晶硅光伏组件的最佳设计技术

晶硅光伏组件的最佳设计技术刖言晶体硅电池是光电转化的核心器件，但是由于单片电池片的电压、电流、功率有限，所以要将电池片串并联起来，使它具有满足用电设备和工业化用电要求的电压、电流、功率。但是，由于晶体硅电池物理脆性，容易碎裂，因此需要将电池片封装，做成组件进行保护。晶硅光伏组件主要分为：常规组件（组成：玻璃、EVA、晶硅电池、背板、铝框、接线盒等）；透明组件（组成：玻璃、EVA、晶硅电池、透明背板、铝框、接线盒等）；双玻组件（组成：玻璃、PVB、晶硅电池、玻璃背板、接线盒等）；无框组件（没有铝框的常规组件和透明组件）；组件的设计主要考虑三点：1） 物理电学性能组件的功率大小，尺寸，承载、安装等要求。物理电学性能需要满足IEC61215和IEC61730或UL1703。2） 使用的环境针对组件使用的环境不同，需要特殊化设计，例如：a） 组件用于沿海或海岛地区，那么组件需要具有耐盐雾、防腐蚀的性能。此时，组件需要满足IEC61701的标准要求。b） 针对农业地区，需要组件具有抗氨气腐蚀的能力，组件需要满足IEC62716的标准。3） 性价比最佳化组件的设计需要兼顾组件的性能和成本，使得组件的性价比达到最佳化。二、透明组件透明组件的用途透明组件根据设计不同，可以得到不同的透光率，所以透明组件广泛的应用于屋顶及光伏建筑一体化（BIPV）等。实验设计2.1设计前言首先透明组件的原材料必须符合材料符合组件工厂材料导入的标准，材料测试符合性能质量要求，参考标准可以根据原材料的规格书、认证信息，以及工厂根据IEC61215或UL1703演化而来的原材料测试。其次，由于透明组件涉及变量较多（如尺寸、透光率、电池片功率、电池片数量、物料价格成本、人工成本、制造成本等），因此这里化归处理，考虑透光率、成本（元/W）,以及曲线图中过原点的直线的最大斜率=透光率/（元/W）。a）透光率={1-（电池片面积*电池片数量）/组件面积}x玻璃透光率x透明背板透光率。b）成本（元/W）=（电池片+其它物料成本）/组件瓦数。c） 最大斜率=透光率/（元/W） 过曲线与原点的直线的最大斜率。透明组件的物料组成如表1所示。表1透明组件的物料组成

电池片涂锡带钢化玻璃透明背扳EVA接统盒硅胶胶带铝框助焊剂2.2电池片功率数量一定，其它不定，确定最佳性价比任意组件，当电池片数量、功率一定，随着组件尺寸的增大，透光率将增大，成本相应增加。以透光率与成本（元/W）为坐标轴作图可以得到最佳的性价比的点。下面分析引出以透光率与成本（元/W）之间的关系图。分析如下：a）组件透光率Z与组件的面积变化率X之间的关系Z=｛1-（电池片面积*电池片数量）/组件面积（1+X）｝x玻璃透光率X透明背板透光率。令：（电池片面积*电池片数量）/组件面积=&玻璃透光率X透明背板透光率=匕所以，Z=｛1-a/（1+X）｝b,其中，a,b>0,且为常数,Z>0，X>0对组件透光率Z与组件的面积变化率X作趋势图，如图1所示：图1组件透光率Z与组件的面积变化率X的趋势图b）组件成本C（元/W）与组件的面积变化率X之间的关系C=｛（电池片+接线盒+条形码+标贴+其它物料成本（1+X）｝/组件瓦数=（电池片+接线盒+条形码+标贴）/组件瓦数+｛其它物料成本（1+X）｝/组件瓦数令：A=电池片+接线盒+条形码+标贴）/组件瓦数B=其它物料成本/组件瓦数所以，C=A+B（1+X）,其中X>0,A>0,B>0,AB均为常数，对组件成本C（元/W）与组件的面积变化率X之间的关系作趋势图，如图2所示：

