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一、概念
聚光太阳能是使用透镜或反射镜面等光学元件，将大面积的阳光汇聚到一个极小的面积上，再进行进一步利用产生电能的太阳能发电技术。聚光太阳能技术可以分为三大类，即三种表现形式：
CPV聚光光伏：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（Concentrated Photovoltaics）；CPV是聚光太阳能发电技术中最典型的代表。
CST聚光光热：利用汇聚后的太阳光产生的高热量加热液态工质，再进行热力发电（Concentrated Solar Thermal）；
CPVT：以上两者的结合形式（Concentrated Photovoltaics andThermal）CPV聚光光伏系统可以按汇聚太阳光的方式不同分为两个大类，即采用镜面聚光的反射式和采用透镜聚光的透射式。
什么是高聚光光伏？它的基本原理说起来很简单，就是一个放大镜。通过把太阳光聚集到一点，配以高效电池，提高光电转换率，减少半导体电池使用量，降低成本。
何谓(高倍)聚光型太阳能发电系统
聚光型太阳能系统(CPV)是使用光学组件如菲涅耳透镜(Fresnel lens)将阳光聚光至一个小点上，以期在极少的芯片面积上，达到高倍的聚光效果，太聚所生产之芯片在五十至一千倍之聚光倍率下皆表现亮丽。
第三代CPV(聚光太阳能)发电方式正逐渐成为太阳能领域的焦点。光伏发电经历了第一代晶硅电池和第二代薄膜电池，目前产业化进程正逐渐转向高效的CPV系统发电。与前两代电池相比，CPV采用多结的III—V族化合物电池，具有大光谱吸收、高转换效率等优点。
注：所谓III-V族化合物半导体，是指元素周期表中的III族与V族元素相结合生成的化合物半导体，主要包括镓化砷（GaAs）、磷化铟（InP）和氮化镓等。此类材料具有闪锌矿结构(Zincblende)结构。键结方式以共价键为主。由于五价原子比三价原子具有更高的阴电性，因此有少许离子键成份。正因为如此，III-V族材料置于电场中，晶格容易被极化，离子位移有助于介电系数的增加，若电场频率在红外线范围。GaAs材料的n型半导体中，电子移动率((mn～8500)远大于Si的电子移动率((mn～1450)，因此运动速度快，在高速数字集成电路上的应用，比Si半导体优越。但是，由于GaAs材料的集成电路制程极为复杂，成本也较昂贵，且成品的不良率高，单晶缺陷比Si多。因此GaAs要如同Si半导体普及应用，仍有待研发技术的努力。但另一方面，其优点是具备能够发出激光等目前硅所没有的特性。
HCPV就是高聚光太阳能，高聚光太阳能（HCPV）与聚光（CPV）太阳能技术是通过聚光的方式把一定面积上的太阳光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域（焦斑），太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可，从而大幅减太阳能电池的用量。
二、组成
与国外相比，国内的聚光光伏发电技术刚刚起步，考虑到国外对电池技术的保护，国内短期难以制造出高效聚光太阳电池。目前，除河南中光学集团等少数企业外，国内一些企业的聚光太阳能技术主要是从国外进口关键部件，国内整机组装，还没有形成自主知识产权。
目前各大生产厂家的CPV系统具有多种不同的表现形式，但其结构均离不开四大部分，即：聚光模块、光电转换模块（光伏电池）、太阳追踪模块、冷却模块。
聚光模块
聚光子系统可以说是CPV系统最重要的组成部分，也是CPV与传统平板式太阳能发电技术的最大区别所在。聚光模块通常由主聚光器和二次聚光器组成，它很大程度上决定了整套CPV系统的性能高低。
按聚光强度的不同，可以分为低、中、高倍率聚光器。
按聚光方式的不同，可以分为反射式聚光器和透射式聚光器；
