概論

太陽能光伏接線盒作為太陽能電池組件的一個(gè)重要部件,，是介于太陽能電池組件構(gòu)成的太陽能電池方陣和太陽能電池充電控制裝置之間的連接器,，是一門集電氣設(shè)計(jì),、機(jī)械設(shè)計(jì)和材料科學(xué)相結(jié)合的跨領(lǐng)域的綜合性設(shè)計(jì)，為用戶提供了太陽能電池板的組合連接方案,。

作為太陽能電池組件的一種連接器，太陽能光伏接線盒主要的作用就是將太陽能電池模塊產(chǎn)生的電能經(jīng)電纜導(dǎo)出,。由于太陽能電池使用場(chǎng)合的特殊性和其本身的昂貴價(jià)值,，太陽能光伏接線盒必須經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)才能滿足太陽能電池組件的使用要求。

一,、功能

光伏接線盒主要具有兩種功能：基本功能為連接光伏組件和負(fù)載,，將組件產(chǎn)生的電流引出并產(chǎn)生功率。附加功能為保護(hù)組件引出線,，防止熱斑效應(yīng),。

1.1、連接

接線盒作為連接器,，起到連接太陽能組件與逆變器等控制裝置的橋梁作用,。接線盒內(nèi)部通過接線端子和連接器將太陽能組件產(chǎn)生的電流引出并導(dǎo)入到用電設(shè)備中。

為了盡量減小接線盒對(duì)組件功率的損耗,，接線盒所用的導(dǎo)電材料要求電阻小,，和匯流帶引出線的接觸電阻要小,。

1.2、保護(hù)

接線盒的保護(hù)作用包括三部分,，一是通過旁路二極管防止熱斑效應(yīng),，保護(hù)電池片及組件；二是通過特殊材料密封設(shè)計(jì)防水防火,；三是通過特殊的散熱設(shè)計(jì)降低接線盒的工作溫度,，減小旁路二極管的溫度，進(jìn)而降低其漏電流對(duì)組件功率的損耗,。

二,、性質(zhì)

2.1、耐候性

耐候性是指：材料如涂料,、塑料,、橡膠制品等，應(yīng)用于室外經(jīng)受氣候的考驗(yàn),，如光照,、冷熱、風(fēng)雨,、細(xì)菌等造成的綜合破壞,，其耐受能力叫耐候性。

接線盒暴露在環(huán)境中的部分為盒體,、盒蓋及連接器（PC）,，它們都是由耐候性強(qiáng)的材料制作，目前最常用的材料為PPO（聚苯醚）,，它是世界五大通用工程塑料之一,。具有剛性大、耐熱性高,、難燃,、強(qiáng)度較高電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。另外,，聚本醚還具有耐磨,、無毒、耐污染等優(yōu)點(diǎn),。PPO的介電常數(shù)和介電損耗在工程塑料中是最小的品種之一,，幾乎不受溫度、濕度的影響,，可用于低,、中、高頻電場(chǎng)領(lǐng)域,。PPO的負(fù)荷變形溫度可達(dá) 190℃以上,，脆化溫度為-170℃,。

2.1.1、耐高溫高濕

組件的工作環(huán)境非常惡劣,，有的工作在熱帶地區(qū),，日平均溫度非常高；有的工作溫度非常低,，如高海拔地區(qū),、高緯度地區(qū)；有的晝夜溫差非常大,，如沙漠地區(qū),。因此要求接線盒要有優(yōu)良的耐高溫，耐低溫性能,。

耐候性測(cè)試如下表所示：

2.1.2,、耐紫外線

紫外線對(duì)塑料產(chǎn)品都有一定的破壞，尤其是高原地帶空氣稀薄,，紫外線輻照度很高,。

2.3、阻燃性

阻燃性是指物質(zhì)具有的或材料經(jīng)處理后具有的明顯推遲火焰蔓延的性質(zhì),。

阻燃等級(jí)由HB,，V-2，V-1向V-0逐級(jí)遞增： HB：UL94和CSA C22.2 No 0.17標(biāo)準(zhǔn)中最底的阻燃等級(jí),。要求對(duì)于3到13 毫米厚的樣品,，燃燒速度小于40毫米每分鐘；小于3毫米厚的樣品,，燃燒速度小于70毫米每分鐘,；或者在100毫米的標(biāo)志前熄滅,。 V-2：對(duì)樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測(cè)試后,，火焰在60秒內(nèi)熄滅?？梢杂腥紵锏粝?。 V-1：對(duì)樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測(cè)試后，火焰在60秒內(nèi)熄滅,。不能有燃燒物掉下,。 V-0：對(duì)樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測(cè)試后，火焰在30秒內(nèi)熄滅,。不能有燃燒物掉下 ,。

