聚光光伏（CPV）是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光伏电池直接转换为电能的技术，CPV是 聚光太阳能发电技术中最典型的代表。

使用晶体硅电池和薄膜电池进行光电转换，分别是第一、第二代太阳能利用技术，均已得到了广泛应用。利用光学元件将太阳光汇聚后再进行利用发电的聚光太阳能技术，被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术。

聚光光伏是通过采用聚光技术，以相对便宜的聚光器来代替昂贵的太阳电池，将太阳光汇聚到太阳电池表面进行发电的一种技术。

聚光系统包括聚光器、二次聚光器、反射镜等，聚光光伏应用中主要考虑的是聚光的倍数以及聚光后光斑的辐射强度分布以及光谱情况等。

聚光器依据光学原理可以分为折射聚光器、反射聚光器、复合聚光器、热光伏聚光器等。聚光光伏所使用的折射聚光器分为菲涅尔透镜和普通透镜两种。其中菲涅尔透镜是平面化的聚光镜。菲涅尔透镜具有质量轻、成本低、应用结构简单的优点。具体设计属于非成像光学范畴，它没有光学元件所定义的焦平面，可以产生远好于传统成像光学的光强度增益。菲涅尔透镜又可分为弓形和完全平面形两种。弓形菲涅尔透镜具有更好的光学性能，但是加工难度相对较高。折射聚光器存在的问题主要是太阳光在经过每一个折射面时会有约4%的损失，透镜的

透光效率也受到透镜材料、加工工艺以及太阳照射时间的影响，同时存在不同程度的色散现象。为提高光斑太阳辐射均匀性，有很多研究提出了多种不同形式的透镜设计。但是在实际应用中，在透镜的复杂程度和聚焦后光斑的质量之间，经常不得不进行折衷处理。

反射聚光器主要有抛面镜、平板、抛物槽、组合抛物面(CPC)等几种类型。反射材料主要是镀银玻璃和镀铝面，也有使用高分子材料的高反射率薄膜制作反射面。反射聚光的优点是不存在色散现象，光斑辐照分布均匀，反射效率可以接近100%。缺点是常规反射聚光器由于需要在反射面上固定太阳电池，太阳电池的安装要比折射聚光器复杂，而且固定装置会在反射面上、进而在太阳电池表面产生阴影。另外，如果反射面受到污损，反射率会急剧衰降。一种比较特殊的反射聚光器是利用卡塞格林透镜的原理。其优点是可以在相对较小的尺寸实现较大的聚光比，有的研究提出可以通过对二次反射透镜进行光学镀膜的方式实现对不同波段太阳光的分光，从而可以选择由对不同波段敏感的太阳电池组成复合光伏发电系统，提高整个系统的光电转换效率。缺点是结构相对复杂，对跟踪精度要求较高。

在实际应用中，由于对日跟踪系统的精度以及风向的影响，实际太阳入射方向常常会稍微偏离聚光器轴向方向，太阳电池表面光斑的光强分布会迅速衰降。以某400 倍菲涅尔透镜为例，如果入射角偏离0.5°，光学效率将衰降为64%，如果入射角偏离1°，光学效率将降为0。为增加对太阳光入射偏离角度的容忍度，一般采用在太阳电池表面增加二次光学元件的方式。主要有光漏斗和二次透镜两种，一般可以将容忍度提高到1°。同时二次光学元件可以增强太阳电池表面的光强分布均匀性。

聚光光伏所使用的太阳电池是聚光光伏技术的核心和基础，早期主要使用晶体硅太阳电池。由于GaInP/GaAs/Ge 多结电池光电转换效率高，并且因其具有很好的高温特性可实现高倍聚光，目前国际上普遍趋向于使用GaInP/GaAs/Ge 多结太阳电池发展高倍聚光光伏技术。典型的GaInP/GaAs/Ge 三结电池由约30 层结构构成，采用MOCVD 技术或MBE 技术制作。

一般情况下，对于聚光率超过10 的聚光系统，为保证聚光效果，均须采用跟踪系统。跟踪系统分为单轴跟踪和双轴跟踪两种。双轴跟踪系统又根据转动轴的组合方式分为极轴式、基座式、水平枢轴式、转盘式等几种。总体上讲，极轴式控制相对简单，但是精度稍低；极轴式和基座式结构相对简单，安装比较容易，但是受风的影响比较大，而且单系统容量受到结构强度和结构成本影响有所限制；水平枢轴式受风力影响较小，占用空间相对较少，用于屋顶应用比较多，但是安装相对复杂。转盘式结构高度和受风力影响最小，能够有效降低结构成本，单系统容量也可以做得较大。但是转盘式安装是各种形式中最复杂的，需要做大量的调整工作以保证每个太阳阵列保持一致。