透射式聚光系统一般采用菲涅尔（Fresnel）透镜，与普通凸透镜相比，它只保留了有效折射面，可节省近80%的材料。目前用于制作菲涅耳透镜最常用的材料是一种光学塑料，与玻璃透镜相比，它的优点非常明显，那就是重量轻、易加工成型，但作为一种聚酯类材料，长时间使用后透光性能的衰退是它的劣势。
反射式聚光系统可以克服透射聚光系统口径难以做大的缺陷，其主要类型有抛物面镜、平板、抛物面槽等。反射聚光系统不存在色散现象，反射效率可接近100%，但对反射面清洁度要求较高，如受到污染，反射效率会急剧下降，因此通常在组件表面还要覆盖一层高透光玻璃以便于清洁。
二次聚光器安装在电池表面，用于提高对入射光角度与聚光器轴线偏离角度的容忍度。追踪系统的精度和风的作用，都会引起太阳光入射角度的偏差，因此二次聚光系统在高倍率CPV系统中是一项必须的组件。
光电转换模块（电池模块）
在 CPV 系统中，太阳光被汇聚到很小的一块面积上进行光电转换，因此对光伏电池的转换效率和耐高温性能都有较高的要求。因此，在高温条件下（200℃以上）仍能保证较高转换效率的III-V族元素化合物多结电池是目前CPV系统中电池模块的理想选择。
多结电池最早源自于人造卫星用的非聚光光伏转换系统，改进后能够承受500倍高倍率聚光时高达8A/cm2电流密度。在聚光条件下，与传统硅系电池相比，由III-V族元素化合物制成的多结光。
伏电池（主要是三结）能够转换更宽光谱范围内的太阳光，因而能够达到更高的光电转换效率，并且聚光程度越高，电池转换效率越高。目前波音光谱实验室(Boeing Spectrolab)中的三结电池在364 倍的聚光倍率下已达到41.6%的光电转换效率，预计未来这一数字可以接近50%。
太阳追踪模块
CPV系统与传统平板式光伏系统的另一大区别在于，它要求太阳光相对于聚光系统垂直入射，否则整套系统的光电转换效率将急剧下降，聚光倍率越高的CPV系统对太阳光入射角度的精度要求也越高；因此太阳追踪系统就成为必须，它确保聚光光斑准确落在光伏电池上，获得最大的光转换效率。
太阳追踪系统一般由光敏元件组成的传感器判断太阳光方向，再由电机驱动调节聚光系统的朝向。值得一提的是，除了CPV系统以外，一些使用传统硅系电池的光伏系统也安装有太阳追踪系统，但其追踪精度要求和结构复杂程度都要低于CPV 系统。
CPV系统所用的太阳追踪模块，通常是一套双轴追踪系统，以保证太阳光始终垂直于聚光系统入射。其结构主要由金属支架和控制驱动机构组成。对于大规模CPV电厂，整个电厂可以共享一套传感系统，由其发出统一的驱动机构动作指令，控制电厂中所有CPV 模块朝向正确的方向。
CPV系统要投入大规模部署，一种可有效复制的高精度太阳追踪系统是必不可少的组成部分，也是衡量CPV技术成熟性与可靠性的重要标志。
冷却模块
虽然CPV系统使用的III-V族元素化合物电池的耐高温性能要大大高于硅系电池，但在数百倍乃至上千倍的聚光强度下，为电池芯片配备冷却系统仍然是必须的，否则电池的使用寿命和转换效率都会因过高的温度而有所下降。
CPV系统的冷却模块可以分为被动冷却和主动冷却，被动冷却系统主要由散热片构成，通常只能用于低倍率聚光的CPV系统；主动冷却系统一般有水冷、空冷、热管冷却。回收的热量可以通过发电或加热水得到进一步利用。
三、主要参数
发电转换效率=输出功率/（输入功率密度X芯片透光面积）
几何聚光倍率之计算方法是以聚光镜片的面积除以芯片之大小。
电流比倍率之计算方法是以聚光下之短路电流大小除以1sun(未聚光)之短路电流之大小。
四、转换效率
十多年前，聚光电池的转换效率并不高，但进入21世纪之后，转换效率则以每年1%和1.5%的速度在增长，“上世纪90年代初，在太空用的是晶硅电池，末期则出现了多结太阳能电池，从而解决了晶硅电池转换效率受限的问题。多结电池的好处在于，每层都可以更大限度地吸收太阳能，光电转换效率的理论值能达70%，现在国际上可以做到的最高效率约为40%，批量生产的话，如今能有38%的多结电池。”
五、应用情况
