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編者按：本文討論光伏接線盒，連接器的相關(guān)失效現(xiàn)象，希望透過失效表象，一同關(guān)注光伏零部件的質(zhì)量安全。


近年來隨著光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，在保證長(zhǎng)期穩(wěn)定安全運(yùn)行的前提下如何增大發(fā)電量，降低發(fā)電成本，成為光伏產(chǎn)業(yè)面臨的一道難題。一方面光伏技術(shù)專家們通過新設(shè)計(jì)、新工藝、新材料和新技術(shù)的引入尋求解決之道，另一方面這些新元素也對(duì)光伏組件和零部件的質(zhì)量提出了更高的要求。作為光伏組件端最常用也是最重要的配套部件，光伏接線盒和連接器如何應(yīng)對(duì)這種“大”趨勢(shì)下的機(jī)遇和挑戰(zhàn)已然成為整個(gè)零部件行業(yè)不斷發(fā)展前行的一個(gè)縮影。

本文對(duì)光伏接線盒，連接器的相關(guān)失效現(xiàn)象入手，希望透過失效表象看到本質(zhì)，通過舉一反三由點(diǎn)及面促進(jìn)整個(gè)行業(yè)一同關(guān)注和深化新形勢(shì)下的光伏零部件的質(zhì)量安全。

光伏連接器

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中連接器是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間載流的部件，保持其長(zhǎng)效穩(wěn)定尤為重要。這無疑對(duì)連接器的設(shè)計(jì)，制造和安裝以及零配件的選用都提出了較高的要求，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)造成連接器在使用中發(fā)生發(fā)熱變形甚至燒毀。接下來我們通過幾個(gè)典型的失效案例來分析造成連接器這種異常發(fā)熱背后的原因。



1、接觸異常

通常情況下的連接器內(nèi)部金屬件可以拆分成是如下圖所示的三部分，金屬插針耦合時(shí)依靠中間的鼓型簧提供充分接觸，如果這三者的尺寸出現(xiàn)偏差，或安裝時(shí)出現(xiàn)位移，那在耦合時(shí)就會(huì)導(dǎo)致非正常的接觸，雖然不會(huì)影響電流導(dǎo)通，長(zhǎng)期載流情況下易造成觸點(diǎn)異常發(fā)熱和接觸電阻的變化，加劇觸點(diǎn)發(fā)熱，最終導(dǎo)致連接器的變形燒毀。而當(dāng)光伏電站中使用了不同廠家的連接器進(jìn)行互配時(shí)，由于不同產(chǎn)品之間的結(jié)構(gòu)差異以及技術(shù)壁壘，會(huì)大大加劇失效風(fēng)險(xiǎn)。



2、端子和線纜的連接

光伏直流連接器基本都是采用多股銅絲的線纜，線纜和金屬端子選擇以何種方式連接以及連接的質(zhì)量?jī)?yōu)劣都會(huì)對(duì)連接器的長(zhǎng)效安全造成影響，比如下圖中所示的壓接連接方式，必須保證所有銅絲被完整緊密的包裹，這就對(duì)線纜的規(guī)格和端子壓接部位的尺寸以及壓接工藝提出了嚴(yán)格的要求，一旦有一個(gè)條件不匹配那么就有可能出現(xiàn)如下左圖所示的銅絲外露，或者如下右圖所示的壓接部位缺損的現(xiàn)象。除了依靠視檢來辨別之外，壓縮比的引入也可以更直觀的檢驗(yàn)壓接的質(zhì)量，最大程度的避免產(chǎn)品長(zhǎng)期使用過程中因這類內(nèi)部連接問題造成的安全隱患。



3、合理的選型

額定電流的確定同樣也十分重要。連接器如果長(zhǎng)時(shí)間通入超出自身載流能力的電流，會(huì)加速材質(zhì)和配件的老化，縮短其使用壽命。所以了解連接器所配線纜，金屬端子以及外殼材料等各個(gè)零配件的性能，并有針對(duì)性進(jìn)行匹配，可以在很大程度上避免連接器盲目升級(jí)電流所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

接線盒

與連接器一樣接線盒內(nèi)部的金屬件也需要長(zhǎng)時(shí)間的承載電流，除此之外還要搭載旁路二極管來實(shí)現(xiàn)其功能性，所以接線盒的失效大致可以分為這兩部分。