在综合考虑性能和成本的前提下，根据需要采取不同的聚光器、太阳电池、跟踪系统形式进行工程化设计，组成聚光光伏系统。

其中散热是必须优先考虑的因素，因为太阳光汇聚后会在太阳电池表面形成非常高的温度。如果不能及时散热，太阳电池光电转换效率会受到很大影响，甚至会烧毁太阳电池。散热分为主动散热、被动散热两种方式，也有很多设计提出利用主动散热方式发展电热联用方式从而更好地提高太阳能利用效率。关于散热技术的应用研究一般主要借鉴以往半导体芯片散热研究中所积累的技术。系统的可靠性、维修性也是需要重点考虑的因素，如果设计不当，后期的运行成本甚至可能超过前期的系统购置成本。

据IMSResearch最新发布的报告透露，2012年聚光光伏市场规模将实现翻番，达到近90MW，销售额达3.25亿美元。此外，IMSResearch预计到2016年这一新兴技术的装机量将快速发展，总装机量将达到近1.2GW。

IMSResearch日前发布的《2012年全球聚光光伏市场》报告指出，到2012年聚光光伏市场装机量将达到近90MW，同时营收将增长逾60%至3.25亿美元。这家研究公司预测，尽管受到来自传统光伏系统强有力的竞争，但聚光光伏系统在目标市场仍然充满吸引力。IMSResearch分析师以及这份报告的作者之一JemmaDavies认为：“聚光光伏系统供应商正被迫不断削减成本，从而使CPV系统成本能与快速下跌的光伏系统成本相竞争。相对来说，聚光光伏仍是新兴技术，面临着其可融资性的问题。尽管如此，聚光光伏系统供应商仍在美国市场取得了很大的进展，预计2012年市场占有率将达到13%，到2016年将进一步增至27%。”

虽然长远来看，聚光光伏市场仍将是一个细分市场，但这份报告发现，聚光光伏的发展前景仍然十分乐观。到2016年，聚光光伏将有望达到适宜其发展的高直接正常辐射(DNI,DirectNormalIrradiation)地区(通常是DNI高于6kWh/平米/日的地区)总装机量的18%。2012年，高倍聚光光伏系统(HCPV)是市场主流。然而，据预测今后五年低倍聚光光伏系统(LCPV)装机量将快速增长，到2016年将占据聚光光伏市场20%的市场份额。这份报告的另一位作者SamWilkinson补充道：“目前低倍聚光光伏系统供应商尚未大举进入市场。然而，随着SunPower等知名企业进驻，2013年装机量将大幅增长，最终这些产品将占据一定的市场份额。”

据该报告透露，最具吸引力的聚光光伏市场将是美国、中美洲、中东及非洲市场(尤其是南非)。尤其在光照充足的美国西南部、智利、沙特阿拉伯、摩洛哥等地区，聚光光伏系统将呈现高速发展态势。预计至2016年，聚光光伏系统将占据这些地区光伏装机市场27%的份额。

IMSResearch在这份2012年报告中提供了30多家聚光光伏系统厂商的资料。截至2011年底为止，由于市场体量尚小，仅前五家厂商就把持了聚光光伏总装机量的90%。Amonix曾是聚光光伏市场最大的供应商，然而随着今年初该公司停业及新厂商的进入，市场竞争格局将发生重大改变。据该报告透露，Soitec和SolFocus等厂商将在2012年的聚光光伏市场获得更大的市场份额。

第一， CPV技术由于光电转化效率高等特点，是能用于建造大型支撑电源的最理想的太阳能发电技术。

第二，与晶硅和薄膜太阳能发电技术相比，CPV目前3~4美元/Wp的建设成本并无优势，但随着生产规模的扩大、电池效率的提高、聚光模块的改进等，成本会大幅下降，潜在优势大。

第三，同等发电量情况下CPV电厂占地面积小，而且由于跟踪系统的倾角改变，阴影面积改变不影响地面生态。

第四， CPV系统的发电过程中几乎不耗水，仅需少量水用于清洁光伏组件的玻璃外壳，有明显的节水优势。

此外还有很多优势不再叙述，最为这样一个有优势的技术为何没有大范围应用呢，因为目前的技术还不成熟，还有很多问题遇难题需要解决，例如在技术问题上如何改进材料进一步提高光伏电池的耐光能力，高倍聚光下，如何解决光照不均匀，效率低的问题，还有如何实现产业的规模化自动化一体化，如何应对天气问题对聚光光伏的系统的影响，另外光强不均匀，会导致电池表面受热不均，故对材料的要求也很高，还有散热器性能的研发等等。正是由于这一系列的优势与问题，CPV系统没能真正发挥它的高效率，然而却给我们立下很大的探索和研究空间，因此，CPV有着巨大的发展前景。

