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光伏连接器的历史与作用
编辑:东莞美桦电子   发布时间:2019-02-13

光伏连接器的历史与作用    

光伏电站中,要把大量的组件的电量汇集在一起,进入逆变器,必须依赖电缆和连接器,光伏连接器是光伏发电系统内组件、汇流箱、控制器和逆变器等各个部件之间相互连接的关键零件。    

截至2018年9月底,我国光伏累计装机容量约133GW,位居全球第1。以1MW用量4000套来计算,目前国内光伏电站约有5。3亿套连接器。若以风险的角度看待,意味着有至少5。3亿个风险点,需要电站业主去关注,尽管如此,在电站设计、建设及运维的阶段,光伏连接器还是经常被忽视,究其原因,是大家对连接器的重视程度还不够。    

光伏电站技术失效风险所引起的发电量收益损失    

1、   电缆使用不当,安装不规范,破损,选型错误    

2、   连接器损坏和烧毁    

3、   逆变器故障,风扇故障    

4、   组件脏污,阴影,安装不规范,损坏,组件玻璃破损,组件PID    

5、   配电柜故障    

6、   电网故障    

7、   变压器故障    

1、光伏连接器历史    

对于光伏连接器来说,1996年和2002年是两个十分重要的年份。1996年前,没有专门的光伏连接器,光伏电缆采用通用的螺丝端子或者接合连接件(splice connection)进行连接,外面接绝缘胶布,这种方法费时费力,而且不可靠,随着光伏系统安装量的增加,大家希望有一个快速、安全和易操作的连接方案。    

1996年,基于这些应用环境及市场需求,一种新型的插入式连接器(plug-in connector)应运而生,这就是真正意义上的光伏连接器—MC3。它的发明者是瑞士公司Multi-Contact(2002年,并入史陶比尔集团),MC即品牌缩写,3则是金属芯直径的尺寸。MC3的主体采用TPE材料(热塑性弹性体),并通过摩擦力配合以实现物理连接。MC3更为重要的是,其连接系统采用MULTILAM技术,以保障连接的持久稳定性。    

2002年,MC4的诞生再次重新定义光伏连接器,它真正实现了“即插即用”(plug and play)。绝缘材料使用硬质塑料(PC/PA),而且在设计上更易于组装和现场安装。MC4面市后,迅速得到市场认可,逐渐成为光伏连接器的标准。    

MC4连接器分为线端和板端,通常意义上,大家所说的MC4指的是线端。MC4,由金属件和绝缘件两大部分组成。MC是Multi-Contact的缩写,4则为金属芯直径的尺寸。    

不同厂家连接器在规格、尺寸和公差等方面并不一致,所以根本无法百分百匹配。倘若强行互插,会导致温度升高、接触电阻变化和IP等级无法保证的问题,进而严重影响电阻的发电效率和安全。    

由于Multi-Contact是世界上第1个做专业光伏连接器的,很多标准都是它定的,影响巨大,很多人误以为光伏连接器外文名字就是MC4,其实并不是,另一个做光伏连接器Amphenol/安费诺,出货量和它差不多,型号为HeliosH4。    

2、光伏连接器的核心技术    

光伏系统长期暴露在风雨、烈日和极端的温度变化中,连接器必须能够适应这些恶劣环境。它们不仅要可以防水、耐高温和对紫外线具有耐候性,而且要做到触摸保护、高载流能力及高效。同时,低接触电阻也是重要考量指标。所有这一切,还都必须贯穿于整个光伏系统生命周期,至少25年。    

(1)外壳绝缘材料    

光伏连接器的应用环境一般非常恶劣,从海边盐碱地到高原荒漠等各种地形,从炎热的赤道到寒冷的高纬度地区,还有太阳辐射、雨雪以及风沙等常年侵蚀,外壳绝缘材料的耐候性能、耐热性能、阻燃性能、机械性能、绝缘性能等各方面性能都非常好,才能使用25年,保证里面的铜芯和外面绝缘。    

(2)密封    

光伏连接器里面是插件铜芯和电缆的铜芯,本身没有防腐功能,需要连接器让铜芯和外界保持隔离,板载的连接器还和逆变器(或者控制器)在一起,所以还要保证逆变器的密封功能,因此连接器的密封功能也要非常可靠。另外在安装时,密封螺丝要拧紧。    

(3)接触电阻    

光伏连接器zui新国际标准IEC 62852,公母对插后的接触电阻在测试后,增量不能大于5 mΩ或者电阻终值小于初始值的150%。采用优质的光伏连接器,在连接器上消耗的功率不到系统总功率的万分之一,劣质的连接器所消耗的功率则是优质连接器的30多倍。连接器失效进而引发火灾的根本原因:在通流情况下,连接器的接触电阻增大导致温升增加,并超出塑料外壳及金属件所能承受的温度范围。接触电阻主要和铜芯的材料,尺寸有关系,不同品牌的连接器,规格不一样,建议不要混用。在在安装时,公母连接器要插到位,正规品牌的连接器,对插到位时会有声音。    

3、光伏连接器的压接方法    

金属芯的类型及特点:金属芯是连接器组成的主体,也是zui主要的电流通过的路径。目前市场上光伏连接器有两种,一是 “U”型金属芯,它是由铜片冲压成型的,也称为冲压型金属芯,适合自动化线束生产。另部分光伏连接器采用“O”型金属芯,它是由细铜棒两端钻孔成型,也称为机加工型金属芯。“O”型金属芯连接可靠,对压接工具要求低。适用于用手动压接工具生产。    

还有一种极为少见的金属芯是免压接的,它靠弹**和电缆连接。由于不需要压接工具,所以安装相对简单方便。但是,弹**连接会导致接触电阻较大,且不能保证长期可靠性。一些认证机构也不认可此种金属芯。    

(1)压接基础知识    

压接是一种zui基本和常见的连接技术。压接的可靠性很大程度上取决于工具和操作,两者共同决定了zui后的压接效果是否满足标准的要求。以“U”型金属芯为例,其基本上是铜镀锡的材质,需要通过压接和光伏电缆连接,其压接过程如下所示:    

不难看出,“U”型金属芯压接是一个随着压接高度逐渐减少(同时压接力逐渐增加),铜片包裹电缆铜丝逐渐压缩的过程。在这个过程中,对压接高度的管控直接决定了压接品质的好坏。    

(2)压接质量评判    

行业内通常采用的评判方式如下:    

A、压接高度/宽度,在定义的范围内,用游标卡尺可测量;    

B、拉脱力,即把铜丝从压接处拉出来或拉断所需要的力,比如4mm2电缆,IEC60352-2要求至少达到310N;    

C、电阻,以4mm2电缆为例,IEC60352-2要求压接处电阻小于5mΩ;    

D、横截面分析,无损切断压接区,分析宽度、高度、压缩率、对称性、有无开裂和毛边等;    

(3)压接工具    

绝大多数的光伏连接器是在工厂内通过自动化设备完成安装的,压接质量较高。但是,对于不得不在工程现场安装的连接器,压接只能通过压接钳完成。压接必须使用原厂专业压接钳,普通的老虎钳或者尖嘴钳不能用于压接,一方面压接质量低下,另外这也是不被连接器厂商和认证机构认可的方式。    

光伏分支电缆:    

当组件功率小,数量比较多时,需要2块或者多块组件汇在一起,常见的汇流套件有二汇一,三汇一,四汇一,五汇一等。按照方式可以做成注塑一体式或者线束式。    


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