太陽(yáng)能組件之一光伏接線盒的性能及檢測(cè)
隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，各種原材料的供應(yīng)日趨緊張，在該條件下較多的投資人加入到光伏配套行業(yè)，使材料供應(yīng)商數(shù)目、產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)增多，豐富了光伏組件企業(yè)的選擇，但是由此引起的過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)和并發(fā)的質(zhì)量問(wèn)題也需要引起注意。其中，光伏接線盒作為組件八大主要材料之一，是集電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和材料應(yīng)用于一體的綜合性產(chǎn)品，主要作用是連接和保護(hù)太陽(yáng)能光伏組件，傳導(dǎo)光伏組件所產(chǎn)生的電流，為用戶提供太陽(yáng)能光伏組件的組合連接方案。
光伏接線盒價(jià)格相對(duì)其組件成本而言比重較小，非但作用大打折扣，還可能引發(fā)組建故障，甚至燒毀整個(gè)光伏組件。因此，光伏系統(tǒng)中的所有纜線應(yīng)滿足抗紫外線、抗老化、抗高溫、防腐蝕和阻燃等性能要求，因?yàn)楣夥绷骶€路中的連接材料長(zhǎng)期暴露在而極端環(huán)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(guò)程中的短暫過(guò)流。
來(lái)自光伏系統(tǒng)安裝商的數(shù)據(jù)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(tǒng)發(fā)生大規(guī)模事故的主要原因。目前，中國(guó)組件制造商生產(chǎn)的組件很多都存在不少的質(zhì)量問(wèn)題和隱患，而其中很大一部分組件質(zhì)量問(wèn)題來(lái)自于接線盒自身的設(shè)計(jì)和品質(zhì)。
作為光伏組件制造商的配套企業(yè)，接線盒制造商不僅需要對(duì)組件制造商負(fù)責(zé)，更需要對(duì)終端客戶負(fù)責(zé)，特別是對(duì)使用過(guò)程中人身安全的保護(hù)。所以，優(yōu)化接線盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高質(zhì)量是所有接線盒制造企業(yè)的首要任務(wù)。
揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司（簡(jiǎn)稱“拓普電氣”）生產(chǎn)的智能型太陽(yáng)能光伏接線盒綜合測(cè)試儀可進(jìn)行接線盒電氣性能檢測(cè)，訖今共完成30家接線盒供應(yīng)商、50多款接線盒的檢測(cè)和質(zhì)量分析，獲得了大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)合光伏組件戶外使用的實(shí)際情況，拓普電氣總結(jié)出目前接線盒常見(jiàn)檢測(cè)項(xiàng)目主要有：IP65防沖水測(cè)試、結(jié)構(gòu)檢查、拉扭力試驗(yàn)、濕漏電試驗(yàn)、二極管溫升試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、750℃灼熱絲試驗(yàn)。
1、接線盒IP65防沖水測(cè)試
防水性能是接線盒性能的重要指標(biāo)。認(rèn)證測(cè)試中，先進(jìn)行老化預(yù)處理測(cè)試，然后進(jìn)行防沖水測(cè)試，再通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)檢查和工頻耐壓測(cè)試進(jìn)行評(píng)判。測(cè)試能否順利通過(guò)，取決于接線盒的密封保護(hù)程度，而接線盒的密封保護(hù)直接影響到成品組件的防觸電保護(hù)和漏電防護(hù)的等級(jí)。就目前常規(guī)構(gòu)造的接線盒而言，其設(shè)計(jì)和材料的缺陷已在認(rèn)證測(cè)試中顯露無(wú)疑。
接線盒防沖水測(cè)試失敗的主要現(xiàn)象大致分為以下幾種：
（1）接線盒密封盒體內(nèi)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(kāi)裂失效。
（4）接線盒在老化預(yù)處理測(cè)試中盒體變形。
（5）接線盒密封圈老化預(yù)處理測(cè)試后失效，或其他原因。
