2.4.1 设计原理
以60片电池组件为例，组件内部电池矩阵布局为6列10行，即每列有10片串联电池，共6列（行业又称为6串），最后将6串电池串联起来。如果将每片太阳电池等效为一个半导体二极管器件，则可以用等效的电路图来表示其串联情况，如图2-6所示。
图2-6 60片电池组件二极管等效电路图
对于组件结构设计，要考虑四个方面。
第一，考虑组件内部电池的结构排布，一般称为叠层电路设计。组件中每片电池之间的距离，包括横向和纵向距离，一般需要2mm以上，这主要是为了保证连接焊带在电池表面上、下翻折连接后不影响组件的可靠性。通过合理的设计，可以让照射在电池间隙中的部分光线通过背板-玻璃的两次反射再次投射到电池表面，这样就可以增加组件的输出功率。电池间隙太大会降低组件的转换效率，间隙太小不利于焊带的弯折，而且可能会导致电池产生隐裂，通常光伏组件中的电池间隔距离为2～5mm。
第二，考虑组件的最小电气间隙和最小爬电距离要求。电气间隙（Clearance）为两导电部件之间在空间中的最短距离；组件的最小电气间隙（Minmum Clearance or Through Air）是指组件内部带电体（如太阳电池和汇流条）到玻璃边沿的距离；爬电距离（creepage distance）指的是两导电部件之间沿固体绝缘材料表面的最短距离，见图2-7和图2-8。
图2-7 电气间隙与爬电距离示意图
图2-8 光伏组件电气间隙与爬电距离示意图
IEC 61730和UL 1703标准对组件的最小电气间隙和爬电距离都有严格要求。因为封装材料会吸湿，封装过程也不能保证完全密封，因此这个要求与绝缘材料组别、组件应用的微观环境污染程度等有直接关系。一般组件设计的最小电气间隙和爬电距离是基于微观环境污染等级2级、材料组别Ⅲa来选取，然后根据不同的应用等级和系统电压来确定最小电气间隙和爬电距离的要求，当然如果降低组件应用环境污染等级，是可以适当减小距离要求的。应用等级是根据光伏组件的不同应用方式对组件安全性的要求划分的，分为级别0、级别Ⅱ、级别Ⅲ三个等级（应用划分来源于IEC 61140）。
级别0：通过本等级鉴定的组件可用于以围栏或特点区域划分限制公众接近的系统；
级别Ⅱ：通过本等级鉴定的组件可用于电压高于50V或功率大于240W的系统，而且这些系统是公众有可能接触或接近的。这是目前光伏组件最常用的应用等级；
级别Ⅲ：通过本等级鉴定的组件只能用于电压低于50V或功率小于240W的系统。用于以围栏或特点区域划分限制公众接近的系统，这些系统是公众有可能接触或接近的。
表2-2给出了最小电气间隙和爬电距离与光伏组件最大系统电压的对应关系。UL1703标准中的要求略低于此表中的要求。
表2-2 最小电气间隙和爬电距离与光伏组件最大系统电压的对应关系（摘自IEC 61730-1 5.6.3）
对于1500V系统电压，UL1703标准中特别要求无金属框接地组件到边缘距离需要加倍，如果采用满足相关要求的绝缘材料进行边沿密封，则可以和金属框组件的要求相同。目前市场上现有的应用等级为级别Ⅱ的1000V系统组件，一般设计电气间隙（内部带电体到边缘距离）为15mm以上，主要是考虑到组件在叠层、层压过程中内部的电池会有一些移位，同时也为了保证可靠性，兼顾IEC和UL标准的要求。
对于1500V系统的最小电气间隙，虽然表格中规定为19.4mm，但是因为这个间隙距离对组件尺寸改变较大，对组件效率和成本都有影响，因此一般采用与1000V组件一样的距离，然后通过IEC 61730-2 MST14中规定的脉冲电压测试环节来证明组件的电气间隙是否满足安全要求。
对于最小爬电距离，应用等级为级别Ⅱ的1000V/1500V系统组件，最小爬电距离要求为20mm/30mm，此时组件尺寸会非常大，可通过做IEC 61730-2序列B1测试将组件污染等级降低为Ι，将爬电距离要求减小为6.4mm和10.4mm，这样组件只需满足最小电气间隙就可以满足爬电距离要求。
第三，还需要选择和设计旁路二极管。旁路二极管在光伏组件中电池被遮挡的时候起到导通与保护电池的作用。一般一个旁路二极管最多可以保护24片太阳电池，最好控制在20片以内。
第四，对于组件输出功率的设计，一般需要知道所设计的组件的Pmax、Impp、Vmpp三个参数中的2个参数，或者Pmax、Isc、Voc、FF中的3个参数，这样就可以确定电池的尺寸以及电池串联和并联的数量。
综上所述，根据电池的间隙、内部带电体到玻璃边沿的距离和组件的电性能参数要求，就可以设计组件的尺寸，从而选择适当的玻璃尺寸、EVA、背板和边框的尺寸。