【正文】 在此，我謹向 老師表示衷心的感謝和深深的敬意 ! 其次在論文 的研究過程中，同學也給了我很多幫助，得到了他們在學習、研究和生活等方面上給予我的無私指導與幫助，在此向他們表示敬意和感謝 ! 最后，感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師！ 湖北工業(yè)大學理學院 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 32 參考文獻 [1] 胡學浩 .我國能源中長發(fā)展戰(zhàn)略研究專題報告 [R]， 2020. [2] BP 公司世界能源統(tǒng)計年鑒 [R]， 2020. [3] 崔淑卿，陳娟，楊蘇榮 .我國太陽能發(fā)電前景分析， [J]，內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟， 2020（ 17） . [4] Bowden S． A}ligh eficiency photovoltaic roof tile[D]． Sydney：University of new south wales(PhD thesis)， 1996. [5] 王科，崔文智，李隆鍵等．聚光型太陽能電熱聯(lián)用系統(tǒng)研究進展 [J]太陽能， 2020， 8： 27— 32． [6] 陳諾夫，白一鳴．聚光光伏系統(tǒng) [J]．物理， 2020， 36(1 1)： 862— 868． [7] Pachon D， Anton I， G Sala． Rating and modelling of concentrator systems[A]． 29th IEEE PVSC[C]． New Orleans， 2OO2： 1600— 1603. [8] 田瑋，王一平，韓立君等．聚光光伏系統(tǒng)的技術進展 [J]．太陽能學報，2020， 26(4)： 597— 604． [9] Viacheslav Andreev , Eugenia lonova , Valery Rumyant sev. Concentrator PV Modules of“ AllGlass” Design with Modified Structure[ C] , Photovoltaic Energy Conversion , 2020 ,873876. [10] Swanson R M. Photovoltaic Concentrators in Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. Eds. Antonio L, Steven Sussex, England: John Wiley amp。 與國際上蓬勃發(fā)展的光伏發(fā)電相比 ,國內(nèi)平板式光伏發(fā)電系統(tǒng)技術已比較成熟 ,而聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)還處于技術開發(fā)階段 ,只要 我們抓住有利時機 ,瞄準國際光伏電池新材料及器件研究的前沿 ,就能在聚光光伏技術及應用方面取得突破性進展 。 三、 聯(lián)網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)： 該系統(tǒng)在國外已步入大規(guī)模發(fā)電階段 ， 是當今國際上光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢但在我國目前仍處于醞釀試驗階段 。 二、 正如本文中所分析得出的，聚光器件及追日系統(tǒng)對電池效率有著直接的影響，所以致力于對菲涅耳透鏡的制作工藝的研究、及追日系統(tǒng)合理的設計及提高機械部分的機械精度將是我們所要做的另一件重要的事情。就聚光光伏技術本身而言，仍有不少問題需要我們?nèi)ソ鉀Q。例如 ,目前研究聚光光伏技術的企業(yè)很多 ,但各家的組件模式都不盡相同 ,孰優(yōu)孰劣還有待考察 ,可以說聚光組件設計趨同之時 ,就是其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之時。 由此可以看出，同等發(fā)電規(guī)模的情況下，聚光光伏要優(yōu)于傳統(tǒng)的晶硅光伏發(fā)電。 接下來我們將對聚光光伏系統(tǒng)的成本經(jīng)行理論計算。發(fā)電模組使用英利的 YL240P29b 型電池， 詳細數(shù)據(jù)如圖 。 