晶硅光伏组件的最佳设计技术

2012-01-29 17:32:30来源: 互联网
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:

  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。

  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:

  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。

  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。

  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。

  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)。

  透光率={1-(电池片面积*电池片数量)/组件面积}×玻璃透光率×透明背板透光率。

  成本(元/W)=(电池片+其它物料成本)/组件瓦数。

  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

  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:

  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)}×玻璃透光率×透明背板透光率。

  令:(电池片面积*电池片数量)/组件面积=a

  玻璃透光率×透明背板透光率=b

  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:

  

1.jpg

 

  图1组件透光率Z与组件的面积变化率X的趋势图

  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:

  

2.jpg

 

  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。

  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。

  

3.jpg

 

  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。

  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,

  

4.jpg

 

  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。

  结语

  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。

  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))。

  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。

  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))。

  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。

  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。

  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。

  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)。

  无框常规组件

  性价比(元/W)规律与常规组件相同。

  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。

  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:

  

5.jpg

 

  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)、双玻组件的设计流程中的前期最佳的性价比设计,该设计中充分结合了成本的核算。

  当最佳性价比设计设计完成后,进入后续的常规流程即:原材料检测、工业设计组件的图纸、整理BOM表、制作组件、对组件样品进行相关的IEC/UL标准实验检测、小批量实验、价格制定、认证宣传、正式量产。

  可以根据客户的定制,定制的组件可以参考最佳性价比的设计,进行对比。

关键字:晶硅  光伏组件  最佳设计

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0129/article_13952.html
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