聚光光伏行思录.永恒

OFweek 在的各种技术中，已经走过了近 0年发展历程的聚光（concentrated PV，简称CPV）技术，目前看来，仍然是一个较不起眼的技术路线。

聚光发展的标志性事件，是1976年美国Sandia国家实验室制作了第一架聚光光伏发电设备原型机。

从一开始，人们对聚光光伏技术感兴趣的主要原因，是其具有降低成本的巨大潜力。但具有讽刺意味的是，在走向市场化的过程中，聚光光伏却因相对高昂的成本，一直为批评者所诟病。

随着平板晶硅成本的一路下降，也由于聚光光伏自身存在的一些问题，截至2014年，曾经一度火热的聚光光伏公司，几乎已全军覆没。

那么，聚光光伏技术还有前途吗？

什么是聚光光伏

与其他光伏发电技术路线一样，聚光光伏也是通过光电转换材料的光伏效应实现发电。其所使用光电转换材料，可以是晶硅材料，也可以是其他光电材料。这一技术的要点在于，利用光学聚焦装置把太阳光集中到一小片光电材料上，以此节省昂贵的半导体材料，达到同样的阳光利用效率。与一般直觉认识所不同的是，聚光技术仅仅是增大了光的能量密度，并不意味着能量的放大。

这样一样，聚光光伏就出现了一些与一般光伏不太一样的情况。

首先，因为光学系统一般只能对直射光或者平行光进行聚焦，尽管太阳光照射到地球时可以认为是平行光，但到达地面的阳光，却有一部分是经过散射、反射或者漫反射到达的，这部分阳光就无法为聚光系统所利用。通常情况下，直射阳光成分占总辐射的85%（因不同地区而异）。

其次，因为要保持聚光系统正对着太阳，跟踪系统就成为聚光光伏必不可少的重要部件。传统上，光伏发电设备不带转动部件一度被认为是光伏发电的一大亮点，但随着跟踪系统技术的进步和成本下降，更最重要的是可靠的增加，因此其他光伏技术带跟踪器的方案也慢慢的被行业接受。

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作为光电转换材料，III-V族砷化镓材料因其优异的热学、光学特性，以及抗太空辐射和重量轻（砷化镓本身就是薄膜材料），因此首先在卫星上得到了应用。卫星上为设备供电的光伏板已经由硅替换成更轻便、光电转换效率更高的砷化镓电池板。值得一提的是，砷化镓是一种重要的半导体材料，在微电子等领域有极其重要的应用。西方国家长期对我国进行技术封锁，包括限制材料生长设备的进口。

因为砷化镓材料相对硅材料而言比较昂贵，因此，砷化镓系列材料应用于聚光光伏以后，聚光比必须要设计得很高，以平衡材料的成本。现在主流的高倍聚光系统一般在500~1000倍甚至更高。

但是，更高的聚光比又带来新的问题。聚光比提高以后，光能量密度更高，芯片的电流密度增大，散热问题显得更加突出。同时，更高的聚光比对跟踪系统的精度提出了更高的要求，现在一般要求跟踪精度在0.5度以内，由此跟踪器的长期稳定性和可靠性又成了新的课题。所有这些问题，都加剧了聚光光伏的成本压力。

顺便提一下，也正因为砷化镓材料首先是在空间上得到应用，因此高倍聚光有时也被称为是太空技术的地面应用。这也解释了早期进入高倍聚光光伏领域的是些什么机构，比如波音公司的光谱实验室、美国Emcore公司等，他们是为美国太空计划提供空间电源的单位，国内的上海811所、天津18所，甚至德国的Azur也是一样的性质。