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1.前言

接線盒在太陽(yáng)電池組件中起著非常重要的作用，隨著光伏行業(yè)日新月異的發(fā)展，越來越多的目光轉(zhuǎn)向了接線盒身上;因?yàn)樗粌H能將太陽(yáng)電池產(chǎn)生的電方便的傳輸?shù)酵獠侩娐分腥ィ瑫r(shí)它也是太陽(yáng)電池組件的"保鏢"。

接線盒是集電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)與材料科學(xué)相結(jié)合的跨領(lǐng)域的綜合性設(shè)計(jì);接線盒充當(dāng)"保鏢"時(shí)，它利用二極管自身的性能使得太陽(yáng)電池組件在遮光、電流失配等其他不利因素發(fā)生時(shí)，還能保持其能工作，適當(dāng)降低損失。

由于其本身的特性，在太陽(yáng)能領(lǐng)域越來越多的人逐步關(guān)注這個(gè)太陽(yáng)電池組件的"保鏢"，伴隨著光伏市場(chǎng)的發(fā)展，接線盒的品牌也隨之多了起來，產(chǎn)品質(zhì)量也參差不齊，接線盒在系統(tǒng)應(yīng)用中出現(xiàn)的問題也越來越多。

2.接線盒的基本應(yīng)用

2.1接線盒的結(jié)構(gòu)

目前市場(chǎng)上主流接線盒品種較多，樣式各異，按照與匯流條的連接方式可分為卡接式與焊接式;二者除了與匯流條的連接方式不同外，其結(jié)構(gòu)基本是一致的。

常規(guī)型的接線盒基本由以下幾部分構(gòu)成：底座、導(dǎo)電塊、二極管、卡接口/焊接點(diǎn)、密封圈、盒蓋、后罩及配件、連接器、電纜線等，如圖1所示：

2.2接線盒的材料

一個(gè)簡(jiǎn)單的接線盒所需要的材料就達(dá)十多種，原材料的性能及使用壽命關(guān)乎著接線盒本身的質(zhì)量，所以接線盒的材料一直受到廠商及組件廠使用者的倍加關(guān)注，表1簡(jiǎn)單的例舉了接線盒原材料的材質(zhì)：

2.3接線盒的作用

接線盒在太陽(yáng)能電池組件中的作用簡(jiǎn)單的來講可以概括為兩點(diǎn)：a)連接和傳輸功能，b)保護(hù)組件;它是一門集電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和材料科學(xué)相結(jié)合的跨領(lǐng)域的綜合性設(shè)計(jì)。

太陽(yáng)能電池組件是通過太陽(yáng)能電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，而單個(gè)組件發(fā)出的電想傳輸?shù)匠潆?、控制系統(tǒng)中去，必須要通過接線盒進(jìn)行傳輸;而且接線盒還是整個(gè)太陽(yáng)能方陣的"紐帶"，將許多組件串聯(lián)在一起形成一個(gè)發(fā)電的整體，所以接線盒在太陽(yáng)能應(yīng)用中的作用是不容忽視的。

接線盒還有一個(gè)更重要的作用就是保護(hù)組件;當(dāng)陣列中的組件受到烏云、樹枝、鳥糞等其它遮擋物而發(fā)生熱斑時(shí)，旁路在組件中的二極管，利用自身的單向?qū)щ娦阅埽瑢栴}電池、電池串旁路掉，保護(hù)整個(gè)組件乃至整個(gè)陣列，確保能使其保持在必要的工作狀態(tài)，減少不必要的損失。

最理想的組件應(yīng)是每片電池都應(yīng)旁路一個(gè)二極管，這樣才能保證組件的絕對(duì)安全，但是出于成本以及工藝角度，目前為止大家采用是一串電池片旁路一個(gè)二極管，這樣做是一種簡(jiǎn)單有效的辦法。

3.接線盒的性能

3.1接線盒性能要求及選型

由于接線盒對(duì)于組件的重要性，選擇一個(gè)合適的接線盒顯得尤為重要;對(duì)于一個(gè)優(yōu)秀的太陽(yáng)能電池組件用接線盒必須要具備以下幾點(diǎn)性能要求：

a)滿足于室外惡劣環(huán)境條件下的使用要求;

b)外殼有強(qiáng)烈的抗老化、耐紫外線能力;

c)優(yōu)秀的散熱模式和合理的內(nèi)腔容積來有效降低內(nèi)部溫度，以滿足電氣安全要求;

d)良好的防水、防塵保護(hù)為用戶提供安全的連接方案;

e)較低的體電阻，以盡可能的減小接線盒帶來的功率損耗;