CPV太阳能发电系统原理比较简单，为什么到现在全世界也没有几家公司做出特别稳定且便宜的发电系统呢!在CPV领域原则上讲聚光倍数越高造价就越便宜但是使用聚光的方式就会出现以下问题。

1、让单晶硅承受较高倍聚光

虽然砷化镓可以承受1000倍的光强，但是现在砷化镓价格昂贵，并且砷化镓中的砷是剧毒物质，不可能大幅度的降低制造成本，另外在以环保为主题的国际环境下也不可能大量使用，最后只能是单晶硅;但是单晶硅一般只能承受3到5倍的光强，在CPV领域3到5倍的聚光几乎不怎么能降低成本，要想大幅度降低成本必须达到10左右。为了达到10倍的聚光必须用特制的单晶硅。

2、散热

普通的硅光电池板在夏日中午时温度能到75度以上，普通的硅电池板在两倍太阳光强下时间一长就会起泡，在5倍太阳光强下10分钟就会就会起泡，在10倍太阳光强下5分钟就会起泡，起泡后太阳能电池片就会被氧化，在很短的时间内就会大幅降低效率，另外起泡后由于受热不均匀，常常有电池片炸裂的，这样系统就完全不可用。

如果太阳能电池板使用铝或者铜制的散热片进行自然散热，需要大量的散热片，造价特别贵，贵到比硅光片还要贵;如果使用强制风冷，就要使用大量的电能，得不偿失，并且风扇的寿命与可靠性不高，要想达到高可靠性必须有错误检查与冗余设置，这样就会成几倍增加造价，如果在夏天的中午风扇坏了，整个硅光电池板有可能被彻底烧坏。如果使用水冷除了要使用电力外，造价也不便宜，水冷由于管路多，连接点多，还需要水泵，故障点必然多，可靠性还不如风冷，当然水冷的效率要高于风冷，但是在故障率决定一票否决制的太阳能系统中不可用。

3、反光板

普通的镜子，塑料反光板由于反射层与骨架层(比如玻璃)热胀冷缩系数不一样在室外2-4年反射面就会脱落，在沙漠高温差地方可能几个月就完全不能使用了，并且反光率会慢慢下降。

另外国内外也有用高反射率的薄铝板，但是这种铝板不能经受冰雹，并且不能擦洗，如果擦洗会产生永久性损伤，这种铝板使用期限为8年左右，并且反光率逐年降低，8年就基本只有40%的反光率了，远远不能达到太阳能系统要求的25年;铝板有贴保护膜的，但是保护膜造价高，也不防冰雹，不能解决所有问题。另外为了降低成本铝板一般都为0.3毫米左右，这样加工特别困难，加工成本特别高。

4、跟踪器

光伏电池只有在聚光器的焦点才能工作，因为地球阳每时每刻都在转动，所以必须使用跟踪器才能保证光伏电池处于聚光器的焦点;跟踪器是CPV系统的主要系统之一，没有跟踪器系统就不能运行，跟踪器除了保证系统能运行外还能比不带跟踪的系统平均多30-40%的电。但是跟踪器是机械结构，长年累月的运行会出故障，并且会有磨损，跟踪器如果出现故障系统就不能运行(发不出电)，如果有磨损了跟踪精度就会降低，由于CPV系统对跟踪精度是有要求的，如果精度降低整个发电系统就不能正常运行。

有别于传统硅晶型以及薄膜型，聚光型太阳光电(HCPV)的技术最显着的优点在于它的高光电转换效率。这种太阳电池芯片在聚焦太阳光500倍左右时它的光电转换效能介于36-40%之间，光电模组的效能在22-28%之间。整个系统的效能在18-20%之间。以年度发电量而言，在相同的条件下，系统(结合双轴追日技术)约是传统硅晶型的1.2-1.4倍左右 ，此点是HCPV技术的竞争优势。HCPV技术最适合应用于大型电厂，特别是在阳光日照充足、干燥、低湿度的地区 。

目前HCPV 的核心技术-三结化合物电池和高倍聚光技术的开发和制造已经突破了国外企业的封锁，目前在国内实现大规模量产的企业有国内上市企业三安光电旗下的日芯光伏，他们已经能够实现1000倍聚光和40%以上的光电转换效率。

日芯光伏科技有限公司参与了我国《聚光型光伏模块和模组设计鉴定和定型》认证技术规范制定工作，为通过本次认证，日芯光伏科技有限公司经过了申请、送样、型式试验、工厂检查、合格评定、发证等认证环节，也为我国今后聚光光伏组件的质量认证工作积累了宝贵经验。

系统效率比较 能量转化效率

薄膜型太阳能 7%～9%

晶硅型太阳能 14%～17%

第一代核能电厂 30%

火力发电 36.8%

聚光光伏(CPV) 27%～30%

聚光光热 (CSP) 13%～19%