聚光發(fā)電系統(tǒng)
一、聚光光伏組件
聚光光伏組件技術(shù)融合多結(jié)砷化鎵太陽電池外延技術(shù)和菲涅爾高倍聚光光學(xué)設(shè)計，創(chuàng)造出在1000倍光強下，轉(zhuǎn)換效率高達27%的IEC記錄，為聚光光伏領(lǐng)域創(chuàng)造了一個新的基準(zhǔn)。
優(yōu)勢：
1)自主研發(fā)生產(chǎn)的高效多結(jié)砷化鎵太陽電池，25年性能衰降小于5%。
2)相對于晶硅組件，由高溫環(huán)境應(yīng)用引起的功率衰降時大大降低。
3)使用德國進口透射式、非成像光學(xué)菲涅爾透鏡和多級聚光器件，聚光效率大于85%。
4)采用堅固的鋼化玻璃和陽極氧化金屬框架，可抵抗冰雹沖擊和2400MPa以上的靜力載荷。
5)采用模塊化裝配技術(shù)，無暴露的電路和導(dǎo)線，避免了火災(zāi)危險。
6)內(nèi)部無活動部件，避免了機械失效，保證運輸安全。
7)基于玻璃的聚光器件可有效避免紫外輻射造成的光學(xué)效率衰降。
圖2 聚光光伏產(chǎn)業(yè)鏈
聚光接收器是運用SMT技術(shù)和IC封裝技術(shù)將三結(jié)砷化鎵太陽電池、旁路二級管、金屬連接器等封裝至鍍金覆銅陶瓷基板表面。這種封裝形式可以很容易的將聚光電池應(yīng)用到聚光光伏系統(tǒng)中。
圖3 聚光接收器
聚光光路設(shè)計中，入射光通過三級聚光部件進行聚光。其中初級光學(xué)器件（菲涅爾非成像玻璃透鏡）裝配到組件框架結(jié)構(gòu)上，二三級光學(xué)器件裝配到聚光接收器模塊上。這種設(shè)計將入射接收角提高至±0.86°，同時提高光線均勻度。有效的提高了功率和效率。該光學(xué)器件及光路解決方案由德國光學(xué)設(shè)計公司提供。< /p>
圖4聚光光路
聚光光伏組件由12個獨立的聚光接收器模塊、一塊陣列式平板透鏡和鋁材框架組成。寬泛的入射角容差設(shè)計，有效的降低了追日跟蹤器等平衡系統(tǒng)的成本。從組件到跟蹤器，密封設(shè)計確保產(chǎn)品對可靠性的要求，實現(xiàn)防水延年。
圖5 聚光光伏組件安裝尺寸
千倍聚光光伏組件CM3D的性能參數(shù)如表1所示。
表1 聚光光伏組件性能參數(shù)
| 性能參數(shù) @ 1000W/m2 * | |
|---|---|
| 功率(Pmax)* | 350W±5% |
| 功率電壓(Vmp) | 32.75 |
| 功率電流(Imp) | 10.69 |
| 開路電壓(Voc) | 36.05 |
| 短路電流(Isc) | 11.93 |
| 組件效率 | 27.3% |
| 接收角度 | ±0.86° |
| 工作溫度 | -40～50℃ |
| 溫度系數(shù) | |
| 功率 | -0.154%/℃ |
| 電壓 | -0.065V/℃ |
| 電流 | 1.35mA/℃ |
| 機械性能 | |
| 尺寸(長×寬×高) | 1.37m×1.05m×0.59m |
| 重量 | 42kg |
| 接插件 | 4mm2 即插即拔式 連接器 |
| 材料 | Al |
| 菲涅爾透鏡 | 玻璃硅橡膠(SOG) |
| 認(rèn)證 | |
| 鑒定 | IEC62108 |
| 電性能 | TUV safety CalssⅡ |
二、追日跟蹤器
由于地球的自轉(zhuǎn)，相對于某一個固定地點的追日跟蹤系統(tǒng)，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時時刻刻都在變化。為了保證聚光光伏組件板能夠時刻正對太陽，需要為系統(tǒng)中配置追日跟蹤器，使組件單位面積接收的太陽輻射最多，保持發(fā)電功率。
追日跟蹤系統(tǒng)由：結(jié)構(gòu)部分、傳動部分、控制部分等組成。如圖6。
圖6 追日跟蹤器
根據(jù)追日跟蹤器跟蹤的維數(shù)（從一個或兩個方向上跟蹤太陽）我們將跟蹤系統(tǒng)分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤，作為高倍聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)中，我們使用雙軸跟蹤方式。
雙軸追日跟蹤器的優(yōu)點和作用：
1)提高多達50%以上的發(fā)電量，降低發(fā)電成本；
2)延長逆變器滿載荷工作時間，提高逆變效率；
3)發(fā)電功率穩(wěn)定、可預(yù)測，減小對電網(wǎng)沖擊；
4)自潤滑銷軸，免除維護成本；
5)抗風(fēng)沙設(shè)計，有效適應(yīng)沙漠、戈壁惡劣環(huán)境；
6)模塊化控制電路，具有群控和監(jiān)視功能，降低系統(tǒng)成本；
7)適應(yīng)不同場地施工（減少土地平整、施工費用）；
8)降低灰塵、雪對電池組件表面的遮擋，消除或減少組件陰影遮擋，提高發(fā)電量，增加壽命。
圖7 雙軸追日跟蹤器全年對發(fā)電功率的影響
圖8 雙軸追日跟蹤器某一日對發(fā)電功率的影響（新疆哈密）
TT追日跟蹤器的參數(shù)如表2所示。
表2 T10追日跟蹤器參數(shù)
| 序號 | 項目 | 參數(shù) |
|---|---|---|
| 1 | 控制方式 | 光控+時控+GPS |
| 2 | 控制精度 | ±0.2° |
| 3 | 高度角跟蹤范圍 | -20°～80° |
| 4 | 方位角跟蹤范圍 | -120°～120° |
| 5 | 保護抗風(fēng)（可選） | 8級風(fēng)組件正面自動放平 |
| 6 | 工作溫度（℃） | -25℃～+80℃ |
| 7 | 供電方式 | AC：220V |
| 8 | 驅(qū)動功率 | 60W×2 |
| 9 | 材質(zhì) | 熱浸鋅鋼材(Q235) |
| 10 | 機械壽命/質(zhì)保 | ＞25年/1年 |
| 11 | 電機壽命/質(zhì)保 | ＞5年/1年 |
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計
系統(tǒng)共6臺型號為TT的追日跟蹤器，每臺追日跟蹤器上安裝1塊聚光光伏組件CM3D。系統(tǒng)可采用并網(wǎng)或離網(wǎng)發(fā)電方式。可根據(jù)用戶需求進一步設(shè)計。系統(tǒng)初步配置如表3。
表3 聚光發(fā)電系統(tǒng)初步配置
| 序號 | 項目 | 型號 | 數(shù)量 | 備注 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 聚光光伏組件 | CM3D | 6 | 峰值功率350W |
| 2 | 追日跟蹤器 | TT | 6 | 可安裝1塊組件，跟蹤精度±0.2°（光控） |
圖9 聚光系統(tǒng)
圖10聚光發(fā)電系統(tǒng)示意圖
TT追日跟蹤器設(shè)計高度角為20°～80°，因此在設(shè)計跟蹤器排布時需考慮到太陽高度角在大于20°時，跟蹤器之間不會互相遮擋。
圖11 跟蹤器不同俯仰角及方位角時的遮擋曲線
圖12跟蹤器不同俯仰角及方位角時的遮擋系數(shù)
