大电流接线盒已完全满足210高功率组件需求

2020-09-24 09:58

近日，随着166、182和210组件的量产推进，业内在持续探讨硅片尺寸变化的优劣势。讨论的焦点包括组件的电参及尺寸、运输、原材料供应等，当然也有部分讨论到接线盒的可靠性及选材。作为长期从事接线盒研发、制造的材料供应商，我们从材料角度来分析接线盒与大尺寸硅片及高功率组件的关系。

接线盒工作原理

接线盒主要作用是将光伏组件产生的电力输出到外部线路，包括壳体、二极管、连接器、线缆等部件，其中二极管是核心器件。当组件正常工作时，接线盒中的二极管处于反向截止状态；当组件电池片发生遮挡、损坏等热斑效应时，旁路二极管导通对整个光伏组件起到保护作用。

表1组件电性能参数及接线盒选择

上表为光伏组件厂典型的166、182和210组件电性能参数及接线盒额定电流选择情况，组件参数分别呈现了低电流、高电压和高电流、低电压现象。

接线盒及二极管

接线盒关键指标包括接线盒额定电流、二极管额定电流及反向耐压等，取决于接线盒的结构设计及二极管的规格选择。

通常，组件及接线盒认证测试时按照：接线盒额定电流≥1．25倍Isc选择和测试，此外还会保留一定的余量。在正常工作情况下，接线盒二极管处于反向截止状态，不管对于166、182组件还是210组件，二极管都不会导通、发热，相比210组件，182、166组件的接线盒二极管将承受略高的反偏电压。

在光伏组件发生热斑时，二极管将正向导通、发热。以210组件和25A接线盒为例，在输出电流Isc＝18．6A的情况下（实际组件工作时电流为Imp≈17．5A），结温约为120℃。即使考虑部分光照充足的环境，在1．25倍Isc（23．2A）情况下，此时接线盒的结温约为160℃，均远低于IEC62790标准的200℃结温上限。当然，对于182、166组件Isc略低，同样配置的接线盒发热更低，接线盒均处于安全工作状态，并不存在可靠性风险。

图1 25A接线盒和15A接线盒结温对比图

上述分析的是在组件发生热斑情况下的接线盒工作情况。而对于光伏组件发生飞鸟或树叶等遮挡热斑后迅速消失时，则会发生二极管热逃逸现象，组件串将给二极管带来瞬间反偏电压和漏电流，更高的串电压给接线盒及二极管带来更大的挑战。从接线盒设计角度考虑，合理的盒体结构设计、易散热的二极管封装方式以及性能更优的芯片选择都可以解决这些问题。

图2 25A接线盒测试23．2A．1V热逃逸曲线图

对于双面组件和半片组件，由于各单元侧均为相互并联结构，如下图所示，局部发生热斑效应和热逃逸时，并联部分可以进行分流，此时接线盒所保留的安全余量更大。经测算，双面半片组件的并联两侧及正面、背面同时被遮挡的概率极低，约10GW中1块组件的发生率。因此，实际情况下，接线盒满负荷工作的情况几乎不可能发生，完全可以保障可靠性。

图3 双面半片组件热斑工作示意图

连接器及线缆

连接器作为电力传输部件之一，承担着电站成功连接的重任。目前，市面上常用的主流连接器额定电流均高于30A，最大可以达到55A，均可足够满足现有高功率组件电力传输要求。经验证，某厂家额定电流为41A光伏连接器在55A的组件反向电流过载测试中，监控温度为76℃，远低于连接器原材料105℃RTI值。不过，在大电流应用环境下，连接器端也应该尽量避免因局部高阻造成的限流，局部接触点过热等潜在问题。有效解决方案，如：优化导电体环接触性能，改善连接器整体结构，提高连接器端线缆压接质量，连接部位加锡双保险工艺等。

对于线缆，符合EN或IEC标准线缆的额定电流（4mm2线缆，表面相互贴邻时额定电流为44A）远高于接线盒额定电流，因此无需担忧其可靠性。

接线盒制造流程及市场概况

随着接线盒的制造水平和质量控制能力的稳步提升，接线盒的性能、可靠性已经具备较好的保证，可以满足大尺寸硅片＆高功率组件的使用要求。

1、接线盒设计及制造过程中，大量引入在半导体、汽车、航天等领域已验证过的新工艺、新技术，如模块封装技术、中频焊接技术等，提升接线盒产品的电气性能及散热能力。

2、在接线盒制造过程中，加大自动化设备的研发及投入，可以保证其加工精度、品质、流程可控，做到流程自动化、品控自动化。

3、根据接线盒制造经验，重点加强管控接线盒各配件之间的连接可靠性控制和关键质量管控点管理，比如连接点处压缩比的管控、加锡双保险工艺要求，超声波焊接工艺控制，电晕处理，以及各重要参数的监控。