2022年3月24日世界知識産權組織在國際公開了中國發明專利申請 “太陽光與信号用應适鏡”。該項發明專利申請涉及光學光刻技術、光熱、激光、照相機鏡頭及信号等多方面應用創新突破技術，其中相關太陽光學方面的設計，在不改變光伏組件尺寸和安裝方式的情況下。采用“應适鏡”增加聚光反射相關技術方案，能有效提升太陽能發電闆在同光照條件下的發電量。可降低規模化光伏發電站的投資成本，實現整體投資綜合成本下降，且做到免跟蹤，成本低廉，組裝簡便，使光伏發電的經濟效益綜合性價比得到大幅提升。

衆所周知天空中太陽的位置每日在不斷變化，而光伏發電完全依賴陽光照射的角度和強度，受光照變動影響，太陽能電池闆發電量波動大。目前為了尋求穩定且能提高發電量的辦法之一就是配備機電跟蹤控制器，讓組件能較好适應光照變動，從而提高太陽能電池闆的發電量，但使用跟蹤技術，精密的機電跟蹤控制器造價高，且室外使用精密的機電跟蹤器易損壞。電站總體投資成本及後期維護成本相對過高，發電綜合經濟性不理想。加之目前矽料價格高漲，組件成本不斷擡升，也影響到光伏發電的經濟性價比。事關我國“3060”實現“雙碳”戰略目标，低成本，高可靠性的光伏發電日趨成為發展的重點需求，高性能低成本免跟蹤聚光技術成為技術突破口之一。

現有技術，不帶跟蹤裝置的光伏發電系統，在全年和白天太陽天空位置變化中，太陽能電池闆受到的光照強度變化較大，因此平均發電量一般隻能達到峰值發電量一半左右，并網逆變裝置利用率也隻有一半左右。為改變這種情況，本發明采用了一種補償方式的聚光裝置，用于對太陽能電池闆的光照補償，使太陽能電池在各個時間段所得到的光照比較接近額定值。當光線角度固定時，補償均勻度可以做到99％以上，能達到帶機電跟蹤裝置太陽能電池的發電量效果，但成本遠低于機電跟蹤設備。

補償式“應适鏡”是本發明應用于太陽光學中一種場景。其主要技術要素是：由補償式“應适鏡”和太陽能電池闆、并網逆變裝置(或充電器)組成。補償式“應适鏡”的結構參數滿足目前太陽能發電闆的要求，聚光反射光照均勻，使太陽能電池闆獲得光照總強度恒定在其額定理想值附近，可以使同型号參數、容量、數量的太陽能發電闆提升發電量平均30％甚至更高。如果采用的是雙面光伏發電技術，背面采用“應适反射鏡”進行反射光補償，更能提升該組件系統發電效率。

技術簡述：

1、補償光伏陣列有關技術數據與安裝：依據太陽能發電闆的安裝方向、傾角及位置，決定應适鏡的位置、角度參數(參見專利說明圖4)，如陣列位置北緯25度，光伏組件朝向正南，光伏組件安裝傾角45度，前後太陽能光伏組件距離為組件高度的3倍，則應适鏡安裝于前一列組件背面位置，朝向正北，面對後一列太陽能發電闆，安裝角度依據組件角度适應。依圖所示 (參見專利說明圖5)：補償應适鏡的尺寸應等于太陽能發電闆尺寸，最高點略低于前面的光伏組件的最高位置，兩者間的距離為前後兩塊光伏組件距離的7.5％左右。

2、補償效果分析(參見專利說明圖6)夏至正午補償值約為30％加反射損失的光照，冬至正午補償值約為10％加反射損失的光照；這樣全年正午時分太陽能發電闆就能獲得近百分之百的光照。

3、應适鏡鏡面繪制

“應适鏡”應适曲線的繪制：

(1)預設技術數據：首先确定直角坐标系的原點為該‘應适曲線’繪制起點；輸入光線為太陽光；輸出光線是經該‘應适鏡’反射到太陽能電池(或組件)上的點；把上述點和線放到直角坐标系中，得到相應點坐标和直線斜率；