CPV系统、尤其是高倍率聚光的HCPV系统，要体现出相对于晶硅和薄膜技术的转换效率优势，对于建设地区的太阳光照条件有较高的要求，总体而言，CPV适合在太阳直射时间较长的地区建设，因为多云天气和阴天环境下的漫射阳光无法被有效汇聚。
按照目前的认识，CPV的技术特性要求其安装地的全年太阳辐射强度达到1800kWh/m²以上，全球满足这一条件的地区主要包括：美国西南部、以西班牙等地中海沿岸国家为代表的欧洲南部、非洲北部和南部、中东地区以及澳大利亚，我国西北部也有一些地区具有建设CPV系统的较好自然条件。
六、优势
被称之为第三代光伏技术的高倍聚光光伏发电技术使用高效率的多结三五族太阳能电池，光电转换效率已达41%%，理论上可达70%。多结三五族太阳能电池也被称为砷化镓电池，是目前光电转换效率最高，达到晶体硅技术的两倍，同时也是效率增长潜力最大的太阳能电池。由于其价格非常昂贵，最早使用在太空领域为卫星和空间站提供能源，地面使用难以普及。但由于这种电池的转化效率可随着聚光倍数的增加而提高，因此利用低成本的聚光光学系统和此电池结合在一起，就能以低廉的成本获得高效率的发电系统。由于聚光太阳能电池转化效率高，一方面可以降低光伏发电成本，同时也可以大幅减少光伏电站的建设用地；因此，它也是最有希望在大型光伏电站中使用，将发电成本降低到可以和煤电成本相竞争的光伏技术。
1. CPV系统具有转换率优势和耐高温性能
硅电池的理论转换效率大概为23%，单结的砷化镓电池理论转换效率可达27%，CPV采用的多结的III—V族电池对光谱进行了更全面的吸收，其理论转换率可超过50%。即使考虑到聚光和追踪所产生的误差损失，目前的CPV系统转换效率可达25%，高于目前市售晶硅电池17%左右的转换效率。同时，砷化镓系电池的高温衰减性能强于硅系电池，更适合应用于日照强烈的荒漠地区。
2. CPV系统的生产过程更加节能环保
成本优势：
从理论上来讲，放大倍数越高的话，那么芯片的材料也就越节省。“事实上，一块用在聚光光伏发电上的电池，其造价是晶硅电池的100倍。不过，如果透镜与电池之间的倍数能超过300倍的话，那么聚光电池的成本也就与晶硅电池打平了。所以，各企业都在研究放大倍数更高的聚光光伏产品，这样可以节省更多的材料。”王士涛表示，现在国内的三安光电公司也可以做到529倍。据了解，Optony公司电池板的生产成本仅是传统薄膜电池板的25%左右。
能耗优势：
聚光倍数越大，所需的光伏电池面积越小，对高达几百倍的HCPV系统来说，硬币大小的转换电池就可转换碗口面积的光能。在节省半导体材料用量的同时，降低了太阳能发电系统的生产成本和能耗，使CPV具有更短的能量回收期（六个月）。
随着CPV技术的更加成熟以及生产规模的进一步扩大，普遍预计今年内即可实现较低的平准化电力成本，低于晶硅和薄膜电池。在未来，若对光伏发电设备的生产环节征收碳排放税，CPV的投资回收期仅会延长1~2个月，晶硅和薄膜电池均会延长1年以上，届时CPV的相对成本优势将更加明显。
3. CPV系统的大型电站优势
而第三代高聚光型（HCPV）太阳能发电模组和发电系统的是近年来国际太阳能光伏发电技术的新热点，同晶硅技术和薄膜技术相比，HCPV在100KW以上发电系统中具有明显的优势，如果综合考虑年发电成本和碳痕迹等因素，则HCPV拥有绝对优势。目前第三代HCPV（高聚光）已将聚光倍数提高至500倍。
规模化能力高：与晶硅与薄膜型平板式太阳能发电系统相比，CPV因其高转换效率和小得多的半导体材料用量，是最具有发展成为大型支撑电源潜力的太阳能发电方式。通过简单复制的规模化部署，单一CPV电厂可以轻易达到MW级规模，未来这一数字甚至有望达到100MW。
占地面积小：在同等发电量的情况下，CPV电厂的土地占用面积比平板式太阳能要小得多。CPV系统由支柱承载其主要结构体，占地面积极小，且由于系统在地面产生的阴影面积是移动的，所以对电厂所在地的生态影响也较小，面板下方的土地仍然可以用于畜牧等用途。