通過(guò)對(duì)以上測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的失敗現(xiàn)象進(jìn)行研究分析，得出以下幾點(diǎn)失敗原因：
（1）盒體的鎖扣設(shè)計(jì)
鎖扣設(shè)計(jì)成兩扣模式可能是導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的主要原因。兩扣模式使得盒蓋受力集中在二點(diǎn)，加上盒蓋面積較大，導(dǎo)致其余各點(diǎn)受力很不均勻。特別是在高溫時(shí)，其余各點(diǎn)受密封圈熱脹、材料受熱變軟的影響，導(dǎo)致接線盒齜口，影響盒體的密封性，從而在IP65防水測(cè)試中失敗。另外，接線盒經(jīng)過(guò)240小時(shí)老化試驗(yàn)后，密封圈雖未脫落，但盒體、盒蓋有變型，也會(huì)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(dāng)
由于密封圈材料的選擇不適合，在接線盒經(jīng)過(guò)240小時(shí)老化預(yù)處理測(cè)試后，其延伸率和收縮率降低，密封圈材質(zhì)硬度升高，降低了盒體與盒蓋的密封性能，導(dǎo)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(cè)試失敗。
（3）粘合失效
接線盒盒體塑料與太陽(yáng)能組件密封膠在老化預(yù)處理測(cè)試后，粘合性失效。
（4）密封螺母材質(zhì)選擇不當(dāng)
接線盒在老化預(yù)處理測(cè)試后，密封螺母發(fā)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(yàn)
濕熱試驗(yàn)對(duì)于接線盒來(lái)說(shuō)是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)酷的環(huán)境試驗(yàn)，接線盒濕熱試驗(yàn)失敗的主要現(xiàn)象有以下幾種：
（1）濕熱試驗(yàn)后接線盒盒體碎裂失效。
（2）濕熱試驗(yàn)后接線盒盒體和盒蓋密封變形。
（3）濕熱試驗(yàn)后接線盒與背板脫落。
（4）濕熱試驗(yàn)后電氣連接不可靠。
（5）濕熱試驗(yàn)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(xiàn)象。
濕熱試驗(yàn)失敗可能的原因大致有以下幾點(diǎn)：
（1）盒體PPO材料的選擇不當(dāng)或用料不純。
（2）密封螺母開(kāi)裂導(dǎo)致在濕熱之后電纜的抗拉扭性能削弱，或者直接開(kāi)裂。
（3）接線盒盒體與硅膠不匹配，長(zhǎng)時(shí)間高溫高濕后接線盒與硅膠脫落。
（4）其他原因。
3、接線盒盒體灼熱絲測(cè)試
接線盒盒體750℃灼熱絲測(cè)試，是接線盒生產(chǎn)商選用接線盒材質(zhì)的重要測(cè)試項(xiàng)目，也是接線盒認(rèn)證測(cè)試中較易失敗的項(xiàng)目之一。測(cè)試中，根據(jù)盒體材料從開(kāi)始燃燒到火焰熄滅的時(shí)間長(zhǎng)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(jìn)行750°C灼熱絲測(cè)試時(shí)，火焰熄滅時(shí)間Te為44.92s，不符合接線盒標(biāo)準(zhǔn)中灼熱絲測(cè)試的要求。測(cè)試失敗的主要原因是，接線盒材質(zhì)無(wú)法承受灼熱絲元件在短時(shí)間內(nèi)所造成的熱應(yīng)力，不符合灼熱絲測(cè)試的要求（沒(méi)有火焰或是火焰可以在30s內(nèi)自動(dòng)熄滅）。
4、接線盒常規(guī)測(cè)試其它失敗項(xiàng)
工頻耐壓測(cè)試失敗原因主要為爬電距離/電氣間隙不足、環(huán)境試驗(yàn)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(qiáng)度不足，其原因?yàn)榻饘偌~質(zhì)選型和表面處理不當(dāng)。
5、光伏組件接線盒質(zhì)量改進(jìn)建議
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。在此，拓普電氣提出接線盒質(zhì)量改進(jìn)的幾點(diǎn)建議：
（1）將盒體、盒蓋分體，由密封圈密封的設(shè)計(jì)，改進(jìn)為盒體、盒蓋壓接一體式密封處理，加強(qiáng)整個(gè)接線盒結(jié)構(gòu)密封性和密封強(qiáng)度。
