聚光光伏电池及应用的技术要求

目前，我国的光伏电池材料如高纯度硅主要靠进口，其价格也在持续上涨。怎样减少光伏电池材料的使用量，从而降低光伏发电的成本是光伏发电能否得到普及的关键问题之一。降低光伏发电成本的有效途径之一是采用聚光型光伏发电系统。这种系统以小面积的光伏电池转换大面积受光面接收的太阳能，从而大幅度降低相同发电容量系统的造价，同时节约了昂贵的光伏电池原材料如高纯硅的消耗。在8.1.1节中已提及光伏电池输出功率大致与接受的光照强度成正比。据报道对于建设容量为100MW的光伏发电系统，常规固定非聚光系统需要1100t的单晶硅，而10倍聚光的光伏系统则只需要120t单晶硅，效益非常显著。

2002年5月，首次太阳能聚光发电国际会议的召开表明光伏聚光系统作为很有潜力的一项技术，已经引起更多人的关注。从2000年6月～2003年5月，由欧洲委员会（EC）资助的C-rating项目主要目标是制定光伏聚光元件和组件的标准，促进光伏聚光系统的市场化。

低倍聚光系统指的是2～10倍聚光的系统。在这种系统中出于经济性的考虑，一般采用普通的硅电池。单晶硅光伏电池可承受超出出厂测试条件数倍的辐照度，因此可用于低聚光倍率的系统。在更高的辐照度下，硅电池的光电转换能力因有效载流子浓度的限制而趋于饱和。由于硅材料1.1eV的带隙并非理想，导致光电转换效率不高。太阳光谱中高能光子的相当一部分光能转换为热，而电池的温升将导致电池效率的下降。因此硅电池在高聚光应用中还需要较强的散热措施。

10倍以上的聚光系统需要跟踪系统和主动冷却系统。高聚光系统采用碟式反射镜或菲涅尔透镜可聚光200倍以上，光伏电池需要高性能冷却系统以防烧毁和性能损失。在中高倍聚光系统中一般采用原用于非聚光空间项目的多结（叠层）电池，在聚光系统中必须改善其散热设计以应对所需要的大电流密度（在500倍光照下电流密度可达8A/cm²）。(www.xing528.com)

因为在聚光系统中光伏电池费用占系统总费用的比例下降，所以可以采用价格虽然较贵，但性能更好的光伏电池来提高整个系统的性能。尽管高性能电池可能比硅电池贵100倍，电池成本仍将只是全系统成本的一小部分，总体上是经济的。这些高性能电池主要属于Ⅲ—Ⅴ材料光伏电池，如砷化镓、砷化镓/锑化镓和磷铟镓/砷化镓/锗等光伏电池，它们一般采用叠层式（多结）结构以提高电池的转换效率。

砷化镓材料的带隙和载流子浓度均适合在强光下工作。美国的Spectrolab宣布已获得效率达40.7%的三结砷化镓电池，这种电池的高温性能也很好，工作温度每升高1℃其性能仅下降0.2%，可在200℃情况下正常工作，聚光倍数可达500倍以上。IBM在2008年展示了采用计算机芯片冷却技术的可聚光2300倍的聚光电池。