技術沙龍 | 能量的傳輸者:光伏連接器


在光伏系統中,組件、匯流箱和逆變器等設備均會用到光伏連接器。儘管連接器體積很小,但用量非常巨大,1MW系統大約使用3500套。它們是保證系統所發電量安全和可靠傳輸的關鍵。連接器本身並不生產能量,它們是能量的傳輸者和電力的搬運工。

能量在傳輸時,必然會有損耗。對於連接器廠商來說,最大的考驗就是如何以最小的能量損耗實現安全和穩定地傳輸。光伏連接器作為關鍵零部件,其低的接觸電阻和長期可靠性,能夠保障電站高效和安全運行。相反,持續升高的接觸電阻會大幅提升項目的安全風險,降低運行效率,進而導致電站盈利能力下降和業主回報減少。

千丈之堤,以螻蟻之穴潰;百尺之室,以突隙之煙焚。對細節的忽視,往往會帶來巨大的風險。歐盟Horizon 2020“Solar Bankability”項目組根據746座電站的實際運維數據,給出了電站Top20技術失效列表,若只考慮失效風險所造成的發電量收益損失,“連接器損壞和燒毀”排在第2位。另據史陶比爾技術人員的研究,連接器失效並引發火災的根本原因是通流情況下,接觸電阻增大導致溫度增加,並最終超出了塑料外殼及金屬件所能承受的溫度範圍。整體來說,引起連接器失效主要有三大原因:低質量、連接器互插及不規範安裝。

從外觀和質感的層面,能夠大致了解連接器的外形設計和絕緣材料的質量。不過,評價光伏連接器的核心指標是公母連接器對插之後的接觸電阻,而這一點並不能即時感知。 TC400和DH1000實驗提供具象的數值可供參考,如下圖所示。高品質連接器的接觸電阻不僅數值低,而且非常穩定,這主要得益於其所使用的電連接技術。史陶比爾MC4系列連接器,採用獨有的MULTILAM核心專利技術,能夠顯著改善電連接和能量傳輸質量。

在電站中,連接器互插的現象仍然比較常見。之所以存在互插現象,一是因為客戶不了解互插的風險,另一個原因是部分廠商宣稱諸如“MC4兼容”或“MC4互配”。這裡需要澄清的一點是,大家都將連接器稱為“MC4”,但是MC4其實是史陶比爾公司於2002年推出的一款連接器產品,因其得到市場的廣泛認可且應用量大,已成為行業標准或規範。如此,市場才會出現所謂的兼容或互配概念。但是,UL和IEC都明確規定,不同廠商的光伏連接器不允許互插。不建議互插的原因包括:技術和產品材料差異、生產過程和質量標準差異、公差不一致和原材料問題等等。另外,還需要指出的是,連接器互插會導致IEC 62852產品認證失效,產生技術和法律風險。

不規範安裝是影響光伏電站整體功能和可盈利能力的另一風險點,通常是指不規範壓接。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,對於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於壓接,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。

對於如何評價壓接質量,行業內通常採用如下一些指標:外觀上,無斷絲、無漏絲、無毛邊,左右勻稱,銅絲前後位置正確;壓接高度和寬度,在定義的範圍內,用游標卡尺可測量;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,IEC 60352-2要求至少達到310N;電阻,以4mm2電纜為例,IEC 60352-2要求壓接處電阻小於135微歐;橫截面分析,無無損切斷壓接區,分析寬度、高度、壓縮率、對稱性、有無開裂和毛邊等。

不規範安裝和壓接不良可能導致:不符合規範標準、不穩定的接觸電阻以及密封性失效。因此,史陶比爾建議使用專業的壓接工具,並依據廠商的安裝說明,以確保安全和規範的安裝。

總之,電站的盈利能力與選擇高質量部件息息相關,如何正確使用它們同樣至關重要。連接器不應被簡單地當成“損耗品”或者“耗材”,它是電站的關鍵零部件,是能量的傳輸者,是確保系統所發電量從組件穩定傳輸到逆變器和用戶端的重要載體。

史陶比爾集團是工業連接器、工業機器人和紡織機械這三大領域機電一體化解決方案的全球專業供應商。史陶比爾擁有5500餘名員工,在全球各大洲共計有14個工業生產基地,在29個國家/地區設立了銷售和服務分公司,代理商遍及50個國家/地區。 1892年,史陶比爾在蘇黎世湖畔成立,如今成為總部位於瑞士法菲孔的跨國集團。