光伏组件用接线盒.docx

1.1 接线盒接线盒是集电气设计、机械设计与材料科学相结合的跨领域的综合性设计； 接线盒充当"保镖"时，它利用二极管自身的性能使得太阳电池组件在遮光、电流 失配等其他不利因素发生时，还能保持其能工作，适当降低损失接线盒的作用 一是增强组件的安全性能，二密封组件电流输出部分（引线部分）三使组件使用 更便捷、可靠一般接线盒由盒盖、盒体、接线端子、二极管、连接线、连接器几大部分组 成外壳要具有强烈的抗老化、耐紫外线能力； 符合室外恶劣环境条件下的使 用要求；自锁功能使连接方式更加便捷、牢固；必须应有防水密封设计、科学的 防触电绝缘保护，具有更好的安全性能；接线端子安装要牢固，与汇流带有良好 的焊接性二极管分为：旁路二极管和防反冲二极管二极管的主要功能是单向导通功 能旁路二极管主要作用是防止组件的热斑效应在太阳能电池板正常工作时旁 路二极管不会起到作用，但当遇到热斑效应时，旁路二极管会自动越过该串电池 串并与其它电池串相连继续工作现在我们所使用的旁路二极管主要的作用也就 是防止电池片烧掉防反冲二极管主要作用是组件在没有光照时防止蓄电池电流 倒流连接器、连接线要具有良好的绝缘性能，公母插头带有自锁功能是太阳能 电池板与电气连接更便捷可靠。

1.1.1接线盒的基本应用目前市场上主流接线盒品种较多，样式各异，按照与汇流条的连接方式 可分为卡接式与焊接式；二者除了与汇流条的连接方式不同外，其结构基本是一 致的常规型的接线盒基本由以下几部分构成：底座、导电块、二极管、卡接口/ 焊接点、密封圈、盒盖、后罩及配件、连接器、电缆线等，如图 1 所示：■Sts图1卡接式接线盒基本构造pgE5：「电瘁1一个简单的接线盒所需要的材料就达十多种，原材料的性能及使用寿命关乎 着接线盒本身的质量，所以接线盒的材料一直受到厂商及组件厂使用者的倍加关 注，表 1 简单的例举了接线盒原材料的材质：接线盒原材料名称材质底座及上盖PPO导电块铜，黃铜卡接口尼龙"铜二极管肖特基二极管配缆线镇錫铜线十低咽无卤交联聚烯烽连接器尼茏、PC后罩肢配件尼挖表1接线盒原材料的材质接线盒在太阳能电池组件中的作用简单的来讲可以概括为两点：a）连接和传 输功能，b）保护组件；它是一门集电气设计、机械设计和材料科学相结合的跨领 域的综合性设计太阳能电池组件是通过太阳能电池进行光电转换的，而单个组件发出的电想 传输到充电、控制系统中去，必须要通过接线盒进行传输；而且接线盒还是整个 太阳能方阵的"纽带"，将许多组件串联在一起形成一个发电的整体，所以接线盒 在太阳能应用中的作用是不容忽视的。

