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無法忽視的光伏組件連接器
來源:全球電池網 日期:2014-6-25 作者:全球電池網 點擊:

光伏組件,它的設計使用壽命都在25年以上,相應的對它所配套的電器元件工作壽命也提出了相應要求,每個電器元件都有他的機械壽命,電器壽命涉及到電站的最終利益,因此元器件的壽命及質量需要受到眾人關注。

許多光伏電站在高原地區使用,也有一部分以分布式發電的形式出現,分布比較分散,這樣的情況維護起來相對困難,為了減少維護成本,有效的途徑是提升系統的可靠性,而系統的可靠取決于系統所采用的元器件可靠。

這里我們關注的元器件不是平時大家注意到的主體部分,而是比較小的部分比如連接器、低壓電器、電纜等,往往越細節的地方越容易產生問題,今天我們就以連接器展開分析。

無處不在的連接器

光伏電站日常維護中,主要設備如組件、直流配電柜、逆變器是主要關注對象,這部分是我們必須保持正常穩定的,因為他們故障發生的概率比較高,而且故障發生后影響很大。

但是在一些環節中,有些故障人們根本不知道或者因為忽視而沒有察覺,實際上他已經在不知不覺中損失了發電量,換句話說,這也是我們可以提高發電量的地方。到底哪些設備影響發電量?

在電站中有很多地方需要接口,組件、接線盒、逆變器、匯流箱等都需要一個設備--連接器。每個接線盒用一對連接器,每個匯流箱用到的數量和設計有關,一般8對到16對,而逆變器用到2對到4對或者更多,同時,在最后搭建電站的過程中也要用一定數量的連接器。

隱性故障頻發點

連接器很小、很多環節需要用到、成本占比小,而且生產連接器的公司很多,為此,很少有人關注連接器這個產品到底有什么用處,用好了會如何,用不好又有什么后果。然而隨著PV-Tech記者深入走訪了解,發現正是因為這些原因,導致這個環節的產品、競爭都很亂。

首先,我們從終端應用著手調查,由于電站中很多環節需要用到連接器,為此在現場我們可以看到各種連接器的產品應用,比如接線盒、匯流箱、組件、電纜等,連接器形狀大同小異。這幾個設備是電站的主要組成部分,有時候出了事故,原本以為是接線盒或者組件本身出了問題,查來查去發現原來跟連接器有關。

比如接頭起火,很多業主會投訴到組件這塊,因為有一端的連接器是組件自帶的,但有些時候其實是連接器引起的。

根據統計,由于連接器引發相關聯的問題有:接觸電阻變大,連接器發熱、壽命縮短,接頭起火,連接器燒斷,組串的組件斷電,接線盒失效,組件漏電等,可造成系統無法正常操縱、產品召回、電路板損壞、返工和維修,繼而會造成主部件損失,影響電站發電效率,最嚴重的是起火燃燒。(如圖一、圖二)

比如接觸電阻變大,連接器的接觸電阻直接影響到電站的發電效率,因此“低的接觸電阻”是光伏連接器的必須要求。另外,過高的接觸電阻還可能造成連接器發熱,過熱后引起著火,這也是目前很多光伏電站出現的安全問題的起因。

追溯這些問題的源頭,第一層被揭開的是末期的電站安裝,調查發現很多電站在趕工期的過程中,對一些連接器的操作存在問題,直接為電站的后續運營埋下隱患。

西部一些大型地面電站的施工隊或EPC公司,對連接器認識不足,出現許多安裝層面的問題。比如螺母式連接器,需要專業工具進行輔助操作,正確的操作下,連接器上的螺母不能被擰到底,在操作中應該留有約2mm的間隙(間隙大小取決于電纜外徑大小),如果螺母擰緊到底,會破壞連接器的密封性能。

同時還存在壓接問題,表現最多的是壓接工具不專業。有些現場工人直接用劣質甚至是通用工具做壓接,這樣會造成壓接不良,比如接合部位電纜銅絲彎折、有些銅絲沒壓接進去、誤壓到電纜絕緣層等,壓接不良的后果直接涉及電站安全。

