【正文】 Sons Ltd, 2020. 449— 452 [11] 翁政軍，楊洪海．應(yīng)用于聚光型太陽(yáng)電池的幾種冷卻技術(shù) [J]能源技術(shù) , 2020， 2： 1618. [12] Hampe C， Metz A， Hezel R． Innovative siliconconcentrator solar cell for thermophotovoltaic application[A]． 17th EC Photovoltaie solar energy conference[C]． Munich(Germany),2020. [13] Terao A， Mulligan W P， Daroczi S G， et a1． A mirroless design for microconcentrator modules[A]． 28th IEEE PVSC[C]． Anchorage(USA)，2020： 1416— 1419． [14] Sakuta K， Sawata S， Tanimoto M .Luminescent concentrator module of a practical size[A]． First WCPEC[C]． Hawaii， 1994 ： ll15一 l118． [15] Brngren M， Kadsson B． Lowconcentrating watercooled pvthermal hybrid systems for high latitudes[A]． 29th IEEE PVSCE[C]． New Orleans，2OO2： 1733— 1736. [16] Richards E H ． Sandia’ s baseline 3 photovoltaic concentrator module[A]． 20th IEEE PVSC[c]． I丑 s Vegas， 1988 ： 1318— 1323 ． [17] Whitfield G R， Bendev R W ， Weatherby C K， et a1． The development and testing of small concentrating PV systems [J]． S0lar energy． 1999，67(13)： 23— 34. [18] Whiflield G R， Bentley R W ， Weatherby C K， et al。老師學(xué)識(shí)淵博，不僅在科研和學(xué)術(shù)方面具有嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度， 認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，這些都給我留下了深刻的影響。 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 致 謝 在此本科論文即將完成之際，請(qǐng)?jiān)试S我向眾多給予我指導(dǎo)、關(guān)心和鼓勵(lì)的老師、朋友、同學(xué)表示衷心的感謝 ! 我首先要感謝的就是我的指導(dǎo)老師老師。 （ 2） 屋頂發(fā)電 ： 光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑相結(jié)合 ， 構(gòu)成了太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng) ， 可并入電網(wǎng)或配備少量蓄電池 ， 同時(shí)通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)達(dá)到了降低建筑造價(jià)及光伏發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)的目的 ， 其前景誘人。 依其特點(diǎn)又可分為 2種類型 ： （ 1） 聯(lián)網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) ： 由于該系統(tǒng)所發(fā)電力直接進(jìn)入電網(wǎng) ， 省掉了儲(chǔ)能的蓄電池組 。因此設(shè)計(jì)新型低成本可靠的追蹤系統(tǒng)也同樣重要。更加精確的、耐用、廉價(jià)的光學(xué)元器件對(duì)提高系統(tǒng)效率和降低成本會(huì)起重要的作用。這對(duì)于我們是個(gè)挑戰(zhàn)、也是機(jī)會(huì)，掌握更高效的電池制作方法與工藝會(huì)大大提高我們的競(jìng)爭(zhēng)力。例如： 一、 作為聚光光伏技術(shù)的核心，多節(jié)三五族電池的效率已普遍達(dá)到 40%左右，用常規(guī)的方法已很難有大的提升。我國(guó)是個(gè)日照較為豐富的國(guó)家，發(fā)展太陽(yáng)能的潛力巨大，聚光光伏企業(yè)要有發(fā)現(xiàn)這一巨大市場(chǎng)的敏銳嗅覺(jué)，也要具備挖掘市場(chǎng)潛力的能力與毅力。但也要切記歐盟、美國(guó)對(duì)我國(guó)晶硅電池采取“雙反” 措施的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。 聚光光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了 30 多年 ,近些年來(lái)逐漸成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn) ,但在走向產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中還有諸多困難有待解決。