影響電站安全的“元兇”—— 接線盒
作為光伏組件的配套產(chǎn)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最終能否正常工作的重要部件。如果接線盒選取不當，可使電池板燒毀從而影響整個光伏系統(tǒng)性能。
圖1 接線盒燒毀引發(fā)背板燒焦從而導(dǎo)致組件破碎
目前，市場上接線盒的品牌較多，產(chǎn)品質(zhì)量也是參差不齊，接線盒在系統(tǒng)應(yīng)用中出現(xiàn)的問題也是越來越多。今天就從接線盒的組成、作用、測試標準、選型、接線盒的質(zhì)量改進建議及發(fā)展方向五個方面帶大家全面了解一下接線盒。
1 接線盒的組成及材料
接線盒樣式多種多樣，但基本結(jié)構(gòu)都是不變的，包括盒體、盒蓋、連接器、接線端子、二極管等，一些接線盒廠家設(shè)計了散熱片加強盒內(nèi)溫度的散發(fā)，也有一些接線盒廠家做了其他方面細節(jié)的設(shè)計，但是總的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。
卡接式接線盒具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
簡單的接線盒所需要的材料最少十多種，原材料的性能及使用壽命關(guān)乎著接線盒本身的質(zhì)量，所以接線盒的材料一直受到廠商及光伏運維者的高度關(guān)注，表1例舉了接線盒原材料的材質(zhì)：
表1 接線盒原材料材質(zhì)
2 接線盒的作用
光伏接線盒主要具有兩種功能：基本功能為連接光伏組件和負載，將組件產(chǎn)生的電流引出并產(chǎn)生功率。附加功能為保護組件引出線，防止熱斑效應(yīng)。
2.1連接
接線盒作為連接器件，起到連接太陽能組件與逆變器等控制裝置的橋梁作用。接線盒內(nèi)部通過接線端子和連接器將太陽能組件產(chǎn)生的電流引出并導(dǎo)入到用電設(shè)備中。為了盡量減小接線盒對組件功率的損耗，接線盒所用的導(dǎo)電材料要求電阻小，比匯流帶引出線的接觸電阻要小。
2.2保護
接線盒的保護作用包括三部分，一是通過旁路二極管防止熱斑效應(yīng)，保護電池片及組件；二是通過特殊材料密封設(shè)計防水防火；三是通過特殊的散熱設(shè)計降低接線盒的工作溫度，減小旁路二極管的溫度，進而降低其漏電流對組件功率的損耗。
3 接線盒的測試標準
接線盒在使用之前要進行測試，主要檢查外觀、密封性、防火等級、二極管等方面。
測試的明細如下表：
4 接線盒的選型注意事項
4.1耐候性
耐候性是指：材料經(jīng)受室外氣候的耐受能力。（室外氣候如光照、冷熱、風(fēng)雨、細菌等。）
接線盒暴露在環(huán)境中的部分為盒體、盒蓋及連接器（PC），它們都是由耐候性強的材料制作，目前最常用的材料為PPO（聚苯醚），它的負荷變形溫度可達190℃以上，脆化溫度為-170℃，是世界五大通用工程塑料之一，具有剛性大、耐熱性高、阻燃性高、強度較高、電性能優(yōu)良等優(yōu)點。另外，聚本醚還具有耐磨、無毒、耐污染等優(yōu)點。PPO的介電常數(shù)和介電損耗在工程塑料中是最小的品種之一，幾乎不受溫度、濕度的影響，可用于低、中、高頻電場領(lǐng)域。
4.1.1耐高溫高濕
組件的工作環(huán)境非常惡劣，有的工作在熱帶地區(qū)，日平均溫度非常高；有的工作溫度非常低，如高海拔地區(qū)、高緯度地區(qū)；有的晝夜溫差非常大，如沙漠地區(qū)。因此要求接線盒要有優(yōu)良的耐高溫，耐低溫性能。
耐候性測試如下表所示：
表3 耐候性測試條件
4.1.2耐紫外線
紫外線對塑料產(chǎn)品都有一定的破壞，尤其是高原地帶空氣稀薄，紫外線輻照度很高。
4.2阻燃性
阻燃性是指物質(zhì)具有的或材料經(jīng)處理后具有的明顯推遲火焰蔓延的性質(zhì)。
阻燃等級由HB，V-2，V-1向V-0逐級遞增：
HB：UL94和CSA C22.2 No 0.17標準中最低的阻燃等級。要求對于3到13毫米厚的樣品，燃燒速度小于40毫米每分鐘；小于3毫米厚的樣品，燃燒速度小于70毫米每分鐘；或者在100毫米的標志前熄滅。
