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"大"趋势下如何保证光伏零部件质量安全?

2021/8/13

近年来随着光伏产业的飞速发展,在保证长期稳定安全运行的前提下如何增大发电量,降低发电成本,成为光伏产业面临的一道难题。一方面光伏技术专家们通过新设计、新工艺、新材料和新技术的引入寻求解决之道,另一方面这些新元素也对光伏组件和零部件的质量提出了更高的要求。作为光伏组件端最常用也是最重要的配套部件,光伏接线盒和连接器如何应对这种“大”趋势下的机遇和挑战已然成为整个零部件行业不断发展前行的一个缩影。


本文对光伏接线盒,连接器的相关失效现象入手,希望透过失效表象看到本质,通过举一反三由点及面促进整个行业一同关注和深化新形势下的光伏零部件的质量安全。


光伏连接器


在光伏发电系统中连接器是一个长时间载流的部件,保持其长效稳定尤为重要。这无疑对连接器的设计,制造和安装以及零配件的选用都提出了较高的要求,任何一个环节出现问题都会造成连接器在使用中发生发热变形甚至烧毁。接下来我们通过几个典型的失效案例来分析造成连接器这种异常发热背后的原因。


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1、接触异常


通常情况下的连接器内部金属件可以拆分成是如下图所示的三部分,金属插针耦合时依靠中间的鼓型簧提供充分接触,如果这三者的尺寸出现偏差,或安装时出现位移,那在耦合时就会导致非正常的接触,虽然不会影响电流导通,长期载流情况下易造成触点异常发热和接触电阻的变化,加剧触点发热,最终导致连接器的变形烧毁。而当光伏电站中使用了不同厂家的连接器进行互配时,由于不同产品之间的结构差异以及技术壁垒,会大大加剧失效风险。


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2、端子和线缆的连接


光伏直流连接器基本都是采用多股铜丝的线缆,线缆和金属端子选择以何种方式连接以及连接的质量优劣都会对连接器的长效安全造成影响,比如下图中所示的压接连接方式,必须保证所有铜丝被完整紧密的包裹,这就对线缆的规格和端子压接部位的尺寸以及压接工艺提出了严格的要求,一旦有一个条件不匹配那么就有可能出现如下左图所示的铜丝外露,或者如下右图所示的压接部位缺损的现象。除了依靠视检来辨别之外,压缩比的引入也可以更直观的检验压接的质量,最大程度的避免产品长期使用过程中因这类内部连接问题造成的安全隐患。


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3、合理的选型


额定电流的确定同样也十分重要。连接器如果长时间通入超出自身载流能力的电流,会加速材质和配件的老化,缩短其使用寿命。所以了解连接器所配线缆,金属端子以及外壳材料等各个零配件的性能,并有针对性进行匹配,可以在很大程度上避免连接器盲目升级电流所带来的风险。


接线盒


与连接器一样接线盒内部的金属件也需要长时间的承载电流,除此之外还要搭载旁路二极管来实现其功能性,所以接线盒的失效大致可以分为这两部分。


1、线缆与金属端子


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如图所示,如果端子和线缆不能提供完整紧密的接触,那么长时间通以大电流就易造成局部异常发热,进而加速该部位材质的老化和变形。而在实际使用过程中,接线盒内部除了金属件和线缆的连接以外,还需关注金属件与焊带,金属件与二极管,金属件与金属件等多种连接。任何一种连接的质量都会关系到接线盒长期通电过程中的安全和稳定。


2、二极管


二极管在进行旁路作用的时候,除了通入的电流大小,还有哪些因素会造成发热异常呢?


结构因素


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上图中,接线盒最右侧的二极管在进行通电测试中管脚脱焊。经过分析发现脱焊二极管底部的金属片与线缆相连,但固定线缆的压块无法提供足够的锁紧力,并且金属片的固定孔受热发生形变,那么应力就会通过金属片传递给二极管,伴随二极管持续的通电发热,原本固定二极管管脚的焊锡会随着高温逐渐溶解流失,易诱发二极管的脱焊,所以需要让二极管和金属片保持稳定接触,尽量避免受到应力影响,这对于接线盒自身结构设计和零配件的选择和安装环节提出了更高的要求。


灌胶因素


灌胶的引入会封闭整个接线盒内部空间,提升污染等级,同时也改变了盒体内部发热器件依靠空气进行热交换的方式。但是如果灌胶不充分造成盒体内部有空气残留,那就会反过来对接线盒的使用安全造成影响。如上图所示,这些在金属片下方残留的空气一旦遇热就会膨胀,不仅容易将上方金属片和二极管顶起,也会使得接线盒体鼓胀变形,这是导致二极管脱焊和断流的诱因之一。另外接线盒内部同时存在的灌胶和空气这两种介质还影响了散热效果造成接线盒材料特别是底部材料的受热不均,造成局部过热从而导致盒体材料变形。由于不同的灌胶在流动性,凝固时间等方面都有差别,所以严格遵从产品的规格书和使用手册,并改善灌胶质量也是关键。


焊接因素


锡膏的品种很多,不同焊锡之间熔点的差异,焊锡的分布是否均匀是否充分,接触面是否有杂质或者空气的残留,以及与焊锡接触的金属材质或者表面镀层是否利于与焊锡的接触等等这些因素都会最终影响到焊接的整体质量,从以上两个脱焊后的二极管底部照片可以清楚的看到整个焊接面在通电后的情况,这无疑对于焊接的质量提出了更高的要求。除此之外,是否能够找到更好的解决方案或者采用增加辅助固定的手段等等,都可以成为我们更深层次探讨的话题。


以上内容介绍了目前接线盒和连接器的现状,以及近些年这些产品悄然发生的变化。光伏行业在不断向前发展,光伏技术和光伏产品也在与时俱进不断适应着整个市场发展的要求。但是不管如何变化,质量都将是我们共同追求的目标。

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