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光伏連接器的歷史與作用
編輯:東莞美樺電子   發布時間:2019-02-13

光伏連接器的歷史與作用    

光伏電站中,要把大量的組件的電量匯集在一起,進入逆變器,必須依賴電纜和連接器,光伏連接器是光伏發電系統內組件、匯流箱、控制器和逆變器等各個部件之間相互連接的關鍵零件。    

截至2018年9月底,我國光伏累計裝機容量約133GW,位居全球第1。以1MW用量4000套來計算,目前國內光伏電站約有5.3億套連接器。若以風險的角度看待,意味著有至少5.3億個風險點,需要電站業主去關注,盡管如此,在電站設計、建設及運維的階段,光伏連接器還是經常被忽視,究其原因,是大家對連接器的重視程度還不夠。    

光伏電站技術失效風險所引起的發電量收益損失    

1、   電纜使用不當,安裝不規范,破損,選型錯誤    

2、   連接器損壞和燒毀    

3、   逆變器故障,風扇故障    

4、   組件臟污,陰影,安裝不規范,損壞,組件玻璃破損,組件PID    

5、   配電柜故障    

6、   電網故障    

7、   變壓器故障    

1、光伏連接器歷史    

對于光伏連接器來說,1996年和2002年是兩個十分重要的年份。1996年前,沒有專門的光伏連接器,光伏電纜采用通用的螺絲端子或者接合連接件(splice connection)進行連接,外面接絕緣膠布,這種方法費時費力,而且不可靠,隨著光伏系統安裝量的增加,大家希望有一個快速、安全和易操作的連接方案。    

1996年,基于這些應用環境及市場需求,一種新型的插入式連接器(plug-in connector)應運而生,這就是真正意義上的光伏連接器—MC3。它的發明者是瑞士公司Multi-Contact(2002年,并入史陶比爾集團),MC即品牌縮寫,3則是金屬芯直徑的尺寸。MC3的主體采用TPE材料(熱塑性彈性體),并通過摩擦力配合以實現物理連接。MC3更為重要的是,其連接系統采用MULTILAM技術,以保障連接的持久穩定性。    

2002年,MC4的誕生再次重新定義光伏連接器,它真正實現了“即插即用”(plug and play)。絕緣材料使用硬質塑料(PC/PA),而且在設計上更易于組裝和現場安裝。MC4面市后,迅速得到市場認可,逐漸成為光伏連接器的標準。    

MC4連接器分為線端和板端,通常意義上,大家所說的MC4指的是線端。MC4,由金屬件和絕緣件兩大部分組成。MC是Multi-Contact的縮寫,4則為金屬芯直徑的尺寸。    

不同廠家連接器在規格、尺寸和公差等方面并不一致,所以根本無法百分百匹配。倘若強行互插,會導致溫度升高、接觸電阻變化和IP等級無法保證的問題,進而嚴重影響電阻的發電效率和安全。    

由于Multi-Contact是世界上第1個做專業光伏連接器的,很多標準都是它定的,影響巨大,很多人誤以為光伏連接器外文名字就是MC4,其實并不是,另一個做光伏連接器Amphenol/安費諾,出貨量和它差不多,型號為HeliosH4。    

2、光伏連接器的核心技術    

光伏系統長期暴露在風雨、烈日和極端的溫度變化中,連接器必須能夠適應這些惡劣環境。它們不僅要可以防水、耐高溫和對紫外線具有耐候性,而且要做到觸摸保護、高載流能力及高效。同時,低接觸電阻也是重要考量指標。所有這一切,還都必須貫穿于整個光伏系統生命周期,至少25年。    

(1)外殼絕緣材料    

光伏連接器的應用環境一般非常惡劣,從海邊鹽堿地到高原荒漠等各種地形,從炎熱的赤道到寒冷的高緯度地區,還有太陽輻射、雨雪以及風沙等常年侵蝕,外殼絕緣材料的耐候性能、耐熱性能、阻燃性能、機械性能、絕緣性能等各方面性能都非常好,才能使用25年,保證里面的銅芯和外面絕緣。    