耗水量极低：通常具有高太阳辐射的地区都比较缺水，CPV系统的整个发电过程中完全不需要水，仅需少量水用于清洁光伏组件的玻璃外壳。与聚光光热(CST)、核电、IGCC等清洁发电技术相比，CPV有着明显的节水优势。
七、主要问题
1. 电站安装的限制
容岗告诉记者，聚光光伏项目一般都是通过一个支架直接安放在地面上，假设全部安装在屋顶的话，存在维护和安装上的困难。
记者了解到，这种新型电站项目其实是要向地面打一个深1.5米左右的桩，再支撑起玻璃(即透镜)和电池的。想象一下，假设你家的屋顶也被植入一个桩的话，将是怎样的一幅场景？不过，并不是说聚光就完全不能走入家庭。如果有别墅区，且聚光光伏的安装与维护也有专门的公司来操作的话，它也是可以安装的。
首先，聚光示范电站的建设成本还是比较高的。因为其主要应用于地面电站，因而地面光伏电站的补贴是否能够到位就至关重要了。未来，中国需要有针对地面系统的补贴政策，这样才可能让聚光产业在国内做得更大。
其次，聚光电站的维护也是另一个难题。目前，最适合建设聚光光伏电站的是我国西部地区一些医院、学校等等。
而且，最好光伏电站的建设方也有比较大的电站建设计划，这样聚光的组件制造商、投资商可能才会获得比较好的回报。根据湘财证券的数据，一个200兆瓦的电站，其每瓦的成本约为1欧元，相比20兆瓦的项目要低50%。
由于聚光电站结合了光学、控制、机械等多种学科技术，其研发投入可能也相比晶硅技术要更高一些。因此，一些看好聚光产业的投资者可能也需要有一些耐心，来等待这个产业的不断壮大。
2. 跟踪系统的高精准要求与高成本
谈到技术，不得不提到“跟踪系统”。由于是将太阳的光线精准聚焦，因此，一定要有高精度的追踪系统与电池组件相互配合才行。根据《电源技术》相关文章的说法，一旦入射角偏离0.5度，那么400倍的透镜作用下，光学效率也将衰减至64%；如果入射角偏离1度，光学效率也将降低为零。
3. 铟的短缺？
据悉，Optony公司的薄膜电池材料属于铜铟镓硫硒三五族化合物薄膜(CIGS)的一种，其中必然包含铟元素，而铟属于稀有战略性金属，在地壳中的含量与银相似，但产量仅为银的1%。业界质疑，如果该材料需求扩大，必然引发巨幅涨价。对此，于平荣认为，哪种材料运用多了都会涨价，需要具体测算未来产能运用规模及储量。
从目前来看，尚不存在其他可替代铟元素金属。铟的全球储量约1.6-1.9万吨，中国储量1.3万吨，是全球第一大原生铟供应国。液晶显示器是目前铟的主要应用领域(占83%)，未来太阳能薄膜电池、LED有望成为新的应用行业。
从CIGS薄膜电池的材料构成来看，每MW的CIGS薄膜电池消耗铟45公斤。目前全球CIGS薄膜电池的产能为300MW左右，耗铟14吨，远低于产出量。但有券商分析师预计2015年CIGS对铟的需求量将达到200-250吨/年，包括其他行业总需求量为3000吨/年。虽然铟目前占CIGS电池成本约2%，但它并非是CIGS可以长期利用的元素。
八、未来预测
目前全球的CPV装机不到200MW，预计今后几年内，随着技术优势和成本优势的体现，市场规模将有爆发式的增长，未来10年年均增速预计在40%以上。我国目前仅有少量示范电站，未来随着光伏装机容量的提升，CPV的市场也将逐渐打开。
在太阳能发电市场上，晶体硅电池已较为成熟，在未来一段时间内仍是主流品种，以非晶硅为代表的薄膜电池市场份额在持续提升。聚光光伏系统技术门槛较高，其太阳能电池生产技术复杂、系统集成技术复杂，其核心技术三结砷化镓电池外延技术只有少数的几个厂家掌握，因此真正实现商业化还有很长的路要走。而且，聚光光伏发电技术还需要完善，不能只做短时间内的试验。
此外，有专家表示，聚光光伏系统适合于大规模的光伏电站，而晶体硅和薄膜电池除了适合于大型光伏电站外，还适用于较小型的家用、商用和建筑一体化等发电系统。因此，在未来一段时间内，晶硅与薄膜太阳能电池技术仍将是光伏市场的主体。同时，聚光光伏发电技术将逐渐增大其市场占有率，并将与晶硅、薄膜太阳能电池长期共存。
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