（2）根據(jù)目前組件認(rèn)證、制造、使用的需要，建議接線盒內(nèi)預(yù)留擴(kuò)展連接座；裝配不同規(guī)格的二極管可以隨時(shí)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。
（3）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(dá)到降溫的作用。
（4）通過(guò)系列測(cè)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。
光伏接線盒價(jià)格相對(duì)其組件成本而言比重較小，非但作用大打折扣，還可能引發(fā)組建故障，甚至燒毀整個(gè)光伏組件。因此，光伏系統(tǒng)中的所有纜線應(yīng)滿足抗紫外線、抗老化、抗高溫、防腐蝕和阻燃等性能要求，因?yàn)楣夥绷骶€路中的連接材料長(zhǎng)期暴露在而極端環(huán)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(guò)程中的短暫過(guò)流。
來(lái)自光伏系統(tǒng)安裝商的數(shù)據(jù)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(tǒng)發(fā)生大規(guī)模事故的主要原因。目前，中國(guó)組件制造商生產(chǎn)的組件很多都存在不少的質(zhì)量問(wèn)題和隱患，而其中很大一部分組件質(zhì)量問(wèn)題來(lái)自于接線盒自身的設(shè)計(jì)和品質(zhì)。
作為光伏組件制造商的配套企業(yè)，接線盒制造商不僅需要對(duì)組件制造商負(fù)責(zé)，更需要對(duì)終端客戶負(fù)責(zé)，特別是對(duì)使用過(guò)程中人身安全的保護(hù)。所以，優(yōu)化接線盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高質(zhì)量是所有接線盒制造企業(yè)的首要任務(wù)。
揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司（簡(jiǎn)稱“拓普電氣”）生產(chǎn)的智能型太陽(yáng)能光伏接線盒綜合測(cè)試儀可進(jìn)行接線盒電氣性能檢測(cè)，訖今共完成30家接線盒供應(yīng)商、50多款接線盒的檢測(cè)和質(zhì)量分析，獲得了大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)合光伏組件戶外使用的實(shí)際情況，拓普電氣總結(jié)出目前接線盒常見(jiàn)檢測(cè)項(xiàng)目主要有：IP65防沖水測(cè)試、結(jié)構(gòu)檢查、拉扭力試驗(yàn)、濕漏電試驗(yàn)、二極管溫升試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、750℃灼熱絲試驗(yàn)。
1、接線盒IP65防沖水測(cè)試
防水性能是接線盒性能的重要指標(biāo)。認(rèn)證測(cè)試中，先進(jìn)行老化預(yù)處理測(cè)試，然后進(jìn)行防沖水測(cè)試，再通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)檢查和工頻耐壓測(cè)試進(jìn)行評(píng)判。測(cè)試能否順利通過(guò)，取決于接線盒的密封保護(hù)程度，而接線盒的密封保護(hù)直接影響到成品組件的防觸電保護(hù)和漏電防護(hù)的等級(jí)。就目前常規(guī)構(gòu)造的接線盒而言，其設(shè)計(jì)和材料的缺陷已在認(rèn)證測(cè)試中顯露無(wú)疑。
接線盒防沖水測(cè)試失敗的主要現(xiàn)象大致分為以下幾種：
（1）接線盒密封盒體內(nèi)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(kāi)裂失效。
（4）接線盒在老化預(yù)處理測(cè)試中盒體變形。
（5）接線盒密封圈老化預(yù)處理測(cè)試后失效，或其他原因。
通過(guò)對(duì)以上測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的失敗現(xiàn)象進(jìn)行研究分析，得出以下幾點(diǎn)失敗原因：
（1）盒體的鎖扣設(shè)計(jì)