具體的使用要求或指標(biāo)簡(jiǎn)單的概括如下所示，表2列出了部分接線盒的性能指標(biāo)，圖2是接線盒測(cè)試部件拉力示意圖：

市場(chǎng)上的接線盒如果想被組件廠商接受的話就必須通過TUV、UL等其他國(guó)際知名認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，這些認(rèn)證機(jī)構(gòu)針對(duì)接線盒會(huì)有一系列的檢查、測(cè)試方法，以確保其滿足客戶的使用要求。

組件廠在使用選擇接線盒時(shí)，除了要求接線盒已取得TUV、UL等認(rèn)證外，還必須關(guān)注以下方面，才能確保自己找到合適的接線盒：

第一，二極管額定電流結(jié)溫測(cè)試(旁路二極管熱性能試驗(yàn));由于太陽(yáng)能電池采用低電壓高電流的模式，對(duì)于接線盒中旁路二極管的額定電流就顯得尤為重要;據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，接線盒在認(rèn)證測(cè)試時(shí)僅此一項(xiàng)試驗(yàn)失敗的就高達(dá)40%，在組件戶外應(yīng)用中，出現(xiàn)接線盒燒毀的現(xiàn)象也屢見不鮮。

目前要求二極管的結(jié)溫不能超過200℃，但是不同二極管之間是有差異的，如果二極管的節(jié)溫過高，不但會(huì)導(dǎo)致二極管的本身的損壞和使用壽命的降低，而且會(huì)給組件帶來負(fù)面影響，比如EVA脫層、EVA及背板加速老化等其它不良狀況，甚至?xí)鸾M件燒毀現(xiàn)象。所以大家在選擇接線盒時(shí)額定電流盡可能的大，結(jié)溫測(cè)試溫度越低越好。

第二，接線盒體電阻;接線盒由各種金屬、塑料組成，本身會(huì)有一定的電阻，外加到組件中去無(wú)疑會(huì)增加組件的功率損耗，這一會(huì)給組件額外增加一部分不必要的功率損失，所以這部分電阻需要越小越好。

3.2接線盒性能測(cè)量

接線盒在認(rèn)證時(shí)會(huì)經(jīng)過一系列的安全、性能測(cè)試，包括IP測(cè)試、拉力測(cè)試、旁路二極管熱性能試驗(yàn)、濕漏電試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)等其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，各標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證機(jī)構(gòu)有著非常詳細(xì)的要求規(guī)定，本文不一一敘述，這里著重討論一下旁路二極管熱性能試驗(yàn)與接線盒體電阻的測(cè)試方法。

3.2.1旁路二極管熱性能試驗(yàn)

按照IEC6121510.18.3的要求進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，以下是測(cè)試某一組件旁路二極管熱性能試驗(yàn)過程：先測(cè)試該組件的電性能，確定Isc為5.53A,并測(cè)試二極管的管壓降;前期工作準(zhǔn)備完畢后，將組件放入溫度為75℃±5℃的腔室內(nèi)進(jìn)行加溫，并同時(shí)通以等于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下短路電流±2%的電流;1小時(shí)后測(cè)試每個(gè)二極管的表面溫度，再利用下列方程計(jì)算二極管的測(cè)試最大結(jié)溫：

二極管結(jié)溫測(cè)試后，再增加通以組件電流到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下短路電流1.25倍，同時(shí)保持組件的溫度在75℃±5℃，保持通過組件電流1h，驗(yàn)證二極管仍能工作，

表3是測(cè)試過程部分?jǐn)?shù)據(jù)記錄：

此塊組件的二極管結(jié)溫測(cè)試結(jié)果是比較理想的，且通完1.25倍的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下短路電流1小時(shí)后，二極管仍能繼續(xù)工作。