1、線纜與金屬端子



如圖所示，如果端子和線纜不能提供完整緊密的接觸，那么長(zhǎng)時(shí)間通以大電流就易造成局部異常發(fā)熱，進(jìn)而加速該部位材質(zhì)的老化和變形。而在實(shí)際使用過程中，接線盒內(nèi)部除了金屬件和線纜的連接以外，還需關(guān)注金屬件與焊帶，金屬件與二極管，金屬件與金屬件等多種連接。任何一種連接的質(zhì)量都會(huì)關(guān)系到接線盒長(zhǎng)期通電過程中的安全和穩(wěn)定。

2、二極管

二極管在進(jìn)行旁路作用的時(shí)候，除了通入的電流大小，還有哪些因素會(huì)造成發(fā)熱異常呢？

結(jié)構(gòu)因素



上圖中，接線盒最右側(cè)的二極管在進(jìn)行通電測(cè)試中管腳脫焊。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)脫焊二極管底部的金屬片與線纜相連，但固定線纜的壓塊無法提供足夠的鎖緊力，并且金屬片的固定孔受熱發(fā)生形變，那么應(yīng)力就會(huì)通過金屬片傳遞給二極管，伴隨二極管持續(xù)的通電發(fā)熱，原本固定二極管管腳的焊錫會(huì)隨著高溫逐漸溶解流失，易誘發(fā)二極管的脫焊，所以需要讓二極管和金屬片保持穩(wěn)定接觸，盡量避免受到應(yīng)力影響，這對(duì)于接線盒自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零配件的選擇和安裝環(huán)節(jié)提出了更高的要求。

灌膠因素



灌膠的引入會(huì)封閉整個(gè)接線盒內(nèi)部空間，提升污染等級(jí)，同時(shí)也改變了盒體內(nèi)部發(fā)熱器件依靠空氣進(jìn)行熱交換的方式。但是如果灌膠不充分造成盒體內(nèi)部有空氣殘留，那就會(huì)反過來對(duì)接線盒的使用安全造成影響。如上圖所示，這些在金屬片下方殘留的空氣一旦遇熱就會(huì)膨脹，不僅容易將上方金屬片和二極管頂起，也會(huì)使得接線盒體鼓脹變形，這是導(dǎo)致二極管脫焊和斷流的誘因之一。另外接線盒內(nèi)部同時(shí)存在的灌膠和空氣這兩種介質(zhì)還影響了散熱效果造成接線盒材料特別是底部材料的受熱不均，造成局部過熱從而導(dǎo)致盒體材料變形。由于不同的灌膠在流動(dòng)性，凝固時(shí)間等方面都有差別，所以嚴(yán)格遵從產(chǎn)品的規(guī)格書和使用手冊(cè)，并改善灌膠質(zhì)量也是關(guān)鍵。

焊接因素



錫膏的品種很多，不同焊錫之間熔點(diǎn)的差異，焊錫的分布是否均勻是否充分，接觸面是否有雜質(zhì)或者空氣的殘留，以及與焊錫接觸的金屬材質(zhì)或者表面鍍層是否利于與焊錫的接觸等等這些因素都會(huì)最終影響到焊接的整體質(zhì)量，從以上兩個(gè)脫焊后的二極管底部照片可以清楚的看到整個(gè)焊接面在通電后的情況，這無疑對(duì)于焊接的質(zhì)量提出了更高的要求。除此之外，是否能夠找到更好的解決方案或者采用增加輔助固定的手段等等，都可以成為我們更深層次探討的話題。

以上內(nèi)容介紹了目前接線盒和連接器的現(xiàn)狀，以及近些年這些產(chǎn)品悄然發(fā)生的變化。光伏行業(yè)在不斷向前發(fā)展，光伏技術(shù)和光伏產(chǎn)品也在與時(shí)俱進(jìn)不斷適應(yīng)著整個(gè)市場(chǎng)發(fā)展的要求。但是不管如何變化，質(zhì)量都將是我們共同追求的目標(biāo)。




原標(biāo)題： "大"趨勢(shì)下如何保證光伏零部件質(zhì)量安全？