光伏组件接线盒的性能及测试
时间：2012-04-02 阅读：5174
随着光伏产业的迅猛发展，各种原材料的供应日趋紧张，在该条件下较多的投资人加入到光伏配套行业，使材料供应商数目、产品规格型号增多，丰富了光伏组件企业的选择，但是由此引起的过度竞争和并发的质量问题也需要引起注意。其中，光伏接线盒（PV junction box）作为组件八大主要材料之一，是集电气设计、机械设计和材料应用于一体的综合性产品，主要作用是连接和保护太阳能光伏组件，传导光伏组件所产生的电流，为用户提供太阳能光伏组件的组合连接方案。
光伏接线盒价格相对其组件成本而言比重较小，非但作用大打折扣，还可能引发组建故障，甚至烧毁整个光伏组件。因此，光伏系统中的所有缆线应满足抗紫外线、抗老化、抗高温、防腐蚀和阻燃等性能要求，因为光伏直流线路中的连接材料长期暴露在而环境下，需要承受紫外线照射、温度（高温、寒冷），需要承受雷击过程中的短暂过流。
来自光伏系统安装商的数据显示，光伏电站中的连接器（接线盒和接插件）是目前光伏系统发生大规模事故的主要原因。目前，中国组件制造商生产的组件很多都存在不少的质量问题和隐患，而其中很大一部分组件质量问题来自于接线盒自身的设计和品质。
作为光伏组件制造商的配套企业，接线盒制造商不仅需要对组件制造商负责，更需要对终端客户负责，特别是对使用过程中人身安全的保护。所以，优化接线盒结构设计、提高质量是所有接线盒制造企业的首要任务。
常州天华新能源科技有限公司（简称“天华新能源”）下属常州华阳光伏检测技术有限公司（简称“华阳检测”），于2009年12月获得了CNAS实验室认可，认可范围包括光伏组件、光伏材料共119项检测能力。公司自2008年开始进行接线盒检测（依据标准：VDE0126-5:2008），讫今共完成30家接线盒供应商、50多款接线盒的检测和质量分析，获得了大量的检测数据。结合光伏组件户外使用的实际情况，我们总结出目前接线盒常见失败项目主要有：IP65防冲水测试、结构检查、拉扭力试验、湿漏电试验、二极管温升试验、环境试验、750℃灼热丝试验。
1、接线盒IP65防冲水测试
防水性能是接线盒性能的重要指标。认证测试中，先进行老化预处理测试，然后进行防冲水测试，再通过外观结构检查和工频耐压测试进行评判。测试能否顺利通过，取决于接线盒的密封保护程度，而接线盒的密封保护直接影响到成品组件的防触电保护和漏电防护的等级。就目前常规构造的接线盒而言，其设计和材料的缺陷已在认证测试中显露无疑。
1、接线盒IP65防冲水测试
防水性能是接线盒性能的重要指标。认证测试中，先进行老化预处理测试，然后进行防冲水测试，再通过外观结构检查和工频耐压测试进行评判。测试能否顺利通过，取决于接线盒的密封保护程度，而接线盒的密封保护直接影响到成品组件的防触电保护和漏电防护的等级。就目前常规构造的接线盒而言，其设计和材料的缺陷已在认证测试中显露无疑。
接线盒防冲水测试失败的主要现象大致分为以下几种：
（1）接线盒密封盒体内大量积水。
（2）接线盒盒体与背板材料不匹配。
（3）接线盒的密封螺母开裂失效。
（4）接线盒在老化预处理测试中盒体变形。
（5）接线盒密封圈老化预处理测试后失效，或其他原因。
通过对以上测试过程中出现的失败现象进行研究分析，得出以下几点失败原因：
（1）接线盒密封盒体内大量积水。
（2）接线盒盒体与背板材料不匹配。
（3）接线盒的密封螺母开裂失效。
（4）接线盒在老化预处理测试中盒体变形。
（5）接线盒密封圈老化预处理测试后失效，或其他原因。
通过对以上测试过程中出现的失败现象进行研究分析，得出以下几点失败原因：
（1）盒体的锁扣设计
锁扣设计成两扣模式可能是导致试验失败的主要原因。两扣模式使得盒盖受力集中在二点，加上盒盖面积较大，导致其余各点受力很不均匀。特别是在高温时，其余各点受密封圈热胀、材料受热变软的影响，导致接线盒龇口，影响盒体的密封性，从而在IP65防水测试中失败。另外，接线盒经过240小时老化试验后，密封圈虽未脱落，但盒体、盒盖有变型，也会影响到盒体的密封性。
（2）接线盒密封圈的橡胶材料选择不当
由于密封圈材料的选择不适合，在接线盒经过240小时老化预处理测试后，其延伸率和收缩率降低，密封圈材质硬度升高，降低了盒体与盒盖的密封性能，导致密封圈不能*密封盒体和盒盖的槽口，致使水流渗入，防冲水测试失败。
（3）粘合失效
接线盒盒体塑料与太阳能组件密封胶在老化预处理测试后，粘合性失效。
（4）密封螺母材质选择不当
接线盒在老化预处理测试后，密封螺母发生断裂，也是造成接线盒防冲水失败的原因。