我相信，在未來(lái)的幾年內(nèi)聚光光伏技術(shù)通過(guò)不斷的發(fā)展、改進(jìn)，最終會(huì)成為高效、廉價(jià)的光伏發(fā)電方式 [30] 。 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 武漢凹偉能源 MGM2144數(shù)據(jù) 支架及反射鏡成本約 ，其它部件如逆變器等材料、加工費(fèi)用約 萬(wàn)元，電池片 ，即 1kwp 發(fā)電成本約為 ，則 50kWp發(fā)電成本為 萬(wàn)元。電池模組采用武漢凹偉能源的 MGM2– 114 。如圖 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 SunPowe E18/225型電池模組數(shù)據(jù) 圖 SG50K3 逆變器數(shù)據(jù) 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 模擬結(jié)果 此時(shí)，系統(tǒng)給出的優(yōu)化方案中顯示需要的總模塊數(shù)為 260，根據(jù) 2020年的電池板報(bào)價(jià)系統(tǒng)給出 50kWp發(fā)電成本為 。逆變器選擇 SG 50K3 型 ，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖 。 我們選取我國(guó)的武漢市為建立地點(diǎn)。 本節(jié)我們對(duì) 50kWp 的晶硅與聚光光伏屋頂系統(tǒng)經(jīng)行成本上的理論計(jì)算 [29] ，并對(duì)二者經(jīng)行對(duì)比?？梢?jiàn)國(guó)家對(duì)聚光光伏技術(shù)和屋頂系 統(tǒng)的信心與決心。其主要原因是聚光光伏還未形成商業(yè)化、技術(shù)上復(fù)雜、成本不夠低。隨著我過(guò)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，屋頂系統(tǒng)越來(lái)越收到重視，尤其是對(duì)解決偏遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)電人口的問(wèn)題上，將起到重要的作用 [26] 。于 2020年頒布可《上網(wǎng)電價(jià)法》，以 3倍零售電價(jià)和 8倍工業(yè)電價(jià)購(gòu)買太陽(yáng)能發(fā)電，這一法律極大的促進(jìn)了人們對(duì)光伏發(fā)電的積極性。 日本，從 90年代初期就開(kāi)始了“屋頂計(jì)劃”， 頒布了《可再生能源配額法》，目前裝機(jī)量已超過(guò) 5000MW，光伏屋頂系統(tǒng)的安裝量近五年年增長(zhǎng)率達(dá) 96%，成為全球最大的光伏消費(fèi)市場(chǎng)。 在“京都協(xié)議”的推動(dòng)下， 1996年 6月 26日美國(guó)政府宣布實(shí)施“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，其目標(biāo)是到 2020年為止要在全美的住宅、學(xué)校、醫(yī)院、商業(yè)機(jī)構(gòu)和政府機(jī)關(guān)辦公樓安裝 100萬(wàn)套太陽(yáng)能裝置。目前，太陽(yáng)能屋頂在國(guó)外的發(fā)達(dá) 國(guó)家中得到較好的發(fā)展和普及，而在我國(guó)目前仍處于小規(guī)模試點(diǎn)工程階段。 在我國(guó)，目前在太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)仍處于示范性工程階段，中規(guī)院在湖北鄂州、新疆吐魯番等市建立了示范中心。 1999年 1月，德國(guó)政府在歐盟“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”的框架下頒布了《可再生能源法》，保證了購(gòu)買和使用光伏發(fā)電裝置的居民和企業(yè)得到 的 /度的價(jià)格返還。到 2020為止，累計(jì)安裝的光伏系統(tǒng)總?cè)萘繛?3025MW，通過(guò)大規(guī)模的應(yīng)用促使了價(jià)格的下降，光伏發(fā)電成本有 22美分 /度將至 /度，并制造的 7萬(wàn)余工作崗位。這不僅得益于發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)還得益于積極的普及政策 [25] 。 聚光光伏模組以其較高的光電轉(zhuǎn)換效率、較低的成本，待其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模商業(yè)化后必將在這一領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)作用。根據(jù)其特性特性分類可分為功率型儲(chǔ)能和能量型儲(chǔ)能。 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng) 用的逆變器的最大特點(diǎn)就是包羅了最大功率點(diǎn)跟蹤這一功用 。太 陽(yáng)輻射強(qiáng)度是轉(zhuǎn)變著的，明顯最 大功率點(diǎn) 也是在轉(zhuǎn)變的。 陽(yáng)電池組件的輸出是隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)電池組件本身溫度（芯片溫度）而轉(zhuǎn)變的。