接线盒还有一个更重要的作用就是保护组件；当阵列中的组件受到乌云、树 枝、鸟粪等其它遮挡物而发生热斑时，旁路在组件中的二极管，利用自身的单向 导电性能，将问题电池、电池串旁路掉，保护整个组件乃至整个阵列，确保能使 其保持在必要的工作状态，减少不必要的损失最理想的组件应是每片电池都应旁路一个二极管，这样才能保证组件的绝对 安全，但是出于成本以及工艺角度，目前为止大家采用是一串电池旁路一个二极 管，这样做是一种简单有效的办法1.1.2接线盒的性能3.1接线盒性能要求及选型由于接线盒对于组件的重要性，选择一个合适的接线盒显得尤为重要；对于 一个优秀的太阳能电池组件用接线盒必须要具备以下几点性能要求：a） 满足于室外恶劣环境条件下的使用要求；b） 外壳有强烈的抗老化、耐紫外线能力；c） 优秀的散热模式和合理的内腔容积来有效降低内部温度，以满足电气安全 要求；d） 良好的防水、防尘保护为用户提供安全的连接方案；e） 较低的体电阻，以尽可能的减小接线盒带来的功率损耗；具体的使用要求或指标简单的概括如下所示，表 2 列出了部分接线盒的性能 指标，图2 是接线盒测试部件拉力示意图：顶目要求额定电隘>10A额定电压&00/1000V防护等级>IP65使用环境-40^100V体电阻二极管结温<2oor线缆拔岀力（图2 fl方向）>150N公母头连接力（團2 fZ方向）>120N公母头与线缆连接力（图戈珀方向）>120N亡表2揺线盒性能要求1.1.3接线盒的选用市场上的接线盒如果想被组件厂商接受的话就必须通过 TUV、UL 等其他国际 知名认证机构的认证，这些认证机构针对接线盒会有一系列的检查、测试方法， 以确保其满足客户的使用要求。

组件厂在使用选择接线盒时，除了要求接线盒已取得TUV、UL等认证外，还 必须关注以下方面，才能确保自己找到合适的接线盒：第一，二极管额定电流结温测试（旁路二极管热性能试验）；由于太阳能电 池采用低电压高电流的模式，对于接线盒中旁路二极管的额定电流就显得尤为重 要；据不完全统计，接线盒在认证测试时仅此一项试验失败的就高达 40%，在组 件户外应用中，出现接线盒烧毁的现象也屡见不鲜目前要求二极管的结温不能超过200°C，但是不同二极管之间是有差异的， 如果二极管的节温过高，不但会导致二极管的本身的损坏和使用寿命的降低，而 且会给组件带来负面影响，比如EVA脱层、EVA及背板加速老化等其它不良状况， 甚至会引起组件烧毁现象所以大家在选择接线盒时额定电流尽可能的大，结温 测试温度越低越好第二，接线盒体电阻；接线盒由各种金属、塑料组成，本身会有一定的电阻， 外加到组件中去无疑会增加组件的功率损耗，这一会给组件额外增加一部分不必 要的功率损失，所以这部分电阻需要越小越好接线盒性能测量 接线盒在认证时会经过一系列的安全、性能测试，包括 IP 测试、拉力测试、 旁路二极管热性能试验、湿漏电试验、环境试验等其他实验项目，各标准、认证 机构有着非常详细的要求规定，本文不一一叙述，这里着重讨论一下旁路二极管 热性能试验与接线盒体电阻的测试方法。

旁路二极管热性能试验按照IEC6121510.18.3的要求进行测试试验，以下是测试某一组件旁路二极 管热性能试验过程：先测试该组件的电性能，确定Isc为5.53A，并测试二极管 的管压降；前期工作准备完毕后，将组件放入温度为75°C±5°C的腔室内进行加 温，并同时通以等于标准测试条件下短路电流±2%的电流；1 小时后测试每个二 极管的表面温度，再利用下列方程计算二极管的测试最大结温：二极管结温测试后，再增加通以组件电流到标准测试条件下短路电流1.25 倍，同时保持组件的温度在75°C±5°C，保持通过组件电流1h，验证二极管仍能 工作，表3 是测试过程部分数据记录：Diode 1Diode 2Diode 3 'Current flow (isc nominal) [k] 通以标称短路电流Isc [A]5. 535. 535. 53Voltage drop [V] 压降[V]0. 160. 170. 16P口wex dissipation [W] 功耗[wl0. 88480. 94010. S848Max・ diodE 百e temperature [£ ]—极管表面最高蛊度[宅]99. 2101. 4100.5Thermal relating junction to case(Rm)c) [K/W]结温与外壳温度关联因子Rtoc [K/W]333Cal culated max. junction t emperature Tj [Ci 廿算岀最犬结温「tri101. 85104. 22103. 15T jKT jmax （test passed.） ? yes/naT輕T jmax （供应商所揑供最大结温）通过？ 失败？passed通过passed 通过passed通过Current flow (1.25+Isc) [A] 通(1-25+Isc) [A]G. 916. 916. 91Diode functional? yes/no —极管是否正常工作yes是yes是yes是表3旁路二极管热性能试验测.试数据此块组件的二极管结温测试结果是比较理想的，且通完1.25倍的标准测试条件下短路电流 1 小时后，二极管仍能继续工作。

