晶硅光伏組件的最佳設(shè)計(jì)技術(shù)

晶硅光伏組件的最佳設(shè)計(jì)技術(shù)刖言晶體硅電池是光電轉(zhuǎn)化的核心器件，但是由于單片電池片的電壓、電流、功率有限，所以要將電池片串并聯(lián)起來，使它具有滿足用電設(shè)備和工業(yè)化用電要求的電壓、電流、功率。但是，由于晶體硅電池物理脆性，容易碎裂，因此需要將電池片封裝，做成組件進(jìn)行保護(hù)。晶硅光伏組件主要分為：常規(guī)組件（組成：玻璃、EVA、晶硅電池、背板、鋁框、接線盒等）；透明組件（組成：玻璃、EVA、晶硅電池、透明背板、鋁框、接線盒等）；雙玻組件（組成：玻璃、PVB、晶硅電池、玻璃背板、接線盒等）；無框組件（沒有鋁框的常規(guī)組件和透明組件）；組件的設(shè)計(jì)主要考慮三點(diǎn)：1） 物理電學(xué)性能組件的功率大小，尺寸，承載、安裝等要求。物理電學(xué)性能需要滿足IEC61215和IEC61730或UL1703。2） 使用的環(huán)境針對(duì)組件使用的環(huán)境不同，需要特殊化設(shè)計(jì)，例如：a） 組件用于沿海或海島地區(qū)，那么組件需要具有耐鹽霧、防腐蝕的性能。此時(shí)，組件需要滿足IEC61701的標(biāo)準(zhǔn)要求。b） 針對(duì)農(nóng)業(yè)地區(qū)，需要組件具有抗氨氣腐蝕的能力，組件需要滿足IEC62716的標(biāo)準(zhǔn)。3） 性價(jià)比最佳化組件的設(shè)計(jì)需要兼顧組件的性能和成本，使得組件的性價(jià)比達(dá)到最佳化。二、透明組件透明組件的用途透明組件根據(jù)設(shè)計(jì)不同，可以得到不同的透光率，所以透明組件廣泛的應(yīng)用于屋頂及光伏建筑一體化（BIPV）等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)前言首先透明組件的原材料必須符合材料符合組件工廠材料導(dǎo)入的標(biāo)準(zhǔn)，材料測(cè)試符合性能質(zhì)量要求，參考標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)原材料的規(guī)格書、認(rèn)證信息，以及工廠根據(jù)IEC61215或UL1703演化而來的原材料測(cè)試。其次，由于透明組件涉及變量較多（如尺寸、透光率、電池片功率、電池片數(shù)量、物料價(jià)格成本、人工成本、制造成本等），因此這里化歸處理，考慮透光率、成本（元/W）,以及曲線圖中過原點(diǎn)的直線的最大斜率=透光率/（元/W）。a）透光率={1-（電池片面積*電池片數(shù)量）/組件面積}x玻璃透光率x透明背板透光率。b）成本（元/W）=（電池片+其它物料成本）/組件瓦數(shù)。c） 最大斜率=透光率/（元/W） 過曲線與原點(diǎn)的直線的最大斜率。透明組件的物料組成如表1所示。表1透明組件的物料組成

電池片涂錫帶鋼化玻璃透明背扳EVA接統(tǒng)盒硅膠膠帶鋁框助焊劑2.2電池片功率數(shù)量一定，其它不定，確定最佳性價(jià)比任意組件，當(dāng)電池片數(shù)量、功率一定，隨著組件尺寸的增大，透光率將增大，成本相應(yīng)增加。以透光率與成本（元/W）為坐標(biāo)軸作圖可以得到最佳的性價(jià)比的點(diǎn)。下面分析引出以透光率與成本（元/W）之間的關(guān)系圖。分析如下：a）組件透光率Z與組件的面積變化率X之間的關(guān)系Z=｛1-（電池片面積*電池片數(shù)量）/組件面積（1+X）｝x玻璃透光率X透明背板透光率。令：（電池片面積*電池片數(shù)量）/組件面積=&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,且為常數(shù),Z>0，X>0對(duì)組件透光率Z與組件的面積變化率X作趨勢(shì)圖，如圖1所示：圖1組件透光率Z與組件的面積變化率X的趨勢(shì)圖b）組件成本C（元/W）與組件的面積變化率X之間的關(guān)系C=｛（電池片+接線盒+條形碼+標(biāo)貼+其它物料成本（1+X）｝/組件瓦數(shù)=（電池片+接線盒+條形碼+標(biāo)貼）/組件瓦數(shù)+｛其它物料成本（1+X）｝/組件瓦數(shù)令：A=電池片+接線盒+條形碼+標(biāo)貼）/組件瓦數(shù)B=其它物料成本/組件瓦數(shù)所以，C=A+B（1+X）,其中X>0,A>0,B>0,AB均為常數(shù)，對(duì)組件成本C（元/W）與組件的面積變化率X之間的關(guān)系作趨勢(shì)圖，如圖2所示：

圖2組件成本C（元/W）與組件的面積變化率X的趨勢(shì)圖由圖2可見，隨著X的增大，C也線性增大。c）以透光率與成本（元/W）為坐標(biāo)軸作圖。根據(jù)圖1圖2,做出組件透光率和成本之間的關(guān)系圖3。圖3組件透光率與組件成本（元/W）的關(guān)系圖由圖3可見，在Q點(diǎn)位置，經(jīng)過原點(diǎn)的直線的斜率最大，即透光率/成本的值最大，性價(jià)比最佳。