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中指出，光伏項目的裝機容量不能小于50kWp，所使用的單晶硅類光伏組建效率不應小于 16%[28] 。 基于聚光光伏的屋頂系統(tǒng) 無論是國外還是國內(nèi)，目前還仍未將聚光光伏系統(tǒng)應用于屋頂系統(tǒng)。 1999年 1月，德國政府在歐盟“百萬太陽能屋頂計劃”的框架下頒布了《可再生能源法》，保證了購買和使用光伏發(fā)電裝置的居民和企業(yè)得到 的 /度的價格返還。這不僅得益于發(fā)達國家的先進技術還得益于積極的普及政策。于 2020年頒布可《上網(wǎng)電價法》，以 3倍零售電價和 8倍工業(yè)電價購買太陽能發(fā)電，這一法律極大的促進了人們對光伏發(fā)電的積極性。 在“京都協(xié)議” 的推動下， 1996年 6月 26日美國政府宣布實施“百萬太陽能屋頂計劃”，其目標是到 2020年為止要在全美的住宅、學校、醫(yī)院、商業(yè)機構和政府機關辦公樓安裝 100萬套太陽能裝置。前者 功 率密度高、響應 速度快、可進行頻繁充放電 , 如飛輪儲能、超導儲能、超 級電容器等；后者 能量密度高、可進 行大規(guī)模能量儲存 ,如抽水蓄 能、壓縮空氣、蓄電池儲能等。相關于這些轉(zhuǎn)變，一直讓太陽電池組件的任務點處于最大功率點，系統(tǒng)一直從太陽電池組件獲取最大功率輸出，這種節(jié)制就是最大功率跟蹤節(jié)制。 逆變器不只具有直交流變換功用，還具有最大限制地發(fā)揚太陽電池功能的功用和系統(tǒng)毛病維護功 用。發(fā)電單元可以安裝在建筑的遮陽板、立面、坡屋頂和斜屋頂 上。當用電高峰到來，屋頂系統(tǒng)無法滿足負載用電需求時，通過大電網(wǎng)經(jīng)行補充。 據(jù)發(fā)達國家的統(tǒng)計，建筑耗能占到總耗能的 30%～ 40%[24] ，于是出現(xiàn)了通過屋頂系統(tǒng)對建筑經(jīng)行供電的方法。時電池表面輻照度分布圖 由此得出，即便偏離角達到 1176。時的輻照度分析圖，由此可以看出二次聚光器件對菲涅耳透鏡聚光光伏系統(tǒng)的重要性。 湖北工業(yè)大學理學院 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 22 圖 （ a） 二次聚光光路仿真圖 以太陽 電 池 接收到 的光 能 量 和光 斑 強 度 分 布 均勻 性 為 評價 ， 經(jīng) 過 不 斷 的 仿真 優(yōu)化 得 到 了 全 反 射 式 二 次 聚 光器的 最 佳 結構 ， 其上 底 面 邊 長為 20 mm、 下 底 面邊 長為 10 mm、 高 為 39 mm。 ≈ 5 mm， 為 了 使 偏 移 的光 斑 仍然 能 入射 到 二 次 聚 光器 上 底 面 ， 二 次 聚 光器 上 底 面 的 邊 長 x=Φ +2M=20 mm。 經(jīng) 計 算 可 知 ， 菲涅 耳 透 鏡 聚 光后 入 射 到 二 次 聚 光器 上 底 面 的 入 射 A1=arctan 170/300 ≈ 30176。 下面以一個實際仿真例子加以說明。 勻光技術 光錐是 安 裝 在 菲涅 耳 透 鏡和 太陽 電 池 之 間 起 連 接作 用的光 學 元 件 ， 上 底 面位于 菲涅 耳 透 鏡的 焦 平 面 ,下 底 面 緊貼著 太陽 電 池 。 而 對 于更 復 雜 的 三 維 聚 光 以 及 多 波長 聚 光的 情 況 ， 則 需 要 結合 光 學 設計軟 件 的光 線追跡 來 進 行 仿 真 設計 。以下將對光錐的二次聚光作用做詳細的分析。 湖北工業(yè)大學理學院 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 19 圖 （ a） 光杯實物圖 光錐則是由高透過率的光學玻璃構成的實心倒梯形狀光學器件，如圖（ b）。而解決著一些問題的最佳途徑就是二次聚光 并將重新匯聚后的光線均勻照射在電池表面。這也正是聚光光伏系統(tǒng)對追日系統(tǒng)有很高的精度要求的原因。時 偏移角為 176。時 湖北工業(yè)大學理學院 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 16 偏移角為 176。時 偏移角為 176。情形的光學仿真。如 （ a）、 （ b）仿真圖所示。