V-2：對樣品進行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在60秒內(nèi)熄滅。可以有燃燒物掉下。
V-1：對樣品進行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在60秒內(nèi)熄滅。不能有燃燒物掉下。
V-0：對樣品進行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在30秒內(nèi)熄滅。不能有燃燒物掉下。
4.3防水防塵
標準：GB 4208 2008《外殼防護等級(IP代碼)》中規(guī)定的防塵防水等級IP等級，表示為：
第一個X表示防塵等級；第二個X表示防水等級。
一般接線盒的防水防塵等級為IP65。
4.4散熱性
使接線盒內(nèi)溫度升高的因素主要為二極管和環(huán)境溫度。二極管在導(dǎo)通時會產(chǎn)生熱量，同時，由于二極管和接線端子存在接觸電阻，也會產(chǎn)生熱量。另外，環(huán)境溫度升高也會使接線盒內(nèi)部溫度升高。
接線盒內(nèi)容易受高溫影響的部件為密封圈，二極管。高溫會加速密封圈的老化速度，影響接線盒的密封性；二極管內(nèi)部存在反向電流，溫度每升高10℃，反向電流就會增大一倍，反向電流會減小組件產(chǎn)生的電流，影響組件的功率。所以，接線盒必須具備優(yōu)良的散熱性，或作特殊的散熱設(shè)計。
常見的散熱設(shè)計為安裝散熱片。但是安裝散熱片并沒有徹底解決散熱問題。因為如果在接線盒內(nèi)部安裝散熱片，雖然暫時降低了二極管的管溫，但是仍然會使接線盒溫度升高，影響橡膠密封圈的使用壽命；如果安裝在盒外面，一方面會影響接線盒整體的密封性，也會容易使散熱片被腐蝕。
5 接線盒的質(zhì)量改進建議及發(fā)展方向
5.1接線盒質(zhì)量改進要點
作為光伏組件的配套產(chǎn)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最終能否正常工作的重要部件。因此，接線盒質(zhì)量應(yīng)從以下幾個方面來改進：
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將盒體、盒蓋分體，由密封圈密封的設(shè)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(jié)構(gòu)密封性和密封強度。
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根據(jù)目前組件認證、制造、使用的需要，建議接線盒內(nèi)預(yù)留擴展連接座；裝配不同規(guī)格的二極管可以隨時改變接線盒的最大工作電流；根據(jù)組件生產(chǎn)工藝在接線盒裝配中保留密封膠和灌封膠兩種安裝方式。
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考慮在接線盒盒蓋設(shè)置導(dǎo)氣閥以導(dǎo)出盒體內(nèi)部熱量，或在接線盒內(nèi)部采用薄片狀金屬端子，增加散熱片，以達到降溫的作用。
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通過系列測試，研究不同類型硅膠和不同材質(zhì)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。
5.2接線盒的發(fā)展方向
接線盒對太陽能電池組件起著非常重要的作用，隨著整個光伏市場的應(yīng)用，各大接線盒廠商都在朝著提供更高質(zhì)量接線盒的方向努力，比如設(shè)計出高額定電流、高防水性、優(yōu)良的散熱性、低電阻等的接線盒。
同時，隨著光伏智能化監(jiān)控的不斷發(fā)展，智能接線盒也是未來接線盒發(fā)展的大趨勢。這種智能接線盒可以隨時監(jiān)控到每一塊組件的運行狀態(tài)，具備組件最大輸出點跟蹤功能，可以最大化發(fā)電量，同時滿足組件級監(jiān)控的要求。