組件透光率與組件成本（元/W）的關(guān)系圖，對(duì)所有透明組件應(yīng)該具有普適性。2.3組件透光率、型號(hào)一定，電池片功率不定，確定最佳性價(jià)比當(dāng)組件透光率確定后（電池片的數(shù)量和組件尺寸也確定），此時(shí)變化電池片的功率，研究成本（元/W）和透光率的變化趨勢(shì)，確定最佳的性價(jià)比。C成本（元/W）=（電池片+其它物料成本）/組件瓦數(shù)=電池片/組件瓦數(shù)+其它物料成本/組件瓦數(shù)令：a=電池片/組件瓦數(shù)---定值b=其它物料成本/組件瓦數(shù)，由于其它物料成本不變，所以隨著組件瓦數(shù)的增加，b值減小。即C減小，而透光率不變。如圖4所示，圖4透光率與成本之間的關(guān)系圖由圖4可見，當(dāng)電池片的功率增加時(shí)，組件的功率增加，C（元/W）減小,透光率不變，性價(jià)比增加。因此，提高電池片功率，有利于提高性價(jià)比。2.4透光率、電池片型號(hào)一定，組件大小不定，比較性價(jià)比在電池片功率型號(hào)一定，透光率一定，電池片數(shù)量不同的情況下，比較大組件和小組件之間性價(jià)比（透光率/成本（元/W））的變化趨勢(shì)。成本C=（電池片+接線盒+條形碼+標(biāo)貼+其它物料成本）/組件瓦數(shù)=（接線盒+條形碼+標(biāo)貼）/組件瓦數(shù)+（電池片+其它物料成本）/組件瓦數(shù)令：a=（接線盒+條形碼+標(biāo)貼）/組件瓦數(shù)b=（電池片+其它物料成本）/組件瓦數(shù)即成本C=a+b

其中，a隨著組件的功率增大，而減小。b基本不變。所以，在電池片功率型號(hào)一定，透光率一定，電池片數(shù)量不同的情況下，大組件性價(jià)比（透光率/成本（元/W））高于小組件性價(jià)比。2.5透光率、尺寸、功率相同、比較單多晶組件性價(jià)比。當(dāng)單晶和多晶組件的尺寸、透光率、功率相同的情況下，由于多晶的價(jià)格低于單晶的價(jià)格，因此，多晶組件的性價(jià)比高于單晶組件的性價(jià)比。3.結(jié)語1） 任意透明組件，當(dāng)電池片規(guī)格數(shù)量一定，隨著組件尺寸的增大，透光率將增大，成本相應(yīng)增加。以透光率與成本（元/W）為坐標(biāo)軸作圖可以得到最佳的性價(jià)比的點(diǎn)。2） 當(dāng)組件透光率、電池片數(shù)量、組件尺寸一定，電池片功率越大，組件的性價(jià)比越高（透光率的變化趨勢(shì)/成本（元/W））。3） 當(dāng)電池片功率型號(hào)一定，透光率一定，電池片數(shù)量不同的情況下，大組件性價(jià)比（透光率/成本（元/W））高于小組件性價(jià)比。4） 當(dāng)單晶組件和多晶組件的尺寸、透光率、功率相同的情況下，多晶組件的性價(jià)比高于單晶組件的性價(jià)比（透光率/成本（元/W））。三、 常規(guī)組件常規(guī)組件的原材料必須符合材料符合組件工廠材料導(dǎo)入的標(biāo)準(zhǔn)，材料測(cè)試符合性能質(zhì)量要求，參考標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)原材料的規(guī)格書、認(rèn)證信息，以及工廠根據(jù)IEC61215或UL1703演化而來的原材料測(cè)試。或特殊要求的，如針對(duì)沿海地區(qū)或海島，組件要滿足防鹽霧IEC61701的標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)農(nóng)業(yè)地區(qū)，組件需要滿足抗氨氣腐蝕IEC62716的標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)組件的性價(jià)比：成本/功率即元/W。1） 電池片數(shù)量一定，組件尺寸一定，隨著電池片功率的增加，組件的性價(jià)比增加。2） 電池片型號(hào)一定，電池片數(shù)量不定。隨著組件尺寸的增加，性價(jià)比（元/W）增加。3） 單晶組件和多晶組件，尺寸、功率相同，多晶組件性價(jià)比高于單晶組件性價(jià)比（元/W）。四、 無框常規(guī)組件性價(jià)比（元/W）規(guī)律與常規(guī)組件相同。五、 無框透明組件和雙玻組件性價(jià)比（透光率/成本（元/W））規(guī)律與透明組件相同。六、 組件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)流程以上組件在進(jìn)行性價(jià)比的規(guī)律確定后，進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)。如圖5所示：

圖紙?jiān)O(shè)計(jì)原材料檢測(cè)組件制作組件測(cè)試IEC61215.IEC51730IEC61701JEC62716UL1703^圖5組件設(shè)計(jì)后續(xù)流程七、結(jié)論本文重點(diǎn)分析了常規(guī)組件、透明組件、無框組件（常規(guī)和透明）、雙玻