其原理是整流器的逆過(guò)程。通過(guò)一定的設(shè)計(jì) 接線盒、旁路二極管、連接線等隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中 ，在做到節(jié)能減排、綠色發(fā)電的同時(shí)也保持建筑的外觀效果。 發(fā)電單元，太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)的發(fā)電單元即太陽(yáng)能電池，目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)多用晶硅電池與薄膜電池，相信更高效率、成本更低的聚光光伏將在這一領(lǐng)域得到普及。所以，屋頂系統(tǒng)可以看作是一種小型的“光伏電站”。在城市與農(nóng)村，屋頂系統(tǒng)與醫(yī)院、學(xué)校、工廠甚至是居民樓有機(jī)結(jié)合并網(wǎng)運(yùn)作，在用電少的時(shí)間段通過(guò)太陽(yáng)能對(duì)負(fù)載供電，多余的電能通過(guò)蓄電手段儲(chǔ)存或者并入大電網(wǎng)。該方法可以將最大程度的利用建筑所占空間內(nèi)的太陽(yáng)能經(jīng)行發(fā)電，是節(jié)能減排、營(yíng)造綠色社會(huì)的好方法。 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第四章 太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng) 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)最初是應(yīng)用在航天領(lǐng)域，后經(jīng)技術(shù)的發(fā)展在民用領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越多的作用，其最重要的應(yīng)用就是光伏電站和屋頂系統(tǒng)。時(shí)，電池仍能保持 50%以上的工作效率。時(shí)的電池表面輻照度分布圖 圖 （ d） 偏移角為 1176。 圖 （ b） 偏移角為 0176。和 1176。 可以 看出 ， 最 佳 結(jié)構(gòu) 跟 初始 結(jié)構(gòu) 有 些 差別 ， 這 是 因?yàn)?實(shí) 際 設(shè)計(jì)的是 多 波長(zhǎng)的 三 維 聚 光 全 反 射 式 二 次 聚 光器 ， 并且 全 反 射的 次 數(shù)可能有 所 差 異 。 把 上面 得 到 的 初始 結(jié)構(gòu) 導(dǎo) 入 到 光 學(xué) 仿真 軟 件 TracePro中 ， 進(jìn) 行非 成像光 學(xué) 的光 線追跡 仿 真 ， 如 圖 （ a） 所示 。 假 設(shè) 只發(fā) 生 兩 次全 反 射 ， 則 根 據(jù) 上 節(jié) 推 導(dǎo) 的 公 式 (6)、 (7)可 得 ： 11= a r c sin a r c sin sin1 . 5 1 . 5D ? （ 30 ） 3 11= a r c sin a r c sin sin1 . 5 1 . 5D ? （ 30 ）+π 最后得到 D取值為 81176。 ，此 時(shí) 光 斑 偏 移 的 位 移 大約 為 M=300 tan1176。 。 設(shè)計(jì)應(yīng)用的是 10 mm 10 mm 的 太陽(yáng) 電 池 ， 所 以 ，二 次 聚 光器 下 底 面 的 邊 長(zhǎng) y=10 mm。 為 了 獲 得 寬 光譜 范 圍 內(nèi) 的 高 透 過(guò) 率 ， 采用 了 常 見(jiàn) 且 廉 價(jià) 的 BK7 光 學(xué) 玻璃 [23] ， 主 聚 光器 采 用 菲涅 耳 透 鏡 。 然 后由理 論 分 析 的 結(jié)果確定 初始 高度 ， 再通 過(guò)非 成像光 學(xué) 光 線追跡 不 斷 優(yōu)化 ， 直 到太陽(yáng) 電 池 表 面 獲 得最 高 的理 想 光 學(xué)效率 和光 斑 強(qiáng) 度分 布 均勻 性 [2122]、 。 為 了 不 造 成 太陽(yáng) 電 池 的 浪 費(fèi) ，二 次 聚 光器 出 射 面 的 形 狀 和 大 小 要 跟 太陽(yáng) 電 池 一 致 。而粘附有光錐的電池片在安置在模組時(shí)，光錐 的寬面應(yīng)處在菲涅耳透鏡的焦距處。 因此，在設(shè)計(jì)、安置時(shí)二者有一定的區(qū)別。 對(duì) 于存在更 多次全 反 射的 情 況 ， 可以 根 據(jù) 上 述 方 法 進(jìn)行 推 導(dǎo) 。 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 （ c） 光錐全反射光路圖 圖 （ c）所示為光錐的光路圖，由折射定律和三角集合關(guān)系可得： 1 1 2 2n sin =n sinAB （ 1） 21=A D B? （ 2） 31=3A D B??π （ 3） 式 中 ： n1 、 n2分 別 為空 氣 和二 次 聚 光器 材料 的 折 射 率 。并且進(jìn)入光杯內(nèi)的部分光線會(huì)被反射出來(lái)。其工作原理是經(jīng)菲涅耳透鏡折射匯聚后的光線射入光錐上方的寬面，在光錐內(nèi)部經(jīng)全反射均勻照射在電池表面 。電池與光杯之間采用無(wú)縫隙粘附技術(shù)。光杯和光錐是最常用的二次聚光、勻光器件。 二次聚光及勻光技術(shù) 二次聚光 由于機(jī)械偏差導(dǎo)致的入射光線與受光面不垂直會(huì)直接影響電池表面光斑的輻射分布