(2)密封    

光伏連接器里面是插件銅芯和電纜的銅芯,本身沒有防腐功能,需要連接器讓銅芯和外界保持隔離,板載的連接器還和逆變器(或者控制器)在一起,所以還要保證逆變器的密封功能,因此連接器的密封功能也要非常可靠。另外在安裝時,密封螺絲要擰緊。    

(3)接觸電阻    

光伏連接器zui新國際標準IEC 62852,公母對插后的接觸電阻在測試后,增量不能大于5 mΩ或者電阻終值小于初始值的150%。采用優質的光伏連接器,在連接器上消耗的功率不到系統總功率的萬分之一,劣質的連接器所消耗的功率則是優質連接器的30多倍。連接器失效進而引發火災的根本原因:在通流情況下,連接器的接觸電阻增大導致溫升增加,并超出塑料外殼及金屬件所能承受的溫度范圍。接觸電阻主要和銅芯的材料,尺寸有關系,不同品牌的連接器,規格不一樣,建議不要混用。在在安裝時,公母連接器要插到位,正規品牌的連接器,對插到位時會有聲音。    

3、光伏連接器的壓接方法    

金屬芯的類型及特點:金屬芯是連接器組成的主體,也是zui主要的電流通過的路徑。目前市場上光伏連接器有兩種,一是 “U”型金屬芯,它是由銅片沖壓成型的,也稱為沖壓型金屬芯,適合自動化線束生產。另部分光伏連接器采用“O”型金屬芯,它是由細銅棒兩端鉆孔成型,也稱為機加工型金屬芯。“O”型金屬芯連接可靠,對壓接工具要求低。適用于用手動壓接工具生產。    

還有一種極為少見的金屬芯是免壓接的,它靠彈**和電纜連接。由于不需要壓接工具,所以安裝相對簡單方便。但是,彈**連接會導致接觸電阻較大,且不能保證長期可靠性。一些認證機構也不認可此種金屬芯。    

(1)壓接基礎知識    

壓接是一種zui基本和常見的連接技術。壓接的可靠性很大程度上取決于工具和操作,兩者共同決定了zui后的壓接效果是否滿足標準的要求。以“U”型金屬芯為例,其基本上是銅鍍錫的材質,需要通過壓接和光伏電纜連接,其壓接過程如下所示:    

不難看出,“U”型金屬芯壓接是一個隨著壓接高度逐漸減少(同時壓接力逐漸增加),銅片包裹電纜銅絲逐漸壓縮的過程。在這個過程中,對壓接高度的管控直接決定了壓接品質的好壞。    

(2)壓接質量評判    

行業內通常采用的評判方式如下:    

A、壓接高度/寬度,在定義的范圍內,用游標卡尺可測量;    

B、拉脫力,即把銅絲從壓接處拉出來或拉斷所需要的力,比如4mm2電纜,IEC60352-2要求至少達到310N;    

C、電阻,以4mm2電纜為例,IEC60352-2要求壓接處電阻小于5mΩ;    

D、橫截面分析,無損切斷壓接區,分析寬度、高度、壓縮率、對稱性、有無開裂和毛邊等;    

(3)壓接工具    

絕大多數的光伏連接器是在工廠內通過自動化設備完成安裝的,壓接質量較高。但是,對于不得不在工程現場安裝的連接器,壓接只能通過壓接鉗完成。壓接必須使用原廠專業壓接鉗,普通的老虎鉗或者尖嘴鉗不能用于壓接,一方面壓接質量低下,另外這也是不被連接器廠商和認證機構認可的方式。    

光伏分支電纜:    

當組件功率小,數量比較多時,需要2塊或者多塊組件匯在一起,常見的匯流套件有二匯一,三匯一,四匯一,五匯一等。按照方式可以做成注塑一體式或者線束式。    


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