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无法忽视的光伏组件连接器
2014/6/26 11:09:39 作者:肖蓓
北极星太阳能光伏网讯：光伏组件，它的设计使用寿命都在25年以上，相应的对它所配套的电器元件工作寿命也提出了相应要求，每个电器元件都有他的机械寿命，电器寿命涉及到电站的最终利益,因此元器件的寿命及质量需要受到众人关注。
许多光伏电站在高原地区使用，也有一部分以分布式发电的形式出现，分布比较分散,这样的情况维护起来相对困难,为了减少维护成本，有效的途径是提升系统的可靠性，而系统的可靠取决于系统所采用的元器件可靠。
这里我们关注的元器件不是平时大家注意到的主体部分，而是比较小的部分比如连接器、低压电器、电缆等，往往越细节的地方越容易产生问题，今天我们就以连接器展开分析。
无处不在的连接器
光伏电站日常维护中，主要设备如组件、直流配电柜、逆变器是主要关注对象，这部分是我们必须保持正常稳定的,因为他们故障发生的概率比较高，而且故障发生后影响很大。
但是在一些环节中，有些故障人们根本不知道或者因为忽视而没有察觉，实际上他已经在不知不觉中损失了发电量，换句话说，这也是我们可以提高发电量的地方.到底哪些设备影响发电量?
在电站中有很多地方需要接口，组件、接线盒、逆变器、汇流箱等都需要一个设备－－连接器。每个接线盒用一对连接器，每个汇流箱用到的数量和设计有关，一般8对到16对,而逆变器用到2对到4对或者更多，同时，在最后搭建电站的过程中也要用一定数量的连接器.

图一：低质的金属部件及非专业压接状态连接器

图二：德国某光伏项目连接器烧断
表一：100MW电站项目光伏连接器功率损耗计算对比
隐性故障频发点
连接器很小、很多环节需要用到、成本占比小，而且生产连接器的公司很多，为此，很少有人关注连接器这个产品到底有什么用处，用好了会如何，用不好又有什么后果.然而随着PV－Tech记者深入走访了解，发现正是因为这些原因，导致这个环节的产品、竞争都很乱。
首先,我们从终端应用着手调查，由于电站中很多环节需要用到连接器，为此在现场我们可以看到各种连接器的产品应用，比如接线盒、汇流箱、组件、电缆等，连接器形状大同小异。这几个设备是电站的主要组成部分，有时候出了事故，原本以为是接线盒或者组件本身出了问题，查来查去发现原来跟连接器有关.
比如接头起火，很多业主会投诉到组件这块,因为有一端的连接器是组件自带的，但有些时候其实是连接器引起的。
根据统计,由于连接器引发相关联的问题有：接触电阻变大，连接器发热、寿命缩短，接头起火，连接器烧断，组串的组件断电,接线盒失效,组件漏电等，可造成系统无法正常操纵、产品召回、电路板损坏、返工和维修,继而会造成主部件损失，影响电站发电效率,最严重的是起火燃烧。(如图一、图二)
比如接触电阻变大，连接器的接触电阻直接影响到电站的发电效率，因此“低的接触电阻”是光伏连接器的必须要求。另外，过高的接触电阻还可能造成连接器发热,过热后引起着火，这也是目前很多光伏电站出现的安全问题的起因.
追溯这些问题的源头，第一层被揭开的是末期的电站安装，调查发现很多电站在赶工期的过程中，对一些连接器的操作存在问题，直接为电站的后续运营埋下隐患。
西部一些大型地面电站的施工队或EPC公司，对连接器认识不足，出现许多安装层面的问题。比如螺母式连接器，需要专业工具进行辅助操作,正确的操作下，连接器上的螺母不能被拧到底,在操作中应该留有约2mm的间隙（间隙大小取决于电缆外径大小），如果螺母拧紧到底，会破坏连接器的密封性能。
同时还存在压接问题，表现最多的是压接工具不专业。有些现场工人直接用劣质甚至是通用工具做压接，这样会造成压接不良,比如接合部位电缆铜丝弯折、有些铜丝没压接进去、误压到电缆绝缘层等,压接不良的后果直接涉及电站安全。
另一个表现是由于一味追求安装效率,造成压接品质下降。如果工程现场为了赶工无法保证每一处压接的品质,再加上使用不专业的工具会产生更多问题。
安装工人本身的技术对连接器安装水平有影响，为此业内专业公司建议，如果使用专业工具加正确操作流程，会提高工程质量.