图2组件成本C（元/W）与组件的面积变化率X的趋势图由图2可见，随着X的增大，C也线性增大。c）以透光率与成本（元/W）为坐标轴作图。根据图1图2,做出组件透光率和成本之间的关系图3。图3组件透光率与组件成本（元/W）的关系图由图3可见，在Q点位置，经过原点的直线的斜率最大，即透光率/成本的值最大，性价比最佳。

组件透光率与组件成本（元/W）的关系图，对所有透明组件应该具有普适性。2.3组件透光率、型号一定，电池片功率不定，确定最佳性价比当组件透光率确定后（电池片的数量和组件尺寸也确定），此时变化电池片的功率，研究成本（元/W）和透光率的变化趋势，确定最佳的性价比。C成本（元/W）=（电池片+其它物料成本）/组件瓦数=电池片/组件瓦数+其它物料成本/组件瓦数令：a=电池片/组件瓦数---定值b=其它物料成本/组件瓦数，由于其它物料成本不变，所以随着组件瓦数的增加，b值减小。即C减小，而透光率不变。如图4所示，图4透光率与成本之间的关系图由图4可见，当电池片的功率增加时，组件的功率增加，C（元/W）减小,透光率不变，性价比增加。因此，提高电池片功率，有利于提高性价比。2.4透光率、电池片型号一定，组件大小不定，比较性价比在电池片功率型号一定，透光率一定，电池片数量不同的情况下，比较大组件和小组件之间性价比（透光率/成本（元/W））的变化趋势。成本C=（电池片+接线盒+条形码+标贴+其它物料成本）/组件瓦数=（接线盒+条形码+标贴）/组件瓦数+（电池片+其它物料成本）/组件瓦数令：a=（接线盒+条形码+标贴）/组件瓦数b=（电池片+其它物料成本）/组件瓦数即成本C=a+b

其中，a随着组件的功率增大，而减小。b基本不变。所以，在电池片功率型号一定，透光率一定，电池片数量不同的情况下，大组件性价比（透光率/成本（元/W））高于小组件性价比。2.5透光率、尺寸、功率相同、比较单多晶组件性价比。当单晶和多晶组件的尺寸、透光率、功率相同的情况下，由于多晶的价格低于单晶的价格，因此，多晶组件的性价比高于单晶组件的性价比。3.结语1） 任意透明组件，当电池片规格数量一定，随着组件尺寸的增大，透光率将增大，成本相应增加。以透光率与成本（元/W）为坐标轴作图可以得到最佳的性价比的点。2） 当组件透光率、电池片数量、组件尺寸一定，电池片功率越大，组件的性价比越高（透光率的变化趋势/成本（元/W））。3） 当电池片功率型号一定，透光率一定，电池片数量不同的情况下，大组件性价比（透光率/成本（元/W））高于小组件性价比。4） 当单晶组件和多晶组件的尺寸、透光率、功率相同的情况下，多晶组件的性价比高于单晶组件的性价比（透光率/成本（元/W））。三、 常规组件常规组件的原材料必须符合材料符合组件工厂材料导入的标准，材料测试符合性能质量要求，参考标准可以根据原材料的规格书、认证信息，以及工厂根据IEC61215或UL1703演化而来的原材料测试。或特殊要求的，如针对沿海地区或海岛，组件要满足防盐雾IEC61701的标准要求。针对农业地区，组件需要满足抗氨气腐蚀IEC62716的标准。常规组件的性价比：成本/功率即元/W。1） 电池片数量一定，组件尺寸一定，随着电池片功率的增加，组件的性价比增加。2） 电池片型号一定，电池片数量不定。随着组件尺寸的增加，性价比（元/W）增加。3） 单晶组件和多晶组件，尺寸、功率相同，多晶组件性价比高于单晶组件性价比（元/W）。四、 无框常规组件性价比（元/W）规律与常规组件相同。五、 无框透明组件和双玻组件性价比（透光率/成本（元/W））规律与透明组件相同。六、 组件图纸设计及实验流程以上组件在进行性价比的规律确定后，进行实际设计及实验。如图5所示：

图紙设计原材料检测组件制作组件测试IEC61215.IEC51730IEC61701JEC62716UL1703^图5组件设计后续流程七、结论本文重点分析了常规组件、透明组件、无框组件（常规和透明）、双玻