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      光伏組件接線盒的性能及測試

      時間:2012-04-02 點擊次數:3152

       

      隨著光伏產業的迅猛發展,各種原材料的供應日趨緊張,在該條件下較多的投資人加入到光伏配套行業,使材料供應商數目、產品規格型號增多,豐富了光伏組件企業的選擇,但是由此引起的過度競爭和并發的質量問題也需要引起注意。其中,光伏接線盒(PV junction box)作為組件八大主要材料之一,是集電氣設計、機械設計和材料應用于一體的綜合性產品,主要作用是連接和保護太陽能光伏組件,傳導光伏組件所產生的電流,為用戶提供太陽能光伏組件的組合連接方案。
      光伏接線盒價格相對其組件成本而言比重較小,非但作用大打折扣,還可能引發組建故障,甚至燒毀整個光伏組件。因此,光伏系統中的所有纜線應滿足抗紫外線、抗老化、抗高溫、防腐蝕和阻燃等性能要求,因為光伏直流線路中的連接材料長期暴露在而極端環境下,需要承受紫外線照射、極端溫度(高溫、寒冷),需要承受雷擊過程中的短暫過流。
      來自光伏系統安裝商的數據顯示,光伏電站中的連接器(接線盒和接插件)是目前光伏系統發生大規模事故的主要原因。目前,中國組件制造商生產的組件很多都存在不少的質量問題和隱患,而其中很大一部分組件質量問題來自于接線盒自身的設計和品質。
      作為光伏組件制造商的配套企業,接線盒制造商不僅需要對組件制造商負責,更需要對終端客戶負責,特別是對使用過程中人身安全的保護。所以,優化接線盒結構設計、提高質量是所有接線盒制造企業的首要任務。
      常州天華新能源科技有限公司(簡稱天華新能源)下屬常州華陽光伏檢測技術有限公司(簡稱華陽檢測),于200912月獲得了CNAS實驗室認可,認可范圍包括光伏組件、光伏材料共119項檢測能力。公司自2008年開始進行接線盒檢測(依據標準:VDE0126-5:2008),訖今共完成30家接線盒供應商、50多款接線盒的檢測和質量分析,獲得了大量的檢測數據。結合光伏組件戶外使用的實際情況,我們總結出目前接線盒常見失敗項目主要有:IP65防沖水測試、結構檢查、拉扭力試驗、濕漏電試驗、二極管溫升試驗、環境試驗、750灼熱絲試驗。
      1
      、接線盒IP65防沖水測試
      防水性能是接線盒性能的重要指標。認證測試中,先進行老化預處理測試,然后進行防沖水測試,再通過外觀結構檢查和工頻耐壓測試進行評判。測試能否順利通過,取決于接線盒的密封保護程度,而接線盒的密封保護直接影響到成品組件的防觸電保護和漏電防護的等級。就目前常規構造的接線盒而言,其設計和材料的缺陷已在認證測試中顯露無疑。
      接線盒防沖水測試失敗的主要現象大致分為以下幾種:
      1)接線盒密封盒體內大量積水。
      2)接線盒盒體與背板材料不匹配。
      3)接線盒的密封螺母開裂失效。
      4)接線盒在老化預處理測試中盒體變形。
      5)接線盒密封圈老化預處理測試后失效,或其他原因。
      通過對以上測試過程中出現的失敗現象進行研究分析,得出以下幾點失敗原因:
      1)盒體的鎖扣設計
      鎖扣設計成兩扣模式可能是導致試驗失敗的主要原因。兩扣模式使得盒蓋受力集中在二點,加上盒蓋面積較大,導致其余各點受力很不均勻。特別是在高溫時,其余各點受密封圈熱脹、材料受熱變軟的影響,導致接線盒齜口,影響盒體的密封性,從而在IP65防水測試中失敗。另外,接線盒經過240小時老化試驗后,密封圈雖未脫落,但盒體、盒蓋有變型,也會影響到盒體的密封性。
      2)接線盒密封圈的橡膠材料選擇不當
      由于密封圈材料的選擇不適合,在接線盒經過240小時老化預處理測試后,其延伸率和收縮率降低,密封圈材質硬度升高,降低了盒體與盒蓋的密封性能,導致密封圈不能完全密封盒體和盒蓋的槽口,致使水流滲入,防沖水測試失敗。
      3)粘合失效
      接線盒盒體塑料與太陽能組件密封膠在老化預處理測試后,粘合性失效。
      4)密封螺母材質選擇不當
      接線盒在老化預處理測試后,密封螺母發生斷裂,也是造成接線盒防沖水失敗的原因。
      2
      、接線盒濕熱試驗
      濕熱試驗對于接線盒來說是一個相當嚴酷的環境試驗,接線盒濕熱試驗失敗的主要現象有以下幾種:
      1)濕熱試驗后接線盒盒體碎裂失效。
      2)濕熱試驗后接線盒盒體和盒蓋密封變形。
      3)濕熱試驗后接線盒與背板脫落。
      4)濕熱試驗后電氣連接不可靠。
      5)濕熱試驗后接線盒電纜的抗拉扭性能減小,爬電距離、電氣間隙減小。
      6)其他現象。
      濕熱試驗失敗可能的原因大致有以下幾點:
      1)盒體PPO材料的選擇不當或用料不純。
      2)密封螺母開裂導致在濕熱之后電纜的抗拉扭性能削弱,或者直接開裂。
      3)接線盒盒體與硅膠不匹配,長時間高溫高濕后接線盒與硅膠脫落。
      4)其他原因。
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      、接線盒盒體灼熱絲測試
      接線盒盒體750灼熱絲測試,是接線盒生產商選用接線盒材質的重要測試項目,也是接線盒認證測試中較易失敗的項目之一。測試中,根據盒體材料從開始燃燒到火焰熄滅的時間長短,判定該接線盒是否能適合今后在戶外使用。
      接線盒支撐帶電體部分在進行750°C灼熱絲測試時,火焰熄滅時間Te44.92s,不符合接線盒標準中灼熱絲測試的要求。測試失敗的主要原因是,接線盒材質無法承受灼熱絲元件在短時間內所造成的熱應力,不符合灼熱絲測試的要求(沒有火焰或是火焰可以在30s內自動熄滅)。
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      、接線盒常規測試其他失敗項
      工頻耐壓測試失敗見圖9所示。其失敗原因主要為爬電距離/電氣間隙不足、環境試驗之后絕緣性能受到損害由于材料方面的原因。接線盒帶電部件抗腐蝕強度不足,其原因為金屬件銅質選型和表面處理不當。
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      、光伏組件接線盒質量改進建議
      作為光伏組件的配套產品,接線盒所占成本不及電池成本十分之一,但卻是決定光伏組件zui終能否正常工作的重要部件。在此,筆者提出接線盒質量改進的幾點建議:
      1)將盒體、盒蓋分體,由密封圈密封的設計,改進為盒體、盒蓋壓接一體式密封處理,加強整個接線盒結構密封性和密封強度。
      2)根據目前組件認證、制造、使用的需要,建議接線盒內預留擴展連接座;裝配不同規格的二極管可以隨時改變接線盒的zui大工作電流;根據組件生產工藝在接線盒裝配中保留密封膠和灌封膠兩種安裝方式。
      3)考慮在接線盒盒蓋設置導氣閥以導出盒體內部熱量,或在接線盒內部采用薄片狀金屬端子,增加散熱片,以達到降溫的作用。
      4)通過系列測試,研究不同類型硅膠和不同材質背板材料的相互匹配性,為光伏組件制造商提供接線盒安裝、使用、匹配的整套解決方案。

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