理 4
2.3.2聚光光伏发电的基本原理 5
2.3.3菲涅尔透镜的原理 6
2.3.4聚光光伏系统散热原理及优势 7
2.4聚光光伏发电的主要困难和问题 7
2.5聚光光伏电池的特性 8
2.5.1聚光光伏电池的热电平衡方程 8
2.5.2光伏电池输出特性随冷却热导及聚光倍数的变化 8
第三章 聚光光伏组件的搭建及实验研究 10
3.1逆变器 10
3.2蓄电池 10
3.3聚光光伏组件测试 11
3.4测试结果及分析 13
结束语 16
致谢 17
参考文献 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
第一章 绪论
1.1课题背景及意义
当世界科技在飞速前进时，人们对能源的需求也随之增加，能源需求问题迫在眉睫。另外大量燃烧化石能源导致空气污染严重，对人类社会的快速发展造成了难以估计的影响。能源危机和环境污染问题使世界各国的经济和科技发展受到了限制，带来了局限。因此，积极发掘资源丰富、绿色无污染的新能源，成为世界各国能够长久持续发展的首要任务。太阳能资源的分布地域较多，并且可以再生，储藏量也很充足，如果能够充分有效地利用起来，可以在很大程度上解决能源危机这一难题，所以太阳能在能源系统中具有十分重要的作用。
最近几年，太阳能的开发和利用技术获得了突飞猛进的进步，在太阳能的开发和利用过程中，最受大家瞩目的就是聚光光伏发电技术。但太阳能光伏技术的应用受到电池材料紧缺和发电成本过高等因素的制约，因此目前光伏技术面临的首要任务是降低太阳能电池的发电成本，如何既能降低成本又能提高发电效率成为了解决问题的关键。通过减少太阳能电池在光伏发电系统中的占有比率的方式大大降低发电产生的费用，这就是聚光光伏发电技术。
如今世界各国对聚光光伏发电的研究进入了新的阶段，对技术的应用也已经相当成熟，特别是在聚光光伏电池的效率优化方面也得到了很好地发展。通过采用提高聚光比的方式，聚光光伏发电技术使太阳能尽最大可能性聚集到最少面积的电池上，从而在制作过程中尽可能少的使用光伏电池的材料，使发电的成本也随之减少，在聚光光伏电池未来的发展过程中，也必定会大幅度的降低成本；聚光光伏发电系统通过引入聚光器及其跟踪模块，也能大幅度的提高太阳能的利用率；另外聚光光伏发电系统中也包含电池冷却技术，可以很好地降低聚光光伏电池的工作温度，从而进一步优化聚光光伏发电系统的效率，这也是现在的发展重点，同时未来光伏产业也会将其作为重点技术去研究。聚光光伏发电系统在如何降低成本，提升光伏电池的效率方面具有非常大的发展空间。因此，进一步完善聚光光伏发电系统的关键因素在于：如何通过改善聚光器及其跟踪模块来提升电池在单位面积上的太阳光利用率；如何设计冷却模块使电池工作时的温度降下来，进而增加电池的光电转化率。
1.2聚光光伏发电技术的发展
太阳能开发利用的热潮开始于1970年代中东地区战争带来的石油资源危机。最初的太阳能技术主要应用于航空领域，其历经了三代发展。
第一代光伏技术的代表是以硅为材料制作的太阳能电池，硅太阳能电池光电转换效率大约为20%，其特点是制作电池的硅材料在地球上的储量非常丰富，适合大批量生产，因为需要通过扩大电池面积来提高发电量，所以成本较高，发展受到限制。
第二代光伏技术的代表是以非晶硅和ⅡⅥ族元素为材料的薄膜太阳能电池，由于该电池的底衬可以用价格相对较低的常见材料，如塑料、玻璃、陶瓷、石墨、金属等替代，所以比晶硅电池在成本上有优势，但是光电转化效率（13%左右）较低所以并没有得到太多的发展，其主要特点是具有柔性，可以在任何需要太阳能发电的物体表面上安置应用。
第三代光伏技术是聚光光伏技术，核心是通过聚光器组件来提高太阳能表面的入射光辐射照度，进一步使每块太阳能电池的输出功率尽可能达到最高。该技术通过采用高效率的ⅢⅤ族电池和廉价的光学聚光元器件的方式达到提升发电量和降低发电成本的目的。目前，发电效率能够在40%以上。
尽管聚光光伏发电系统仍然存在一些关键性问题没有得到完全解决，但聚光光伏发电系统具有高效率、低成本的优点，被世界诸多科研机构和公司青睐，很多商家纷纷投资到这一领域进行深入研究，聚光光伏技术也逐步被被运用到实际当中，力争在聚光光伏的产业市场中得到较高的地位。
国内的聚光光伏发电相对其他国家要晚一步，尤其是高倍聚光系统的发展，但近几年也得到了较为满意的发展。以中科院陈应天教授自主研发的“4倍聚光+跟踪+n型光伏电池”转盘式发电为主要代表。这项技术目前已经达到了可喜的指标：通过数倍的聚光倍数，降低发电峰值功率的售价；并且此项技术通过4倍聚光漏斗将部分被散射的太阳光聚集起来，将发电成本再次降低百分之五。该聚光光伏发电系统很好地运用了4倍聚光、跟踪与高效的均匀散热技术，使得单位面积上峰值功率的发电总量进一步提高，也减少了占地面积。
聚光太阳能发电技术一般来说是指太阳能光热技术和光伏技术。太阳能光热技术发电的原理是先聚光收集热能，再转化为机械能；而光伏技术则是因为太阳能电池本身具有内光电效应，可以直接进行光电转化，这也是太阳能聚光发电技术的主流方向。
第二章 聚光光伏发电系统的介绍
2.1聚光光伏技术定义
第一、第二代太阳能利用技术分别使用晶硅电池和薄膜电池进行光电转换。而先通过光学元器件把太阳光进行汇集再进一步运用光伏电池转变成电能发电的技术就是聚光太阳能技术，也是太阳能发电的第三代发展，即聚光光伏技术。
聚光光伏技术运用光学聚光元器件将太阳光收集，只需要集聚在面积不大的电池板上即可，并尽可能地增加每块电池的光照强度，从而提高整个系统的输出功率。该技术的光伏材料用量低，输出功率高，发电成本低，维护费也大大降低，从而受到大家的欢迎，得到很好地发展。
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