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前言
晶体硅是光伏发电转化的核心器件,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,由于晶体硅光伏电池物理脆性,容易碎裂,因此需要将电池片封装,做成光伏组件进行保护。
晶硅光伏组件主要分为:
常规光伏组件(组成:玻璃、EVA、晶硅电池、背板、铝框、接线盒等);
透明光伏组件(组成:玻璃、EVA、晶硅电池、透明背板、铝框、接线盒等);
双玻光伏组件(组成:玻璃、PVB、晶硅电池、玻璃背板、接线盒等);
无框光伏组件(没有铝框的常规组件和透明组件);
光伏组件的设计主要考虑三点:
物理电学性能
光伏组件的功率大小,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
针对光伏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
光伏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
透明光伏组件根据设计不同,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,由于透明光伏组件涉及变量较多(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
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:
光伏组件透光率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。
对光伏组件透光率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
光伏组件成本C(元/W)与面积变化率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,
对光伏组件成本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。
以透光率与成本(元/W)为坐标轴作图。
根据图1,图2,做出光伏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。
光伏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
当光伏组件透光率确定后(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,太阳能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
任意透明光伏组件,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
常规光伏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:
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。
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