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)以及不采用專業(yè)的壓接工具，壓接不規(guī)范現(xiàn)象普遍存在，如下所示。

 

壓接：光伏連接器安裝的痛點(diǎn)

圖1：不規(guī)范壓接案例

 

2. 金屬芯的類型及特點(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。

壓接：光伏連接器安裝的痛點(diǎn)

圖2：金屬芯類型

 

還有一種極為少見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。

 

生產(chǎn)效率 專業(yè)要求
“U”型 高 需專業(yè)壓接鉗、對(duì)工人素質(zhì)有一定要求
“O”型 偏低
簧片卡接 工程安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，但可靠性較低

表1：不同金屬芯特點(diǎn)

 

3. 壓接基礎(chǔ)知識(shí)

 

壓接是一種最基本和常見的連接技術(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)，需要通過壓接和光伏電纜連接，其壓接過程如下所示：

壓接：光伏連接器安裝的痛點(diǎn)

圖3：壓接過程

 

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程。在這個(gè)過程中，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)電性在此過程中如何變化？

壓接：光伏連接器安裝的痛點(diǎn)

圖4：拉脫力與壓接高度

 

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。

壓接：光伏連接器安裝的痛點(diǎn)

圖5：導(dǎo)電性與壓接高度

 

上圖描述了壓接的長(zhǎng)期電氣特性，數(shù)值越大說明導(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。

 

壓接：光伏連接器安裝的痛點(diǎn)

圖6：壓接高度、機(jī)械性能與電性能

 

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或拉斷所需要的力，比如4mm2電纜，IEC 60352-2要求至少達(dá)到310N

■?電阻，以4mm2電纜為例，IEC 60352-2要求壓接處電阻小于135微歐

■橫截面分析，無損切斷壓接區(qū)，分析寬度、高度、壓縮率、對(duì)稱性、有無開裂和毛邊等

 

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)IEC 60352-2。

 

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，壓接只能通過壓接鉗完成。壓接必須使用原廠專業(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：光伏連接器安裝的痛點(diǎn)

圖7：壓接工具

 

3.5 不規(guī)范壓接危害

 

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，建議使用專業(yè)的壓接工具。對(duì)于工程安裝人員來說，進(jìn)行壓接培訓(xùn)是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。

 

來源：史陶比爾