制作组件时层压温度一般设定为150°C左右，如果二极管结温测试超过 170°C，那可就要当心了，若再加上接线盒的散热性能不好，后果那是相当严重 的，比如会造成组件材料的封装退化、加速老化等其他不良现象，组件可能会较 早或加速失效，虽然它并没有超过200°C为了避免或减低组件在户外使用的时候出现接线盒烧毁、组件烧灼的现象 （如图3 所示），就必须要关注此项测试，结温测试结果要尽可能的低接线盒体电阻测试如图4 所示，我们模拟组件中的连接方式，将 2 根同规格汇流条分别插接在 接线盒两边的卡接口，并将公母头短接，用低电阻测试仪测试汇流条两端电阻 接线盒的实际电阻，为测试电阻减去2 根汇流条电阻的差值这个电阻主要与3 部分有关：接触电阻、线阻及内部金属电阻；一般接线盒的体电阻在13mQ，根据P=I2R进行估算，13mQ的电阻会给组 件带来近1W的功率损失，但是每个接线盒的体电阻是不一样的，我们又进行了 以下试验：选用3 个厂商的接线盒进行对比测试，测试3 种接线盒的体电阻后， 分别连接在同一块组件层压件上进行电性能测试，表 4 是测试结果，组件层压件 的测试功率为248.52W，结果显示体电阻小的接线盒封装组件后，功率损失小， 反之则大：以上实验可以看出，接线盒的体电阻对组件封装损失的影响；如果接 线盒体电阻测试值较大的话，虽然其本身的其他性能良好，但是高体电阻的接线 盒给组件带来的负面影响是显而易见的，所以我们在选择接线盒时在保证其他性 能的前提下，它的体电阻应越小越好。

1.1.4接线盒的未来发展方向由于接线盒对太阳能电池组件的重要性，以及随着整个光伏市场以及广大客 户的应用，目前各大接线盒厂商也在朝着高质量的接线盒的方向努力，比如设计 出高额定电流、高防水性、优良的散热性、低体电阻等等的接线盒，这些随着技 术发展必将会在今后的接线盒产品中出现另一方面，传统的太阳能组件随着年月而退化（一般来说组件的性能会以每 年 0.5%至 1.0%的速度逐渐退化），导致这个现象的原因可能包括光伏组件之间 的失配、旁路二极管的热能耗散令组件性能加速退化、以及各种的环境因素如浮 云、污垢及碎片等等；大大降低了单个组件以及整个系统的发电量，人们为了解 决或尽可能减小这个问题，在接线盒内部进行改造，并对改造后的接接线盒称为 "SmartBox"，而应用这种接线盒的组件则称之为"SmartModule"而"SmartBox" 通常利用的技术有MOS集成电路基础的智能光伏组件、旁路电路集成无线发射接 收数据系统、MPPT+DCtoDC/DCtoAC转换方式等其他新技术4.1MOS 集成电路基础的智能光伏组件此组件使用 MOS 集成电路代替传统二极管，降低组件被遮挡时二极管的发热 能耗，同时减少组件正常工作时晶体管的反向漏电流，提高组件的发电效率； 由于二极管的特性，当大电流流过时会在上面产生1V左右的电压降。

由W二V*|得知，当有10A的电流流过时就会有10W左右的功率损失，长时间的积累 使二极管的温度逐渐升高，且二极管没有散热装置，二极管就会发烫，甚至烧坏 极管，烧毁接线盒；而MOS管与普通的二极管比较，其导通电阻只有5~10mQ，且其自带散热片， 散热性能较好等优点，图5是QCSOLAR公司生产的MOS电路接线盒图5 QCSOLAR主产的。