第二层披露的是问题的主要源头，各种连接器产品混淆使用，不同品牌的连接器互插，接线盒、汇流箱、逆变器全部都使用不一样品牌的连接器，完全没有考虑连接器的匹配问题。
记者采访了几家电站业主及EPC公司,问及是否了解连接器，以及连接器存在匹配问题时，他们的回答都很茫然。个别大型地面电站的运维人员表示：“连接器供应商声明可以互插，与MC4互插。”
据了解，业主及运维人员的反馈的确是事实,目前基本上所有的光伏连接器供应商,都会跟客户声明可以与MC4互插,为什么是MC4？
据悉,MC4是一款连接器产品型号，生产厂商是瑞士史陶比尔Multi－Contact公司(业内通常简称MC公司)，2010年—2013年市场占有率50％以上,MC4是该公司旗下产品系列中的一个型号,因适用面较广而知名度高。
那么，市场上的其他品牌连接器产品真的可以与MC4互插？
史陶比尔Multi－Contact公司光伏部门经理洪卫刚在接受PV－Tech采访时给予了确切回答：“连接器很大一部分问题来源就是出自互插，我们从不建议不同品牌的连接器进行互插互配，而且这也是不允许的，不同品牌的连接器不能互配，如果那样操作接触电阻会增高。认证机构也声明，不允许互配，只允许同一家厂家同一系列的产品进行互配。MC产品可以互配互插，兼容。”
就此事笔者咨询了TÜV莱茵与TÜV南德两家认证公司，得到的答案是，不同品牌之间的连接器产品不能互配,如果一定要使用，最好提前做匹配性测试.TÜV南德光伏部门经理许海亮向PV－Tech表示：“有些仿制的连接器设计相同，但电性能不同，产品存在本质差别,在目前的匹配性测试中出现了不少问题.通过测试，可以让电站业主更提前深入了解这其中的问题,比如在长期使用后，未来在恶劣的环境中会出现失配等情况。”他建议组件及电站业主需要留意产品的材料及证书说明，再斟酌如何选用连接器。
“最好的情况是在同一个阵列里使用同一家公司的同一组产品，但大部分电站拥有好几家连接器供应商，这些连接器能否匹配是个隐患.比如一个电站同时有MC、人和、快可公司的连接器，即便三家公司都保证产品质量，但也需要考虑互配问题.为了尽可能降低风险，现在也有许多公司及一些电站投资商，主动要求做匹配性测试。”TÜV南德光伏产品部销售经理朱其枫如是说对此TÜV莱茵光伏部门销售经理张家林也表示赞同,他说莱茵做了很多检测，因为发现了问题所以不建议互插互配.
“电阻过大，连接器要起火的，接触电阻高会导致连接器烧断，组串的组件断电。另外，国内不少公司安装的时候靠硬连接，导致接口发热，电缆线容易出问题,温度误差达到12-20度。”史陶比尔Multi－Contact公司光伏部门产品专家沈钱平指出问题的严重性。
据悉，MC公司从来没有公开过自己产品的公差.也就是说，市面上的光伏连接器基本上全部都是通过分析MC4的样品来制定自己产品的公差.在不考虑生产管控因素的影响下,各家产品的公差上是存在差异的，不同品牌的连接器在互插的情况下，存在很大隐患,尤其是使用连接器比较多的大型电站。
目前对于互插问题，在业内连接器、接线盒公司中存在较大争议，国内相当一部分连接器、接线盒公司表示，不同品牌产品通过了检测公司的测试,没有影响.
