太阳聚光器

聚光器提高光能密度的倍数称为聚光比，它是标志聚光器性能的重要参数。能量密度聚光比用吸收器吸收的平均能量密度和入射能量密度之比表示。当光学系统比较理想，中途没有能量损失，也可以用几何聚光比来表示聚光的程度，即聚光器接收太阳辐射的开口面积与吸收器吸收光能的表面积之比。理想状况下，能量密度聚光比与几何聚光比相等。实际情况下，前者比后者小。

根据聚焦特性，聚光器可分为点聚光器和线聚光器。线聚光器，包括条形透镜、抛物槽、线聚光组合抛物面等。点聚光器也叫轴向聚光器，在这类聚光器中，用以聚光的透镜或反射镜和太阳能电池处于同一条光学轴线上。不同的聚光器应用于太阳能电池聚光系统中具有各自不同的特点。

根据光学原理可分为：折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、热光伏聚光器、荧光聚光器、全息聚光器等。其中混合聚光器利用折射、反射和内部反射达到聚光。

热光伏聚光器工作原理是：太阳把辐射器加热到高温，完成光热转换，辐射器再发出辐射到太阳能电池上，电池不能利用的长波辐射重新回到辐射器，完成光电转换，理论上可以达到很高的效率。荧光聚光器和光导纤维聚光器是两种尚未成熟的技术。反射聚光器包括平板、抛物槽、组合抛物面等，用在光伏反射聚光器中两种主要反射镜材料是镀银玻璃和镀铝面。折射聚光器的元件可以是菲涅尔或普通透镜。

太阳聚光器反射式聚光器

①槽式平面镜聚光器。槽式平面镜聚光器是用平面镜以适当的角度构成槽壁，在槽底放置太阳能电池，这是一种较易制作的反射式聚光器，只需用普通的平面镜即可，它对跟踪要求低，可采用常规电池，聚光倍数也低，只有2-6倍。还有一种方法，即太阳能电池方阵的V型槽式安装法，用普通水泥墙壁作反射体，在适当的安放角度下，可使方阵的输出提高20%左右。

②组合平面镜反射器。组合平面镜反射器是采用许多平面镜把阳光反射到一个共同的目标上，在目标上安放吸收器，取得高温和高光强。这种聚光器是在大面积范围铺设平面镜，可以高倍聚光得到很大的功率和极高温度，属于“塔式太阳能电站”。这种聚光器占地面积极大，仅能在山地或荒地建立。

③双曲面聚光器。双曲面与抛物面一样，即也具有一个共同的焦点，当一束阳光平行入射，双曲面反射聚光器将其会聚成一个光点，如果反射面做成正确的双曲抛物面，则聚光倍数可达1000倍。但这种聚光器加工难度较大，外形要求严格，跟踪要求也高，一般使用在水平较高的系统中。太阳光被会聚到太阳能电池上。伞式太阳灶是这种聚光器的一种近似结构，一般是在近似双曲抛物面的衬底上，贴上许多小块平面镜。

④抛物面聚光器，抛物面反射镜是能将平行于镜面光轴的光线会聚于焦点的镜面。因此，当太阳光投向一抛物面反射镜表面时，在其焦点处可形成能量密度极高的会聚光斑，这就是抛物面聚光器用于太阳能聚光的光学原理。在槽形抛物面反射镜中，接收器可为圆管或条形平板，聚焦旋转抛物面聚光器的吸收器可以是球体、圆板。现以槽形抛物面反射镜为例来分析抛物面反射镜的聚光性能，因为应用在聚光太阳能电池中，接收器为条形平板。

⑤复合抛物面（CPC）聚光器。复合抛物面聚光器，是由两片槽形抛物面反射镜以及底部的接收器构成。这种聚光器只聚光不成像，因而不需要跟踪装置，只需要根据季节变化作少量倾斜度的调整。

太阳聚光器折射式聚光器

折射式聚光器是利用光在不同介质的界面发生折射的原理制成的透射式聚光器。这类聚光器的典型例子是凸透镜，但是，在太阳能利用中，如用大型凸透镜聚光，其中心部分很厚。比如，要得到一个焦距等于50cm，口径为50cm的透镜，就需要一个厚度为25cm的玻璃半球。这种笨重的透镜实际上是无法使用的，因此，在聚光太阳能电池方阵中，绝大部分采用菲涅尔透镜。

菲涅尔透镜，实际上是对球面透镜进行微分切割，取出对光学折射无作用的部分而成。为加工方便，还进行了整平，使球面透镜变成一个带有同心楞状条纹的平板，大大降低了重量和体积。菲涅尔透镜也可以做成线聚焦的，这种透镜是由一系列对称分布的平行楞状条纹组成。与传统的光学玻璃透镜相比，将菲涅尔透镜用于太阳能电池聚光有很多优点。 2100433B

太阳聚光器是聚光系统的主要组成部分，也是聚光太阳能电池研究的关键技术之一，研制太阳能利用中的聚光器对提高太阳能电池的转换效率具有重大意义。虽然目前聚光光伏系统还存在一些关键的科学技术问题没有得到完全解决，但各国光伏工作者也在不断地以实验结果验证聚光技术。

聚光器应用于太阳能电池的尝试开始于20世纪60年代初，为了不断降低硅太阳能电池的成本，人们对聚光器在太阳能电池上的应用进行了广泛的研究。