(2)明确入射線和輸出線數據、中間數據、 待定數據；

(3)全程按30％～10％補償，并按太陽正午時分高度角的餘弦取值。

(4)首先是要得到相應的應适曲線，然後平移得到槽型應适曲面反射鏡，反射鏡可以用反射材料制造，亦可以是鏡面貼反射膜或鍍反射膜。該“應适曲線”是按照本發明内容當中提供的方法繪制的，具體按專利圖9進行：

①已知和設定數據：光伏電池闆(1902)長10,000單位(作為全圖的比 例基數)，光伏電池闆安裝傾角37.5°，前後光伏電池闆的距離為光伏電池闆安裝高度的3倍，光伏電池闆朝南(正南)，(這是安裝現場在北緯25°時一般常用的安裝數據)，正午時刻太陽在這個緯度上的，一年内高度角的變化為41.5°～88.5°，設定定為35°～90°(包含設計 餘量等)，其他設定值定為：按照太陽光直射為100％，在太陽高度角設定值為35°～90°的範圍，補償到100％，并考慮反射損耗，補償量再增加該補償量的5％，全程另外增加補償值為 太陽直射時的5％，該“應适鏡”的起點與被補償太陽能光伏電池闆最低點的水平距離為10, 000單位，垂直距離為0單位，該起點位置為估值，經初步繪制，如果終點位置超出範圍，比如超過前面電池闆最高點和後面電池闆最低點的連線，則要調整，或可能重新繪制；

②開始繪制：90°入射光照射到起點，反射到太陽能電池闆的最低點，入射線和反射線的角平分線為 該點法線，

③這樣即得到一個凸面應适反射鏡産品，作為太陽能光伏電池補償鏡，它的工作緯度為25°-1°～ 65°；反射點的坐标，以及這些點的法線，可以由方程組(1)求解逐一得到。 其中的各元素和字符參見專利圖9計算得到：如同前述，亦設“當前應适點”M的法線傾斜角為z， 并求得：kf＝tan(π/2 q/2 z/2)，z＝jr/2 jc/2，jr和jc分别是入射線和輸出線的傾斜角，kc 是z的函數代表輸出線的斜率，這裡反射線為輸出線。

應用特點概述：

“應适鏡”組合的組件裝置具有如下顯著特點：

1、 不必使用機電跟蹤系統，太陽能電池闆依靠“應适鏡”聚光補償，全天、全年基本能得到均勻的最大光照，有效提升弱光響應，組件系統發揮到最大效能。不另增加土地和組件數量提升光伏電站全年發電量，光伏電站投資綜合收益性價比提大大高。

2、 “應适鏡”鏡面‘凸’面設計，聚光形成熱區，不會因聚光引發事故，安全性好。

3、 “應适鏡”可以輕松與支架相結合，有效提高光伏陣列抗風抗災能力，光伏陣列下方地面或水面光照基本無死角，如在補償“應适鏡”背面與支架刷漫反射塗料，環境親和度高，有利地面、水面生态（效果見專利說明圖11）。

在光熱應用中，“應适鏡”聚光原理能使工質溫度在全年每一天中保持較高值。此外“應适鏡”工作原理還可應用于農業多層栽培溫室低層的部分直接補光。使實際聚光更均勻，利于喜光作物生長，能更好的達到農光，漁光互補效果。

本補償“應适鏡”适用于目前市場上各型号太陽能發電闆，根據太陽能發電闆尺寸相應設計後可輕易安裝組合使用，且無需改變發太陽能發電闆尺寸，而選材均為市場上廉價工程材料，易于加工制造。應用于舊光伏電站提升改造，成本低廉。新光伏電站建設可減少占地，大幅提升電站發電效率，提高收益，縮短成本回收周期。讓整個光伏發電綜合經濟性價比全面提升。

本補償“應适鏡”的曲線設計同時也能較好的适應“光伏 建築”需求，通過設計規劃應用于工業廠房屋頂分布式電站、光伏車棚、農業大棚、屋檐雨遮等領域，不僅能提升發電效率，降低投資成本，且有利于建築結構和外觀美觀度。

誠摯歡迎光伏業内專家學者探讨指正，以求為中國光伏事業發展共謀佳策，為實現“碳達峰、碳中和”的國家戰略攜手共進。

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