隨著近幾年分布式特別是戶用光伏市場(chǎng)的快速發(fā)展,系統(tǒng)的質(zhì)量問(wèn)題愈發(fā)突出。光伏系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi),不僅會(huì)給行業(yè)帶來(lái)負(fù)面影響,而且還涉及人身安全。據(jù)國(guó)外一份調(diào)研報(bào)告,連接器互插和連接器不規(guī)范安裝排在火災(zāi)原因第1和第3位。本文著重分析連接器的不規(guī)范安裝,尤其是光伏電纜與連接器金屬芯的壓接問(wèn)題。
1.市場(chǎng)現(xiàn)狀
在一個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中,光伏連接器主要應(yīng)用于組件、匯流箱、逆變器以及它們之間的連接,其中大多數(shù)是在工廠內(nèi)安裝,壓接質(zhì)量相對(duì)可靠。剩余還有10%左右的連接器需要在工程現(xiàn)場(chǎng)依靠手工安裝,主要指連接各設(shè)備的光伏電纜兩端需要安裝連接器。根據(jù)多年客戶走訪的經(jīng)驗(yàn),由于現(xiàn)場(chǎng)安裝工人缺少培訓(xùn)以及不采用專(zhuān)業(yè)的壓接工具,壓接不規(guī)范現(xiàn)象普遍存在,如下所示。
2.金屬芯的類(lèi)型及特點(diǎn)
金屬芯是連接器組成的主體,也是最主要的通流路徑。目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)的光伏連接器采用的是“U”型金屬芯,它是由銅片沖壓成型的,也稱為沖壓型金屬芯。得益于沖壓工藝,“U”型金屬芯不僅生產(chǎn)效率高,而且可以成鏈條式排布,非常適合自動(dòng)化線束生產(chǎn)。
部分光伏連接器采用“O”型金屬芯,它是由細(xì)銅棒兩端鉆孔成型,也稱為機(jī)加工型金屬芯。“O”型金屬芯只能單個(gè)壓接,不適合自動(dòng)化設(shè)備使用。
還有一種極為少見(jiàn)的金屬芯是免壓接的,它靠彈簧片和電纜連接。由于不需要壓接工具,所以安裝相對(duì)簡(jiǎn)單方便。但是,彈簧片連接會(huì)導(dǎo)致接觸電阻較大,且不能保證長(zhǎng)期可靠性。一些認(rèn)證機(jī)構(gòu)也不認(rèn)可此種金屬芯。
3.壓接基礎(chǔ)知識(shí)
壓接是一種最基本和常見(jiàn)的連接技術(shù)。不計(jì)其數(shù)的壓接,每天都在發(fā)生。同時(shí),壓接已經(jīng)被證明是一種成熟可靠的連接技術(shù)。
3.1壓接過(guò)程
壓接的可靠性很大程度上取決于工具和操作,兩者共同決定了最后的壓接效果是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。以“U”型金屬芯為例,其基本上是銅鍍錫的材質(zhì),需要通過(guò)壓接和光伏電纜連接,其壓接過(guò)程如下所示:
不難看出,“U”型金屬芯壓接是一個(gè)隨著壓接高度逐漸減少(同時(shí)壓接力逐漸增加),銅片包裹電纜銅絲逐漸壓縮的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中,對(duì)壓接高度的管控直接決定了壓接品質(zhì)的好壞。壓接寬度的管控不是很重要,因?yàn)閴航幽>邲Q定了寬度值。
3.2壓接高度
很多人知道壓接太松或者太緊都不好,那么隨著壓接的進(jìn)行,應(yīng)該將壓接高度控制在多少呢?另外,兩個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)即拉脫力和導(dǎo)電性在此過(guò)程中如何變化?
隨著壓接高度的逐漸減小,電纜和金屬芯之間的拉脫力會(huì)逐漸增加,直至達(dá)到上圖中的“X”點(diǎn)。如果壓接高度持續(xù)減小,那么拉脫力反而會(huì)因?yàn)殂~絲的結(jié)構(gòu)被逐漸破壞而持續(xù)降低。
上圖描述了壓接的長(zhǎng)期電氣特性,數(shù)值越大說(shuō)明導(dǎo)電性能越好,電纜和金屬芯連接的電氣特性越好。“X”表示最佳點(diǎn)。
如果把上面兩條曲線疊加在一起,我們很容易得到一個(gè)結(jié)論:
最佳的壓接高度只能是綜合考慮拉脫力和導(dǎo)電性,在兩個(gè)最佳點(diǎn)之間的區(qū)域內(nèi)取值,如下所示。
3.3壓接質(zhì)量評(píng)判
行業(yè)內(nèi)通常采用的評(píng)判方式如下:
■壓接高度/寬度,在定義的范圍內(nèi),用游標(biāo)卡尺可測(cè)量
■拉脫力,即把銅絲從壓接處拉出來(lái)或拉斷所需要的力,比如4mm2電纜,IEC60352-2要求至少達(dá)到310N
■電阻,以4mm2電纜為例,IEC60352-2要求壓接處電阻小于135微歐
■橫截面分析,無(wú)損切斷壓接區(qū),分析寬度、高度、壓縮率、對(duì)稱性、有無(wú)開(kāi)裂和毛邊等
如果是釋放新設(shè)備或新壓接模具,除了上述幾點(diǎn),還需要監(jiān)控溫度循環(huán)條件下的電阻穩(wěn)定性,參考標(biāo)準(zhǔn)IEC60352-2。
3.4壓接工具
絕大多數(shù)的光伏連接器是在工廠內(nèi)通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備完成安裝的,壓接質(zhì)量較高。但是,對(duì)于不得不在工程現(xiàn)場(chǎng)安裝的連接器,壓接只能通過(guò)壓接鉗完成。壓接必須使用原廠專(zhuān)業(yè)壓接鉗,普通的老虎鉗或者尖嘴鉗不能用于壓接,一方面壓接質(zhì)量低下,另外這也是不被連接器廠商和認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)可的方式。
壓接不良可能導(dǎo)致不符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、不穩(wěn)定的接觸電阻以及密封性失效。它是影響光伏電站整體功能和盈利能力的一個(gè)很大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。
4.小結(jié)
連接器是小部件,卻會(huì)影響光伏項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)效率。與質(zhì)量妥協(xié),通常意味著后續(xù)的高損失和風(fēng)險(xiǎn),而它們本可避免。
光伏連接器的安裝,壓接環(huán)節(jié)是重中之重,建議使用專(zhuān)業(yè)的壓接工具。對(duì)于工程安裝人員來(lái)說(shuō),進(jìn)行壓接培訓(xùn)是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。
原標(biāo)題:光伏連接器安裝的痛點(diǎn)