2、接线盒湿热试验
湿热试验对于接线盒来说是一个相当严酷的环境试验，接线盒湿热试验失败的主要现象有以下几种：
（1）湿热试验后接线盒盒体碎裂失效。
（2）湿热试验后接线盒盒体和盒盖密封变形。
（3）湿热试验后接线盒与背板脱落。
（4）湿热试验后电气连接不可靠。
（5）湿热试验后接线盒电缆的抗拉扭性能减小，爬电距离、电气间隙减小。
（6）其他现象。
2、接线盒湿热试验
湿热试验对于接线盒来说是一个相当严酷的环境试验，接线盒湿热试验失败的主要现象有以下几种：
（1）湿热试验后接线盒盒体碎裂失效。
（2）湿热试验后接线盒盒体和盒盖密封变形。
（3）湿热试验后接线盒与背板脱落。
（4）湿热试验后电气连接不可靠。
（5）湿热试验后接线盒电缆的抗拉扭性能减小，爬电距离、电气间隙减小。
（6）其他现象。
湿热试验失败可能的原因大致有以下几点：
（1）盒体PPO材料的选择不当或用料不纯。
（2）密封螺母开裂导致在湿热之后电缆的抗拉扭性能削弱，或者直接开裂。
（3）接线盒盒体与硅胶不匹配，长时间高温高湿后接线盒与硅胶脱落。
（4）其他原因。
3、接线盒盒体灼热丝测试
接线盒盒体750℃灼热丝测试，是接线盒生产商选用接线盒材质的重要测试项目，也是接线盒认证测试中较易失败的项目之一。测试中，根据盒体材料从开始燃烧到火焰熄灭的时间长短，判定该接线盒是否能适合今后在户外使用。
（1）盒体PPO材料的选择不当或用料不纯。
（2）密封螺母开裂导致在湿热之后电缆的抗拉扭性能削弱，或者直接开裂。
（3）接线盒盒体与硅胶不匹配，长时间高温高湿后接线盒与硅胶脱落。
（4）其他原因。
3、接线盒盒体灼热丝测试
接线盒盒体750℃灼热丝测试，是接线盒生产商选用接线盒材质的重要测试项目，也是接线盒认证测试中较易失败的项目之一。测试中，根据盒体材料从开始燃烧到火焰熄灭的时间长短，判定该接线盒是否能适合今后在户外使用。
接线盒支撑带电体部分在进行750°C灼热丝测试时，火焰熄灭时间Te为44.92s，不符合接线盒标准中灼热丝测试的要求。测试失败的主要原因是，接线盒材质无法承受灼热丝元件在短时间内所造成的热应力，不符合灼热丝测试的要求（没有火焰或是火焰可以在30s内自动熄灭）。
4、接线盒常规测试其他失败项
工频耐压测试失败见图9所示。其失败原因主要为爬电距离/电气间隙不足、环境试验之后绝缘性能受到损害（由于材料方面的原因）。接线盒带电部件抗腐蚀强度不足，其原因为金属件铜质选型和表面处理不当。
5、光伏组件接线盒质量改进建议
作为光伏组件的配套产品，接线盒所占成本不及电池成本十分之一，但却是决定光伏组件zui终能否正常工作的重要部件。在此，笔者提出接线盒质量改进的几点建议：
（1）将盒体、盒盖分体，由密封圈密封的设计，改进为盒体、盒盖压接一体式密封处理，加强整个接线盒结构密封性和密封强度。
（2）根据目前组件认证、制造、使用的需要，建议接线盒内预留扩展连接座；装配不同规格的二极管可以随时改变接线盒的zui大工作电流；根据组件生产工艺在接线盒装配中保留密封胶和灌封胶两种安装方式。
（3）考虑在接线盒盒盖设置导气阀以导出盒体内部热量，或在接线盒内部采用薄片状金属端子，增加散热片，以达到降温的作用。
（4）通过系列测试，研究不同类型硅胶和不同材质背板材料的相互匹配性，为光伏组件制造商提供接线盒安装、使用、匹配的整套解决方案。
4、接线盒常规测试其他失败项
工频耐压测试失败见图9所示。其失败原因主要为爬电距离/电气间隙不足、环境试验之后绝缘性能受到损害（由于材料方面的原因）。接线盒带电部件抗腐蚀强度不足，其原因为金属件铜质选型和表面处理不当。
5、光伏组件接线盒质量改进建议
作为光伏组件的配套产品，接线盒所占成本不及电池成本十分之一，但却是决定光伏组件zui终能否正常工作的重要部件。在此，笔者提出接线盒质量改进的几点建议：
（1）将盒体、盒盖分体，由密封圈密封的设计，改进为盒体、盒盖压接一体式密封处理，加强整个接线盒结构密封性和密封强度。
（2）根据目前组件认证、制造、使用的需要，建议接线盒内预留扩展连接座；装配不同规格的二极管可以随时改变接线盒的zui大工作电流；根据组件生产工艺在接线盒装配中保留密封胶和灌封胶两种安装方式。
（3）考虑在接线盒盒盖设置导气阀以导出盒体内部热量，或在接线盒内部采用薄片状金属端子，增加散热片，以达到降温的作用。
（4）通过系列测试，研究不同类型硅胶和不同材质背板材料的相互匹配性，为光伏组件制造商提供接线盒安装、使用、匹配的整套解决方案。