另一個表現是由于一味追求安裝效率,造成壓接品質下降。如果工程現場為了趕工無法保證每一處壓接的品質,再加上使用不專業的工具會產生更多問題。

安裝工人本身的技術對連接器安裝水平有影響,為此業內專業公司建議,如果使用專業工具加正確操作流程,會提高工程質量。

第二層披露的是問題的主要源頭,各種連接器產品混淆使用,不同品牌的連接器互插,接線盒、匯流箱、逆變器全部都使用不一樣品牌的連接器,完全沒有考慮連接器的匹配問題。

PV-Tech記者采訪了幾家電站業主及EPC公司,問及是否了解連接器,以及連接器存在匹配問題時,他們的回答都很茫然。個別大型地面電站的運維人員表示:“連接器供應商聲明可以互插,與MC4互插。”

據PV-Tech了解,業主及運維人員的反饋的確是事實,目前基本上所有的光伏連接器供應商,都會跟客戶聲明可以與MC4互插,為什么是MC4?

據悉,MC4是一款連接器產品型號,生產廠商是瑞士史陶比爾Multi-Contact公司(業內通常簡稱MC公司),2010年-2013年市場占有率50%以上,MC4是該公司旗下產品系列中的一個型號,因適用面較廣而知名度高。

那么,市場上的其他品牌連接器產品真的可以與MC4互插?

史陶比爾Multi-Contact公司光伏部門經理洪衛剛在接受PV-Tech采訪時給予了確切回答:“連接器很大一部分問題來源就是出自互插,我們從不建議不同品牌的連接器進行互插互配,而且這也是不允許的,不同品牌的連接器不能互配,如果那樣操作接觸電阻會增高。認證機構也聲明,不允許互配,只允許同一家廠家同一系列的產品進行互配。MC產品可以互配互插,兼容。”

就此事筆者咨詢了TÜV萊茵與TÜV南德兩家認證公司,得到的答案是,不同品牌之間的連接器產品不能互配,如果一定要使用,最好提前做匹配性測試。TÜV南德光伏部門經理許海亮向PV-Tech表示:“有些仿制的連接器設計相同,但電性能不同,產品存在本質差別,在目前的匹配性測試中出現了不少問題。通過測試,可以讓電站業主更提前深入了解這其中的問題,比如在長期使用后,未來在惡劣的環境中會出現失配等情況。”他建議組件及電站業主需要留意產品的材料及證書說明,再斟酌如何選用連接器。

“最好的情況是在同一個陣列里使用同一家公司的同一組產品,但大部分電站擁有好幾家連接器供應商,這些連接器能否匹配是個隱患。比如一個電站同時有MC、人和、快可公司的連接器,即便三家公司都保證產品質量,但也需要考慮互配問題。為了盡可能降低風險,現在也有許多公司及一些電站投資商,主動要求做匹配性測試。”TÜV南德光伏產品部銷售經理朱其楓如是說,對此TÜV萊茵光伏部門銷售經理張家林也表示贊同,他說萊茵做了很多檢測,因為發現了問題所以不建議互插互配。

“電阻過大,連接器要起火的,接觸電阻高會導致連接器燒斷,組串的組件斷電。另外,國內不少公司安裝的時候靠硬連接,導致接口發熱,電纜線容易出問題,溫度誤差達到12-20度。”史陶比爾Multi-Contact公司光伏部門產品專家沈錢平指出問題的嚴重性。

據悉,MC公司從來沒有公開過自己產品的公差。也就是說,市面上的光伏連接器基本上全部都是通過分析MC4的樣品來制定自己產品的公差。在不考慮生產管控因素的影響下,各家產品的公差上是存在差異的,不同品牌的連接器在互插的情況下,存在很大隱患,尤其是使用連接器比較多的大型電站。

目前對于互插問題,在業內連接器、接線盒公司中存在較大爭議,國內相當一部分連接器、接線盒公司表示,不同品牌產品通過了檢測公司的測試,沒有影響。

由于沒有統一標準,業內認證檢測公司的標準也不一樣,Intertek公司對連接器互配問題與TÜV萊茵、南德和UL有些不同,據Intertek公司光伏組經理程萬茂表示,在當前的一些匹配性測試中并未發現大量問題,但是就技術層面而言,除了電阻問題還有拉弧問題,連接器互插互配是存在隱患的。