制作組件時(shí)層壓溫度一般設(shè)定為150℃左右，如果二極管結(jié)溫測(cè)試超過170℃，那可就要當(dāng)心了，若再加上接線盒的散熱性能不好，后果那是相當(dāng)嚴(yán)重的，比如會(huì)造成組件材料的封裝退化、加速老化等其他不良現(xiàn)象，組件可能會(huì)較早或加速失效，雖然它并沒有超過200℃。

為了避免或減低組件在戶外使用的時(shí)候出現(xiàn)接線盒燒毀、組件燒灼的現(xiàn)象(如圖3所示)，就必須要關(guān)注此項(xiàng)測(cè)試，結(jié)溫測(cè)試結(jié)果要盡可能的低。

3.2.2接線盒體電阻測(cè)試

如圖4所示，我們模擬組件中的連接方式，將2根同規(guī)格匯流條分別插接在接線盒兩邊的卡接口，并將公母頭短接，用低電阻測(cè)試儀測(cè)試匯流條兩端電阻。接線盒的實(shí)際電阻，為測(cè)試電阻減去2根匯流條電阻的差值。這個(gè)電阻主要與3部分有關(guān)：接觸電阻、線阻及內(nèi)部金屬電阻;

一般接線盒的體電阻在13mΩ，根據(jù)P=I2R進(jìn)行估算，13mΩ的電阻會(huì)給組件帶來近1W的功率損失，但是每個(gè)接線盒的體電阻是不一樣的，我們又進(jìn)行了以下試驗(yàn)：選用3個(gè)廠商的接線盒進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，測(cè)試3種接線盒的體電阻后，分別連接在同一塊組件層壓件上進(jìn)行電性能測(cè)試，表4是測(cè)試結(jié)果，組件層壓件的測(cè)試功率為248.52W，結(jié)果顯示體電阻小的接線盒封裝組件后，功率損失小，反之則大：

以上實(shí)驗(yàn)可以看出，接線盒的體電阻對(duì)組件封裝損失的影響;如果接線盒體電阻測(cè)試值較大的話，雖然其本身的其他性能良好，但是高體電阻的接線盒給組件帶來的負(fù)面影響是顯而易見的，所以我們?cè)谶x擇接線盒時(shí)在保證其他性能的前提下，它的體電阻應(yīng)越小越好。

4.接線盒未來發(fā)展方向

由于接線盒對(duì)太陽(yáng)能電池組件的重要性，以及隨著整個(gè)光伏市場(chǎng)以及廣大客戶的應(yīng)用，目前各大接線盒廠商也在朝著高質(zhì)量的接線盒的方向努力，比如設(shè)計(jì)出高額定電流、高防水性、優(yōu)良的散熱性、低體電阻等等的接線盒，這些隨著技術(shù)發(fā)展必將會(huì)在今后的接線盒產(chǎn)品中出現(xiàn)。

另一方面，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能組件隨著年月而退化(一般來說組件的性能會(huì)以每年0.5%至1.0%的速度逐漸退化)，導(dǎo)致這個(gè)現(xiàn)象的原因可能包括光伏組件之間的失配、旁路二極管的熱能耗散令組件性能加速退化、以及各種的環(huán)境因素如浮云、污垢及碎片等等;大大降低了單個(gè)組件以及整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電量，人們?yōu)榱私鉀Q或盡可能減小這個(gè)問題，在接線盒內(nèi)部進(jìn)行改造，并對(duì)改造后的接接線盒稱為"SmartBox"，而應(yīng)用這種接線盒的組件則稱之為"SmartModule"。

而"SmartBox"通常利用的技術(shù)有MOS集成電路基礎(chǔ)的智能光伏組件、旁路電路集成無(wú)線發(fā)射接收數(shù)據(jù)系統(tǒng)、MPPT+DCtoDC/DCtoAC轉(zhuǎn)換方式等其他新技術(shù)。

4.1MOS集成電路基礎(chǔ)的智能光伏組件

此組件使用MOS集成電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)二極管，降低組件被遮擋時(shí)二極管的發(fā)熱能耗，同時(shí)減少組件正常工作時(shí)晶體管的反向漏電流，提高組件的發(fā)電效率;

由于二極管的特性，當(dāng)大電流流過時(shí)會(huì)在上面產(chǎn)生1V左右的電壓降。由W=V*I得知，當(dāng)有10A的電流流過時(shí)就會(huì)有10W左右的功率損失，長(zhǎng)時(shí)間的積累使二極管的溫度逐漸升高，且二極管沒有散熱裝置，二極管就會(huì)發(fā)燙，甚至燒壞極管，燒毀接線盒;

