2.4.2　设计实例

以多晶硅电池组件的设计为例，设组件所要求的技术参数为：最大功率P_max=275W，开路电压V_oc=38.0V，填充系数FF=77%。

第一步：根据组件要求的各项参数选择适合档位和数量的太阳电池。晶体硅电池的输出电压随电池面积变化变动很小，一片156mm×156mm或者125mm×125mm的电池，开路电压基本都在0.6～0.65V，即使把156mm×156mm的电池切割成任意尺寸，开路电压输出也大约为0.6～0.65V。因此在设计的时候，可以假设任何尺寸的电池输出开路电压为0.62V，同时V_mpp一般假设为0.5V。

首先根据组件要求的电压确定电池数量，该组件的电池数量计算：38V/0.62V=61.3片，一般根据经验值取整数，选60片；然后根据组件要求的功率和电池的数量计算每一片电池所需的功率，单片电池的功率大约为275W/60=4.58W；之后将电池的最大功率P_max、开路电压V_oc、组件的填充系数FF代入公式FF=P_max/（V_oc×I_sc），计算出短路电流I_sc=9.39A；最后根据以上参数确定所需太阳电池的效率及档位。通常电池封装成组件会有一些损失，该损失在行业被称为功率封装损失（简称CTM，即Cell to Module），一般该值为98%～100%，通常多晶电池比单晶电池高1.5%左右，如果采用特殊的封装材料增加太阳电池对光线的吸收，则可以大幅提高组件输出电流，从而提高组件输出功率，此时CTM可能会超过100%。本例假设该组件CTM为99%，则所需的电池功率大约为4.58W/0.99=4.63W，那么电池效率就是：［4.63W/（0.15675×0.15675）m²］/1000W/m²=18.8%，所以选择效率在18.8%～19.0%档位的电池。

表2-3所示为多晶硅电池效率和电性能参考表（156.75mm×156.75mm），各种电池因为工艺条件等不同，会有一定差异。

表2-3　多晶硅电池效率和电性能参考表（156.75mm×156.75mm）

现在行业基本上都已经采用156.75mm×156.75mm的硅片，所以上表表示这个尺寸电池的功率，如果需要计算156mm×156mm的，按面积推算即可。

第二步：根据电池尺寸、数量和相关电气要求设计组件尺寸及结构。一般组件选择装配3个二极管，60片电池设计为6串，每串10片电池，每个二极管与两串电池并联。结构确定之后首先可以根据电气要求确定组件内部每个部件之间的距离，通常每片电池之间距离为3mm，汇流条宽度为6mm，汇流条距电池3mm，汇流条之间距离也是3mm，汇流条离玻璃边沿距离为14.5mm（算上生产过程的公差后，可能会缩小为12mm，这样也能满足IEC距离要求），电池串之间间隙为4mm，电池边缘离玻璃边缘距离也为14.5mm。根据上述参数计算出所需玻璃长度为156×10+3×9+3×（6+3）+14.5×2=1643（mm），玻璃宽度为156×6+5×4+14.5×2=985（mm），玻璃厚度一般选择3.2mm，因此最终确定玻璃的尺寸为1643mm×985mm×3.2mm。

第三步：根据组件尺寸（主要由玻璃尺寸决定）设计铝边框。一般铝边框的壁厚为2mm，高度为35mm，考虑边框和玻璃边沿的间隙（用来填充硅胶）为1～1.5mm，因此铝边框的外尺寸在玻璃尺寸基础上长宽各增加7mm，因此组件整体外形尺寸为1650mm×992mm×35mm，完成晶体硅光伏组件的设计。

本书所描述的晶体硅光伏组件有以下三种最主要的设计方案：

（1）采用156mm×156mm多晶硅电池，由6列12行共72片电池串联组成，组件功率为315～345W，后面简称为72片多晶硅组件；

（2）采用156mm×156mm多晶硅电池，由6列10行共60片电池串联组成，组件功率为265～290W，后面简称为60片多晶硅组件；

（3）采用125mm×125mm单晶硅电池，由6列12行共72片电池串联组成，组件功率为195～215W，后面简称为72片单晶硅组件（这种类型组件正在淡出市场）。

本书后面几章中将主要以60片多晶硅光伏组件为例介绍从设计到检测的所有工序。事实上，随着技术的发展以及市场的多样化、个性化需求的变化，各种类型的组件产品也不断应运而生。对于特殊组件的结构与设计，都可以参考以上的设计方案进行。