Układy koncentratorowe są jednym ze sposobów na zwiększenie efektywności instalacji fotowoltaicznych. Fotowoltaika koncentratorowa (ang. Concentrator Photovoltaics, CPV) bazuje na użyciu elementów optycznych w celu skupienia światła słonecznego na niewielkim ogniwie słonecznym. Rozwój fotowoltaiki koncentratorowej rozpoczął się w 1976 r. w Nowym Meksyku (Sandia National Laboratories), gdzie powstały jedno kilowatowe konstrukcje Sandia I i Sandia II [1].

Wprowadzenie dodatkowego, generującego koszty obiektu ma uzasadnienie w przypadku, gdy instalacja jest ograniczona przez powierzchnię. Użycie koncentratora pozwala na zwiększenie strumienia energii dopływającego do ogniwa lub panelu.

Fotowoltaika koncentratorowa osiąga wysoką efektywność, generuje stosunkowo niskie koszty, a co za tym idzie szybko się zwraca. Dużą zaletą tego rodzaju instalacji jest jej skalowalność.
Klasyfikacja fotowoltaiki koncentratorowej bazuje na krotności energii mierzonej współczynnikiem koncentracji słonecznej, w skrócie nazywanej krotnością „słońc” (ang. solar concentration ratio), co określa stopień skupienia promieniowania. Ze względu na efektywność wyróżnia się kilka typów układów ogniwo – koncentrator ( Rys. 1 ): nisko skupiające LCPV (ang. Low Concentrator Photovoltaic), średnio skupiające MCPV (ang. Medium Concentrator Photovoltaic) oraz wysoko skupiające HCPV (ang. High Concentrator Photovoltaic) [2], [3]. Najszybciej rozwijającą i najpopularniejszą technologią są HCPV [4].

Ilościową miara koncentratora jest współczynnik koncentracji geometrycznej promieniowania słonecznego CR.

Określa on w jakim stopniu strumień promieniowania słonecznego padający na ogniwo jest zwiększany. Współczynnik koncentracji geometrycznej jest stosunkiem powierzchni aktywnej koncentratora \( A_{C} \) do powierzchni odbiornika \( A_{0} \).
Kolejną miarą stosowaną w opisie koncentratorów jest współczynnik koncentracji efektywnej ( 2 ). Definiuje się go jako całkowitą ilość promieniowania pochłoniętego przez powierzchnię.

W powyższym równaniu \( C_{g} \) oznacza geometryczny współczynnik koncentracji η wydajność koncentratora słonecznego.
W odróżnieniu od konwencjonalnego panelu PV, odbiornik CPV musi być ustawiony w kierunku bezpośredniego normalnego natężenie napromienienia. Jeżeli koncentrator słoneczny i odbiornik CPV nie będą ustawione w kierunku słońca, to stracą część napływającego promieniowania słonecznego. Maksymalny kąt, pod jakim przychodzące promieniowanie słoneczne może być jeszcze wychwycone przez koncentrator słoneczny, nazywany jest kątem odbioru lub kątem akceptacji (ang. acceptance angle) [5], [6]. Częścią układu koncentratorowego musi być więc traker. W przypadku koncentratorów dwuwymiarowych kąt odbioru może być różny (dla różnych kierunków). Dla danego kąta odbioru θ, dla koncentratora z ogniskowaniem punktowym, maksymalna możliwa koncentracja \( C_{max} \) wynosi

We wzorze ( 3 ) n jest współczynnikiem załamania światła ośrodka, w którym znajduje się odbiornik.
Największy na świecie działający obiekt CPV (138 MWp) został zbudowany przez Suncore Photovoltaics, znajduje się w mieście Golmud w Chinach. Do dużych obiektów (19,9 MWp) tego typu należy również Fort Churchill Solar Array w Yerington w stanie Nevada.

Poniżej przedstawiono paraboliczne koncentratory znajdujące się w Harper Lake. Instalacja ma postać macierzy paneli słonecznych rozmieszczonych na 125 metrach długości. Jeden rząd składa się z 10 paneli słonecznych o długości 12 metrów każdy i przysłonie 5,76 metra. Układ szkieletowy z monolitycznymi szklanymi panelami odblaskowymi został przedstawiony na Rys. 2 [7].

Rysunek 2: Parabolic trough at Harper Lake in California (koncentrator paraboliczny). Aut. fot. Z22, CC BY-SA 3.0, źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Parabolic_trough_at_Harper_Lake_in_California.jpg.

Badania nad technikami koncentratorowymi są prowadzone w min. w Sandia National Laboratories – amerykańskim instytucie naukowo-badawczym, zajmującym się badaniami naukowymi oraz opracowywaniem technologii w dziedzinie energii. Zostały przedstawione w filmie "Parabolic Dish Stirling Engine at Sandia National Laboratories".

Sandia National Labs, Parabolic Dish Stirling Engine at Sandia National Laboratories (Koncentrator Sandia National Laboratories), 29.03.2010 (dostęp 12.09.2020). Dostępne w YouTube: https://youtu.be/AdCNnSdtU7U.