鎖扣設(shè)計(jì)成兩扣模式可能是導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的主要原因。兩扣模式使得盒蓋受力集中在二點(diǎn)，加上盒蓋面積較大，導(dǎo)致其余各點(diǎn)受力很不均勻。特別是在高溫時(shí)，其余各點(diǎn)受密封圈熱脹、材料受熱變軟的影響，導(dǎo)致接線盒齜口，影響盒體的密封性，從而在IP65防水測(cè)試中失敗。另外，接線盒經(jīng)過(guò)240小時(shí)老化試驗(yàn)后，密封圈雖未脫落，但盒體、盒蓋有變型，也會(huì)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(dāng)
由于密封圈材料的選擇不適合，在接線盒經(jīng)過(guò)240小時(shí)老化預(yù)處理測(cè)試后，其延伸率和收縮率降低，密封圈材質(zhì)硬度升高，降低了盒體與盒蓋的密封性能，導(dǎo)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(cè)試失敗。
（3）粘合失效
接線盒盒體塑料與太陽(yáng)能組件密封膠在老化預(yù)處理測(cè)試后，粘合性失效。
（4）密封螺母材質(zhì)選擇不當(dāng)
接線盒在老化預(yù)處理測(cè)試后，密封螺母發(fā)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(yàn)
濕熱試驗(yàn)對(duì)于接線盒來(lái)說(shuō)是一個(gè)相當(dāng)嚴(yán)酷的環(huán)境試驗(yàn)，接線盒濕熱試驗(yàn)失敗的主要現(xiàn)象有以下幾種：
（1）濕熱試驗(yàn)后接線盒盒體碎裂失效。
（2）濕熱試驗(yàn)后接線盒盒體和盒蓋密封變形。
（3）濕熱試驗(yàn)后接線盒與背板脫落。
（4）濕熱試驗(yàn)后電氣連接不可靠。
（5）濕熱試驗(yàn)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(xiàn)象。
濕熱試驗(yàn)失敗可能的原因大致有以下幾點(diǎn)：
（1）盒體PPO材料的選擇不當(dāng)或用料不純。
（2）密封螺母開(kāi)裂導(dǎo)致在濕熱之后電纜的抗拉扭性能削弱，或者直接開(kāi)裂。
（3）接線盒盒體與硅膠不匹配，長(zhǎng)時(shí)間高溫高濕后接線盒與硅膠脫落。
（4）其他原因。
3、接線盒盒體灼熱絲測(cè)試
接線盒盒體750℃灼熱絲測(cè)試，是接線盒生產(chǎn)商選用接線盒材質(zhì)的重要測(cè)試項(xiàng)目，也是接線盒認(rèn)證測(cè)試中較易失敗的項(xiàng)目之一。測(cè)試中，根據(jù)盒體材料從開(kāi)始燃燒到火焰熄滅的時(shí)間長(zhǎng)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(jìn)行750°C灼熱絲測(cè)試時(shí)，火焰熄滅時(shí)間Te為44.92s，不符合接線盒標(biāo)準(zhǔn)中灼熱絲測(cè)試的要求。測(cè)試失敗的主要原因是，接線盒材質(zhì)無(wú)法承受灼熱絲元件在短時(shí)間內(nèi)所造成的熱應(yīng)力，不符合灼熱絲測(cè)試的要求（沒(méi)有火焰或是火焰可以在30s內(nèi)自動(dòng)熄滅）。
4、接線盒常規(guī)測(cè)試其它失敗項(xiàng)
工頻耐壓測(cè)試失敗原因主要為爬電距離/電氣間隙不足、環(huán)境試驗(yàn)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(qiáng)度不足，其原因?yàn)榻饘偌~質(zhì)選型和表面處理不當(dāng)。
5、光伏組件接線盒質(zhì)量改進(jìn)建議
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。在此，拓普電氣提出接線盒質(zhì)量改進(jìn)的幾點(diǎn)建議：
（1）將盒體、盒蓋分體，由密封圈密封的設(shè)計(jì)，改進(jìn)為盒體、盒蓋壓接一體式密封處理，加強(qiáng)整個(gè)接線盒結(jié)構(gòu)密封性和密封強(qiáng)度。
（2）根據(jù)目前組件認(rèn)證、制造、使用的需要，建議接線盒內(nèi)預(yù)留擴(kuò)展連接座；裝配不同規(guī)格的二極管可以隨時(shí)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。
（3）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(dá)到降溫的作用。
（4）通過(guò)系列測(cè)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。
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