几种形式的聚光太阳能系统

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聚光太阳能(简称CPV：Concentration Photovoltaic 或CSP:Concentration Solar Power)是利用光学系统——反射或折射装置，将太阳光聚焦在较小的面积上，吸收表面上的太阳辐射能量，将热能转换成电能。 
相比传统的平板光伏发电，聚光太阳能发电能够更加有效地利用太阳能。对于一定面上的太阳能总能量，在该表面上更高的能量流，以更小的集热面积来吸收转化，相应地减少热损失。
但大多数聚光装置只能收集直射辐射，散射辐射损失掉了。所以聚光太阳能系统（CPV或CSP）技术只适用于天气晴朗、光照丰富的地区。在具体应用上，聚光太阳能必须选择安装在太阳直射辐射资源比较丰富的地区，甚至需要跟踪机构，所以控制较复杂。

我们曾谈到CPV 聚光光伏发电历史，其中聚光组件是十分重要的部分。聚光组件中两个重要的部件是接收器(receiver) 和集光器（Collector) 。

目前世界上CPV聚光光伏中应用的集热器形式很多，对太阳光采集主要通过透射和反射，以及二者的结合等方式，目前已经在实验运行或投入商业化运行主要有以下四种：

1） 抛物面槽体；聚焦系统
2） 抛物面碟； 碟式系统
3） 能量塔；塔式系统
4） 菲涅尔透镜；点聚焦系统。

一、抛物面槽体(Parabolic trough)聚焦系统

   方程x2=4fy的抛物线绕y轴旋转，即可得到一个旋转抛物面，面上的反射可将平行的如射光线聚焦在焦点上，f为抛物面焦点至端点之间的距离，亦称焦距。在晴天，使抛物面的轴线对准太阳，并把集热管放在焦点处，只要抛物面反射镜的面积足够，利用聚焦阳光所得的高温，即可进行太阳能集热。

LUZ CALIFORNIA 1979   30和80 兆瓦MW槽式太阳能电站

系统特性：~ 80 MW
Fluid: oil or steam 
热流：油或气
温度：270-550
压力： 25-120 巴

位于加州莫哈韦沙漠克莱默叉口5 个 30 兆瓦（MW) 抛物面槽工厂

从1984年到1991年，以色列LUZ公司（SOLEL公司前身）在美国南加州莫哈夫沙漠（Majave Desert）地区建造了9套槽式太阳能发电系统，这些电站总功率为354MW。集热效率为54％，热油温度390℃。随着技术不断发展，系统效率由起初的11.5％ 提高到13.6％。建造费用由5976美元/kW降低到3011美元/kW，发电成本由26.3美分/kWh降低到12美分/kWh。槽式线聚焦系统是目前最成熟的聚焦集热器系统，美国决定再建2000MW槽式太阳能发电站。 新装置的电效率已达30%。

二、抛物面碟式发电系统(Parabolic dish)

抛物面碟式发电系统光学效率高，启动损失小，它是目前太阳能发电效率最高的系统，发电效率达到30％，输出效率达22％（扣除跟踪机构耗电量）。抛物面反射镜/斯特林（Sterling）发电机系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收器在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到750℃左右，驱动发电机进行发电。碟式发电系统成本高达5700$/kW。

系统特性：10MW
热流: 空气、氢或氦
温度: 600-1200 ℃
压力: 50-200 巴 
 

美国热发电计划与Cummins公司合作，1991年开始开发商用的7KW碟式/斯特林发电系统。1996年Cummins向电力部门和工业用户交付7台碟式发电系统，计划1997年生产25台以上。Cummins预计10年后年生产超过1000台。该种系统适用于边远地区独立电站。美国热发电计划还同时开发25kW的碟式发电系统。25kW是经济规模，因此成本更加低廉，而且适用于更大规模的离网和并网应用。1996年年在电力部门进行实验，1997年开始运行。美国能源部对碟式系统研究得比较多。

三、能量塔式聚光太阳能系统

塔式太阳能聚光系统主要用于太阳能发电。它利用镜面将将太阳辐射聚焦并反射至中央塔接收器上。塔式系统运用几百或几千个反射镜（又称定日镜）将太阳辐射反射到接收器上。塔式系统发电规模较大，一般在30～400MW之间比较合理，集热效率70％左右，传热介质为熔化盐，工作温度560℃。塔式系统每一块定日镜都是一个单独的二维跟踪机构，系统复杂，成本高（塔式发电站3600$/kW左右）。

系统特性：  ~10 兆瓦(MW)
热流: 空气
温度：600-1200 oC
压力 1-20 巴（Bars）

80年代初，美国在南加州建成第一座塔式太阳发电系统装置－Solar One。起初，太阳塔采用水－蒸汽系统，发电功率为10MW。1992年，Solar One经过改装，用于示范熔盐接收器和储热系统。由于增加了储热系统，使太阳塔输送电能的负载因子可高达65%。熔盐在接收器内由288℃加热到565℃，然后用于发电。第二座太阳塔Solar Two于1996年开始发电，计划试运行三年，然后进行评估。Solar Two发电的实践不仅证明熔盐技术的正确性，而且将进一步加速30-200MW范围的塔式太阳能热发电系统的商业化。

以色列Weizmanm科学研究所最近正在对塔式系统进行改进。利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光反射到固定在塔的顶部的初级反射镜——抛物镜上，然后由初级反射镜将阳光向下反射到位于它下面的次级反射镜——复合抛物聚光器（CPC），最后由CPC将阳光聚焦在其底部的接收器上。通过接收器的气体被加热到1200℃，推动一台汽轮发电机组，500℃左右的排气再用于推动另一台汽轮发电机组，从而使系统的总发电效率可达到25-28%。由于次级反射镜接收到很强的反射辐射能，因而CPC必须进行水冷。整个实验仍处于安装、调试阶段。

最近，Abengoa能源公司在西班牙的安达卢西亚（Andalucian）沙漠中建造塔式太阳能电站。功率：20(MW)兆瓦。

这座电站中太阳能塔高度接近170米的。有超过1200面特制的反光镜（每一面反光镜的面积相当于半个排球场）会将阳光反射到这座太阳能塔上，由此产生的高温可达1000摄氏度，足以将其中的液态水加热成蒸汽。而这些蒸汽又会驱动安放在塔内的涡轮发电机，从而产生出源源不断的电流。

四、菲涅尔透镜聚光系统