揭示的第三層是連接器制造企業魚龍混雜,很多小公司甚至作坊參與其中。在調研中發現一個啼笑皆非的現象,不少國內連接器廠家稱自己生產的連接器產品為MC4,他們以為這是業內對連接器的統稱,還有個別公司則是連山寨都省掉,直接打上MC公司logo。

“當這些山寨的標有MC公司logo的連接器被拿回來檢測時,我們感到很復雜,一方面為我們的產品占有率及知名度感到高興,另一方面還要應對各種山寨問題,不僅山寨還低價。”據MC公司洪衛剛介紹,按照目前MC公司全球30-35GW的產能,已經將規模降本做到了極致,成本控制做的很好了,“但是人家為什么還比我們低?我們從材料選擇、核心技術投入、制造工藝、制造設備、質量管控等方面進行分析,更低價格的實現往往犧牲了很多方面,使用二次回料就是目前普遍的錯誤的降本行為。低價競爭往往會和偷工減料聯系起來,這是一個簡單的道理。就光伏行業而言,降本是一個持續而艱巨的任務,行業的各個環節都在努力,如提高轉化效率,提升系統電壓,顛覆性部件設計,提升自動化程度等。但是降本的同時絕不能降低產品質量是必須要堅持的原則。”

MC公司沈錢平補充道:“山寨也需要技術,MC擁有Multiam Technology表帶技術(專利技術),不僅可以保證連接器接觸電阻很低,并且是持續的低接觸電阻。而且可計算可控,多大電流通過、接觸電阻都可以算出。兩個接觸點的電阻分析出來,可以找出多大空間散熱,根據客戶的需求選擇適合的連接器產品。表帶技術需要一些復雜的工藝技術,仿制的很容易變形,這是瑞士公司的技術積累,產品設計本身的投入及價值沒法比較。”

25年400萬度電

據了解,連接器保持低接觸電阻是一項基本要求,業內也有不少公司開始做到,但是長期保持穩定的、低接觸電阻需要更穩定的技術積累與研發支撐,連續長期的穩定、低接觸電阻,不僅有效保障電站細小環節的正常運行,同時對電站會產生意想不到的收益。

光伏連接器的接觸電阻對光伏發電系統的效率影響究竟有多大,洪衛剛對此算了一筆賬,他以一個100MW的光伏項目為例,將MC光伏連接器接觸電阻(平均0.35mΩ)和國際標準EN50521中規定的最大接觸電阻5mΩ做比較(如表一)。

從上面的計算可以看出,相對于高的接觸電阻,較低的接觸電阻使光伏系統每年多發了約16萬度電,在25年時間里共計多發了約400萬度電,由此可見,持續低的接觸電阻所帶來的經濟效益是非常可觀的。并且考慮到較高的接觸電阻更容易發生故障,那么需要更多的零件更換和更多的維護時間,即意味著更高的維護成本。

洪衛剛表示:“在國內連接器企業中,短期內一些選擇買市場上最好的產品解開復制的公司會存在于市場中,因為他們有了一部分長期合作的客戶,有些也會在連接器可靠性性能方面做些考慮。未來,行業發展會更加專業化,接線盒制造和連接器制造會有越來越明顯的區分,連接器標準及接線盒標準會在各自領域進一步完善,產業鏈各環節材料的集中度會增強。當然,最后真正想做長久的企業會關注材料本身,工藝過程,制造水平及品牌。以材料本身而言,國外的銅材料和國內的銅材料都屬于銅材料,名稱相同,可是其中的元素配比是不一樣的,導致部件的性能存在差異,因此,我們還需要長期的學習積累。”

從第一層到第三層的揭露,是相互關聯的三個環節,沒有混亂的企業就沒有混亂的產品,也會減少互插山寨安裝等問題,問題能夠存在取決于市場的需求。

因為連接器“小”,所以目前電站設計者和EPC公司在設計和搭建電站時,很少會考慮到連接器的匹配問題;組件供應商在選擇接線盒時,對連接器的考量也非常少,除了早期被培養起來的幾家一線光伏公司(如天合等);電站業主及運營方更無從了解連接器所帶來的影響,如此,在問題沒有大面積暴露前,一些發展亂象存在發展空間。

連接器的問題讓筆者想起了光伏背板、PID太陽電池,這些都是在問題暴露后引起的業內關注,希望連接器在問題大面積暴露前能引起重視,防患于未然。
 

 


 
 

 

 

 

 

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