由于没有统一标准，业内认证检测公司的标准也不一样,Intertek公司对连接器互配问题与TÜV莱茵、南德和UL有些不同，据Intertek公司光伏组经理程万茂表示，在当前的一些匹配性测试中并未发现大量问题，但是就技术层面而言，除了电阻问题还有拉弧问题，连接器互插互配是存在隐患的。
揭示的第三层是连接器制造企业鱼龙混杂,很多小公司甚至作坊参与其中。在调研中发现一个啼笑皆非的现象，不少国内连接器厂家称自己生产的连接器产品为MC4，他们以为这是业内对连接器的统称,还有个别公司则是连山寨都省掉，直接打上MC公司logo。
“当这些山寨的标有MC公司logo的连接器被拿回来检测时，我们感到很复杂，一方面为我们的产品占有率及知名度感到高兴，另一方面还要应对各种山寨问题，不仅山寨还低价.”据MC公司洪卫刚介绍，按照目前MC公司全球30-35GW的产能，已经将规模降本做到了极致,成本控制做的很好了，“但是人家为什么还比我们低？我们从材料选择、核心技术投入、制造工艺、制造设备、质量管控等方面进行分析，更低价格的实现往往牺牲了很多方面，使用二次回料就是目前普遍的错误的降本行为。低价竞争往往会和偷工减料联系起来，这是一个简单的道理。就光伏行业而言，降本是一个持续而艰巨的任务，行业的各个环节都在努力，如提高转化效率，提升系统电压，颠覆性部件设计，提升自动化程度等。但是降本的同时绝不能降低产品质量是必须要坚持的原则.”
MC公司沈钱平补充道：“山寨也需要技术，MC拥有MultiamTechnology表带技术(专利技术），不仅可以保证连接器接触电阻很低,并且是持续的低接触电阻.而且可计算可控，多大电流通过、接触电阻都可以算出。两个接触点的电阻分析出来,可以找出多大空间散热，根据客户的需求选择适合的连接器产品。表带技术需要一些复杂的工艺技术，仿制的很容易变形，这是瑞士公司的技术积累，产品设计本身的投入及价值没法比较.
25年400万度电
据了解,连接器保持低接触电阻是一项基本要求，业内也有不少公司开始做到，但是长期保持稳定的、低接触电阻需要更稳定的技术积累与研发支撑，连续长期的稳定、低接触电阻，不仅有效保障电站细小环节的正常运行,同时对电站会产生意想不到的收益.
光伏连接器的接触电阻对光伏发电系统的效率影响究竟有多大，洪卫刚对此算了一笔账，他以一个100MW的光伏项目为例,将MC光伏连接器接触电阻（平均0。35mΩ）和国际标准EN50521中规定的最大接触电阻5mΩ做比较（如表一）。
从上面的计算可以看出，相对于高的接触电阻，较低的接触电阻使光伏系统每年多发了约16万度电,在25年时间里共计多发了约400万度电，由此可见，持续低的接触电阻所带来的经济效益是非常可观的。并且考虑到较高的接触电阻更容易发生故障,那么需要更多的零件更换和更多的维护时间，即意味着更高的维护成本.
洪卫刚表示:“在国内连接器企业中，短期内一些选择买市场上最好的产品解开复制的公司会存在于市场中，因为他们有了一部分长期合作的客户，有些也会在连接器可靠性性能方面做些考虑。未来，行业发展会更加专业化，接线盒制造和连接器制造会有越来越明显的区分，连接器标准及接线盒标准会在各自领域进一步完善，产业链各环节材料的集中度会增强。当然，最后真正想做长久的企业会关注材料本身，工艺过程，制造水平及品牌。以材料本身而言,国外的铜材料和国内的铜材料都属于铜材料,名称相同，可是其中的元素配比是不一样的，导致部件的性能存在差异，因此，我们还需要长期的学习积累."
从第一层到第三层的揭露，是相互关联的三个环节，没有混乱的企业就没有混乱的产品，也会减少互插山寨安装等问题，问题能够存在取决于市场的需求。
因为连接器“小"，所以目前电站设计者和EPC公司在设计和搭建电站时，很少会考虑到连接器的匹配问题；组件供应商在选择接线盒时，对连接器的考量也非常少，除了早期被培养起来的几家一线光伏公司（如天合等）；电站业主及运营方更无从了解连接器所带来的影响，如此，在问题没有大面积暴露前，一些发展乱象存在发展空间。
连接器的问题让笔者想起了光伏背板、PID太阳电池，这些都是在问题暴露后引起的业内关注，希望连接器在问题大面积暴露前能引起重视，防患于未然。
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