低成本聚光光伏發電組件1第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日一、全球能源消耗形勢及太陽能未來的戰略地位一百年來，全球能源消耗基本趨于穩定態勢，平均每年以3％的速度增加。盡管許多工業化國家能源消耗基本趨于穩定，但大多數發展中國家工業化進程加快（如中國），能耗不斷增加，因此預計全球未來能源消耗態勢仍將以3％的速度增長。2第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日能耗平均呈指數增長趨勢所帶來的后果十分嚴重：一方面伴隨著化石燃料消耗的增加，大氣中CO2的含量相應增加，地球不斷變暖，生態環境惡化，自然災害及其造成的損失逐年增加，另一方面將愈來愈快地消耗掉常規化石能源儲量。有資料表明，按照目前的發展速度和已探明的儲量，世界化石燃料只夠很短的時間使用（如石油只夠30～40年，天然氣只夠60～70年，資源最大的煤炭也僅夠170年左右）。能源的潛在危機和生態環境的惡化迫使世界各國積極開發可再生3第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日能源。在今后的20－30年里，全球的能源結構必然發生根本性的變化。專家預測，在本世紀50年代，新能源與可再生能源在整個能源構成中會占到50％。我國是世界上最大的煤炭生產和消費國，煤炭占商品能源消費的70％，已成為我國大氣污染的主要來源。已經探明的常規能源剩余儲量（煤炭只夠100年使用、天然氣只夠30～40年使用、而石油只夠10年使用），人均能源資源不足世界平均水平的一半。目前及相當長的時期我國能源4第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日供需矛盾十分突出，為此，除了合理開發和利用石化能源和水力、核能外，將加速開發利用可生能源（風能、太陽能、生物質能、地熱能、海洋能等）。今年年初我國已出臺“中華人民共和國可再生能源法”，在法律上把可再生能源的開發和利用提高到我國能源發展的戰略高度，這將大大地推動包括太陽能光伏發電在內的可再生能源的發展。我國現在耗能是以煤炭為主，要實現2020年國內生產總值比2000年翻兩番的目標，能源供5第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日需矛盾十分突出，到時石化能源產生的CO2排放量為全球第一（約占28%）。另外，目前我國西部地區約有2萬多個村、700多萬戶、3000多萬農牧民處于無電狀態。但是，我國又是富太陽能資源國，全國2/3以上地區年日照超過2000小時，荒漠面積有108萬平方公里，主要分布在西北地區，適合安裝并網光伏發電系統，如果利用其中的1.38萬平方公里面積，則裝機容量可達1380GWp，相當于我國2002年的全部用電量，因此市場潛量十分巨大。充分利用太陽能源發電6第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日這一陽光工程將給西部地區尤其是西部貧困山區帶來極大的社會效益和經濟效益。太陽能光伏技術的開發一直被列為國家科技攻關計劃，隨著光伏技術的日趨完善，太陽能光伏利用技術在研究開發、商品化生產、市場開拓方面正在快速發展，逐步成為新興產業之一。使用清潔能源是本世紀世界關注的重大課題，一是不可再生能源的緊缺；二是人類生存的需要，太陽熱能利用是可再生能源技術領域商業化程度最高、推廣應用最普遍的技術之一。尤其是在國內7第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日邊遠地區，如果用電規模小，太陽能特別是光伏系統的競爭力現在就比大型發電系統要強得多。今后隨著常規燃料價格不斷上漲及太陽能設備因大規模生產而導致的成本下降，太陽能的競爭力將不斷提高。由于光伏技術產品目前還存在價格高、發電成本高等因素，嚴重制約著其在國內大范圍的推廣應用。因此應著重在降低產品成本、提高效率、提高可靠性上研究開發新技術、新產品。8第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日聚光光伏發電與平板太陽光伏發電相比，在發電量、價格和發電成本三方面都有很大優勢。隨著大型并網發電中心電站開始建設和生產經營管理進一步加強，聚光光伏發電系統還有很大的降價空間，太陽能光伏電站的發電成本下降到民用可以接受的程度是完全有可能的。聚光器、跟蹤器產品是太陽能聚光光伏系統中的關鍵部件，聚光器產品在國內尚屬空白，而跟蹤器也遠未達到應用的程度。本課題旨在開發耐候性好可批量加工、提高發電率、占地面積小，節約資源的聚9第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日光器和高可靠性、低成本、低功耗跟蹤系統。利用空間技術成果轉化為地面民用技術優勢，推廣應用清潔能源，解決國際21世紀不可再生能源資源貧乏問題。在原研制的聚光透鏡基礎上，開發有自主知識產權的可批量加工的長壽命聚光器，進一步提高光伏電站的發電量和降低發電成本，為光伏工程應用打好技術基礎。聚光光伏發電主要適用于鄉村、臺站和戶用的中型離網光伏電站及大型并網發電中心電站。10第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日二、聚光光伏發電的基本原理11第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日采用菲涅爾聚光透鏡將陽光聚焦成高能量密度的光束，再將高能量密度的光束照射太陽能聚光電池來發電，稱為太陽能聚光式光伏發電。采用聚光電池不僅可降低發電成本，而且可提高太陽能發電的光電轉換效率，目前高效聚光電池效率已達32％以上。由于聚光電池的受光面只有同功率的普通光電池幾百分之一，因此可以大大節約單晶硅的用量，即同面積的單晶硅片若制成聚光電池，發電量將提高幾百倍。例如，600W菲涅爾透鏡聚焦太陽能電站僅需要72片聚焦太陽能電池，采光面積小于3平方米，單晶硅片面積只12第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日有164平方厘米。而600W平板固定太陽能電站需要600片100×100mm平板太陽能電池，采光面積需要6平方米，單晶硅片面積與采光面積相同6平方米?？梢娡β侍柲馨l電站在面積上單晶硅片用量，平板固定太陽能電站是聚焦太陽能電站的365倍多，并且太陽能聚光電池的厚度很?。?20μm），只有平板太陽能電池1/4，總單晶硅用量又可大幅度降低。由于單晶硅的造價很高，平板太陽能電池單晶硅用量很大，在前期是太陽能發電價格問題的瓶頸。太陽能聚光電池的出現將大大降低太陽能發電的造價，是今后太陽能發電的方向。13第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日平板太陽光伏發電14第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日采用點聚焦648w聚光太陽能電站15第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日采用線聚焦100kw聚光太陽能電站16第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日三、課題特色