而MOS管與普通的二極管比較，其導(dǎo)通電阻只有5~10mΩ，且其自帶散熱片，散熱性能較好等優(yōu)點(diǎn)，圖5是QCSOLAR公司生產(chǎn)的MOS電路接線盒。

4.2旁路電路集成無(wú)線發(fā)射接收數(shù)據(jù)系統(tǒng)

此系統(tǒng)中接線盒內(nèi)集成了無(wú)線收發(fā)裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控并傳輸數(shù)據(jù)，譬如組件的電流、電壓、功率等，其工作原理是組件在工作時(shí)，利用接線盒內(nèi)的單片機(jī)，通過檢測(cè)兩串太陽(yáng)電池的端電壓來判斷太陽(yáng)電池是否處于正常工作狀態(tài)，一旦檢測(cè)到兩處電壓不一樣，就認(rèn)為低電壓的一串電池片出現(xiàn)了熱斑效應(yīng)，兩串電池片的輸出電流就有差別，此時(shí)單片機(jī)通過控制MOS管的柵極電壓來控制MOS管的導(dǎo)通狀態(tài)，來把其中一串電池片多產(chǎn)生的電流旁路掉，使組件正常工作，實(shí)現(xiàn)了MOS管的旁路作用。單片機(jī)在監(jiān)控光伏組件工作，控制MOS管的同時(shí)，把每一時(shí)刻的電壓、電流信息采集下來，經(jīng)過其內(nèi)部運(yùn)算累加，得到整個(gè)組件的發(fā)電量，并在需要時(shí)可傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

4.3MPPT+DCtoDC/DCtoAC轉(zhuǎn)換方式

接線盒加裝此種裝置后，通過對(duì)陣列中每塊電池板分布式安裝最大功率跟蹤模塊，使電站方陣中每塊板始終工作在最大功率輸出點(diǎn)。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的產(chǎn)品都是基于美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體研制的SolarMagic技術(shù)之上設(shè)計(jì)開發(fā)出的;

當(dāng)陣列中的組件被建筑、云、樹等陰影遮擋、自身出現(xiàn)失配情況時(shí)，由于二極管的作用部分電池片會(huì)被旁路掉，從而減低了整個(gè)組件陣列的發(fā)電總量;利用NS的SolarMagic技術(shù)能夠以太陽(yáng)能電池組件為單位進(jìn)行控制，使其在MPP狀態(tài)下工作，在以上情況發(fā)生時(shí)與之前比較最多可提高45%的發(fā)電量;圖6是NS開發(fā)的SolarMagic智能太陽(yáng)能光伏組件接線盒，以及摘自Photon雜志的一組利用這一技術(shù)性能數(shù)據(jù)：

雖然這類技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，但是高額的成本很大程度上限制了它的廣泛應(yīng)用，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們一定會(huì)找到合適的辦法去生產(chǎn)出價(jià)廉物美的接線盒。

5.小結(jié)

接線盒對(duì)于太陽(yáng)能電池組件起著非常重要的作用，越來越多的組件工廠以及系統(tǒng)用戶對(duì)接線盒有了新的認(rèn)識(shí)，關(guān)注度空前的提高;同樣隨著時(shí)間的推移，接線盒自身的存在的問題也慢慢的暴露出來，對(duì)于接線盒廠商提高生產(chǎn)接線盒的質(zhì)量也是一種推動(dòng)力量。

組件廠在選擇接線盒時(shí)需不僅僅的關(guān)注它是否通過了知名機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，出于今后長(zhǎng)久使用角度考慮，更需要關(guān)注接線盒的額定電流、二極管的結(jié)溫測(cè)試以及接線盒的體電阻等其他性能要求。

將新的技術(shù)容納、集成到接線盒中，這無(wú)非是一種大膽的創(chuàng)新，而且同樣非常有效，現(xiàn)在的關(guān)鍵問題就是怎樣開發(fā)出一種低成本高性能的接線盒，這樣才能進(jìn)行廣泛的推廣。 

原標(biāo)題：淺談接線盒在太陽(yáng)電池組件中的應(yīng)用