太陽能 Fresnel 聚光透鏡的設計主要是以透鏡的光學效率、成像面上光斑的能量均勻性、色散以及聚光光斑大小與聚光光伏電池的匹配等為主要控制指標 [20] 。 湖北工業(yè)大學理學院 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 12 第三章 菲涅耳透鏡聚光系統(tǒng) 在聚光光伏技術中 ，菲涅耳透鏡以其較低的成本以及輕便容易制作等有點成為聚光系統(tǒng)設計者的主要選擇，本章將詳細介紹菲涅耳透鏡聚光原理及二次聚光的重要性。 Sandia[18] 開發(fā)出一種散熱器，是把電池直接焊在銅的散熱片，既做為傳熱元件也做為下電極。 SEA公司 [15] 采用擠制鋁材的散熱片，實驗表明，從散熱片到空氣的溫度降至少是散熱片內(nèi)部溫度降的 5倍，所以散熱片到空氣的傳熱是主要的熱阻，主要的散熱依靠 3個翅片和 2個組件的側邊， 3個翅片上都有突出物既加大了換熱面積，也加強了對空氣的擾動增強了傳熱。被動式冷卻有較高的可靠性，是聚光電池冷卻的 首選方式 [13] ，但由于大規(guī)模應用和高聚光率產(chǎn)生的高能流密度的情況，則應考慮使用主動式冷卻。散熱器分主動式冷卻和被動式冷卻 [11] 。 點聚光結構的聚光器一般要求雙軸跟蹤 ,線聚光結構的聚光器僅需單軸跟蹤 [10] 。其組成部件有主體框架、機械傳動軸、傳感器、控制器、伺服電機。其實現(xiàn)方式有根據(jù)天文年歷的追日系統(tǒng)和光機電一體化的追日系統(tǒng)兩種。 2176。典型的高倍聚光模塊的追日系統(tǒng)精準度必須小于177。 圖 光錐光路圖 Ⅲ Ⅴ族電池 聚光光伏早期使用的也是晶硅電池，但是隨著聚光倍數(shù)的增高，電池表面溫度上升，晶硅電池的效率隨之下降（如圖 ） [8] 。光學效率為 0[7] 。 圖 折射式聚光示意圖 湖北工業(yè)大學理學院 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 8 二次聚光 無論是反射式聚光還是折射聚光都無法直接將光線均勻的匯聚到電池表面，電池表面光斑光強分布并不均勻。主要應用于碟型和槽式發(fā)電系統(tǒng)，缺點在于安裝復雜，而且電池的支撐冷卻裝置會產(chǎn)生陰影。以下將做簡要介紹。 在非聚光情況下， 太陽電池性能的提高主要得益于電池開路電壓和光生電流的提高 [4] 。 湖北工業(yè)大學理學院 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 5 第二章 聚光光伏的原理及分類 聚光光伏的原理 顧名思義，聚光光伏就是通過將太陽光匯聚于太陽能電池的發(fā)電方式。該技術采用廉價的光學聚光元器件和高效率Ⅲ Ⅴ族電池，達到降低發(fā)電成本和提升發(fā)電量的目的。最初的太陽能技術應用于航空領域，歷經(jīng)三代發(fā)展。經(jīng)過不斷的探索，人們發(fā)現(xiàn)可以通過將太陽光匯聚在太陽能電池上可以提高發(fā)電效率，并降低了成本。這就決定了開發(fā)利用太陽能將是人類解 決常規(guī)能源匱乏、枯竭的最有效途徑。太陽的壽命尚有 40 億年，相對于人類歷史來說，太陽能可再生能源，可利用量巨大。但是化石燃料是有限的，據(jù)統(tǒng)計，截至 2020 年全球已探明的石油、天然氣儲量僅可適用 5060 年 [2] ，并且由于燃燒產(chǎn)生的溫室氣體、有害氣體和其他形式的污染導致了諸多環(huán)境問題、生態(tài)災難。對其利用菲涅耳透鏡的聚光技術和屋頂系統(tǒng)做了詳細分析、仿真并對其未來發(fā)展趨勢做了展望。 屋頂系統(tǒng)作為光伏發(fā)電技術的一個重要應用，其目的是通過發(fā)電模組與建筑、環(huán)境的有機結合，達到與主電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電或在偏遠無電地區(qū)實現(xiàn)獨立的發(fā)電微網(wǎng)。本文中所提到的聚光光伏技術是近些年取得較好成就的第三代光伏技術，聚光光伏技術在以上兩方面得到較大的突破。湖北工業(yè)大學理學院 2020 屆畢業(yè)設計（論文） I 摘 要 隨著日益加劇的能源與環(huán)境危機，人們開始尋求一種可再生的潔能源，太陽能則是較為理想的一種。 聚光光伏的核心是具有高光電轉(zhuǎn)換效率的Ⅲ — Ⅴ族電池和聚光系統(tǒng)。該項應用已在歐美等發(fā)達國家大規(guī)模實行，在我國目前處于個別示范性工程的階段。 關鍵詞 ：聚光光伏、菲涅耳透鏡聚光