1、聚光器

1.1把空間技術成果轉化為地面民用技術，過去用于空間技術現經過適應性修改和再開發以降低成本，可用于地面聚光光伏發電組件。

1.2采用對稱折射或準對稱折射設計，很好地解決了柱面線聚焦菲涅耳聚光透鏡容許有較大形變的問題，柱面形變容差通?？筛哌_15°～20°。相對于常規設計，聚光透鏡面形容許變形增大100倍。聚光透鏡的光學效率：≥85%；幾何聚光比：20。17第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日

1.3采用特種加工工藝（用金屬模做母模，塑料模具做子模，澆注成型硅橡膠透鏡加工聚光器的方法），可實現大面積柱面透鏡模具精密制造；而常規小面積透鏡模具是采用點金剛石切削三維成型工藝。采用熱壓連續精密成型，可批量生產大面積線聚焦柱面透鏡。而常規的線聚焦柱面透鏡采用單一模具澆注成型，透鏡模具面積小，生產效率和成本均較高。1.4采用在玻璃上用浸漬sio2減反膜為基底材料，然后粘貼一薄層橡膠菲涅耳透鏡組成的透鏡組件，以增加耐候性和耐擦性。18第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日

2、對日跟蹤系統本項目研究開發成功后，由于聚光透鏡面形容許偏差最高可達20°，因此，可使太陽跟蹤由雙向跟蹤變為單向跟蹤。且跟蹤精度要求低（本產品為1°）；跟蹤系統結構簡單，可采用時區模塊輸入、微機定時控制驅動機構，機構簡單、可靠性高；而常規平板聚光光伏系統需要雙軸跟蹤，跟蹤精度要求優于0.2°，跟蹤系統復雜，需采用太陽敏感器等控制復雜的伺服機構進行雙軸跟蹤，可靠性低，功耗相對較大。19第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日

3、柱面線聚焦聚光光伏發電組件集成

地面柱面聚光光伏發電組件由聚光透鏡、太陽電池及熱沉、對日跟蹤系統和其它結構件組成。上世紀90年代美國一獨立機構對多種類型的聚光光伏組件的性能、可靠性和壽命，進行了為期十年的檢測和考察，結論是這種柱面聚光光伏組件最優。與平板太陽電池組件相比，太陽電池用量減少95%；太陽光對太陽電池的輻射通量增加40%；與平板聚光光伏組件相比，聚光透鏡面形容許變形增大100倍，本項目產品面形偏差容許20°；太陽電池工作溫度低，本項目產品約60℃，，長期工作性能好，平板聚光組件的電池20第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日溫度要超過80℃；單軸對日跟蹤為主，跟蹤精度要求低，本項目產品為1°。帶跟蹤器無故障使用時間可達5年以上；太陽能光伏發電組件自身耗電量小于發電量的1%；與相同功率的平板太陽電池組件相比發電量提高40%，組件價格降低40%。采用特種加工工藝，可實現大面積柱面透鏡模具精密制造；而常規小面積透鏡模具是采用點金剛石切削三維成型工藝。采用熱壓連續精密成型，可批量生產大面積線聚焦柱面透鏡。而常規的線聚焦柱面透鏡采用單一模具澆注成型，透鏡模具面積小，生產效率和成本均較高。21第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日四、結束語聚光光伏發電組件與常規平板太陽電池組件相比，發電量提高40%，組件成本降低40%，所組成的聚光光伏發電系統的發電成本可降低60%以上，有望達到1元/kw.h以下（目前采用平板太陽電池組件的發電系統，發電成本約為3元/kw.h），從而具有很大的競爭力。課題完成完成后可達到小批量生產階段的產品技術性能水平，與目前國內