2.4、防水防塵

標(biāo)準(zhǔn)：GB 4208 2008 《外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)》中規(guī)定的防塵防水等級(jí)IP等級(jí),，表示為：

第一個(gè)X表示防塵等級(jí)：

0：沒有保護(hù)

1：防止大的固體侵入

2：防止中等大小的固體侵入

3：防止小固體進(jìn)入侵入

4：防止物體大于1mm的固體進(jìn)入

5：防止有害的粉塵堆積

6：完全防止粉塵進(jìn)入

第二個(gè)X表示防水等級(jí)：

0：沒有保護(hù)

1：水滴滴入到外殼無影響

2：當(dāng)外殼傾斜到15度時(shí),，水滴滴入到外殼無影響

3：水或雨水從60度角落到外殼上無影響

4：液體由任何方向潑到外殼沒有傷害影響

5：用水沖洗無任何傷害

6：可用于船艙內(nèi)的環(huán)境

7：可于短時(shí)間內(nèi)耐浸水（1m）

8：于一定壓力下長(zhǎng)時(shí)間浸水

一般接線盒的防水防塵等級(jí)為IP65,。

2.5、散熱性

使接線盒內(nèi)溫度升高的因素主要為二極管和環(huán)境溫度,。二極管在導(dǎo)通時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量,，同時(shí)，由于二極管和接線端子存在接觸電阻,，也會(huì)產(chǎn)生熱量,。另外，環(huán)境溫度升高也會(huì)使接線盒內(nèi)部溫度升高,。

接線盒內(nèi)容易受高溫影響的部件為密封圈,，二極管。高溫會(huì)加速密封圈的老化速度,，影響接線盒的密封性,；二極管內(nèi)部存在反向電流，溫度每升高10℃,，反向電流就會(huì)增大一倍,，反向電流會(huì)減小組件產(chǎn)生的電流，影響組件的功率,。所以,，接線盒必須具備優(yōu)良的散熱性，或作特殊的散熱設(shè)計(jì),。

常見的散熱設(shè)計(jì)為安裝散熱片,。但是安裝散熱片并沒有徹底解決散熱問題。因?yàn)槿绻诮泳€盒內(nèi)部安裝散熱片,，雖然暫時(shí)降低了二極管的管溫,，但是仍然會(huì)使接線盒溫度升高，影響橡膠密封圈的使用壽命,；如果安裝在盒外面,，一方面會(huì)影響接線盒整體的密封性，也會(huì)容易使散熱片被腐蝕,。

三,、分類

接線盒主要有兩種類型：普通和灌封兩種。

普通接線盒采用硅膠密封圈密封,，灌膠接線盒則采用雙組分硅膠填充來灌封,，普通接線盒應(yīng)用較早，操作簡(jiǎn)單,，但是密封圈使用年限較長(zhǎng)時(shí)易老化,。灌封接線盒操作較復(fù)雜（需要填充雙組分硅膠，并固化），但密封效果好,，耐老化,，能保證接線盒密封長(zhǎng)期有效，且價(jià)稍便宜,。

注：灌封裝接線盒以前一般用于薄膜組件,，但是目前如尚德、阿特斯等也將其應(yīng)用與晶體硅組件,。

接線盒還有其他分類,，按照功率和連接器分，也有按二極管工作電流分類的,。

四,、組成

接線盒無論怎么變化，基本結(jié)構(gòu)都是基本不變的,，及包括盒體,、盒蓋、連接器,、接線端子,、二極管等，一些接線盒廠家設(shè)計(jì)了散熱片加強(qiáng)河內(nèi)溫度的散發(fā),，也有一些接線盒廠家做了其他方面細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì),，但是總的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。

4.1,、盒體

盒體是接線盒的主體部分,，內(nèi)置接線端子和二極管，外接連接器和盒蓋,，是接線盒的框架部分,，承受大部分的耐候要求。盒體的制作材料一般為PPO（聚苯醚）,，它是世界五大通用工程塑料之一,。具有剛性大、耐熱性高,、難燃,、強(qiáng)度較高電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。另外,，聚本醚還具有耐磨、無毒,、耐污染等優(yōu)點(diǎn),。PPO的介電常數(shù)和介電損耗在工程塑料中是最小的品種之一，幾乎不受溫度、濕度的影響,，可用于低,、中、高頻電場(chǎng)領(lǐng)域,。PPO的負(fù)荷變形溫度可達(dá) 190℃以上,，脆化溫度為-170℃。

4.2,、盒蓋

盒蓋起到密封盒體,，防水防塵防污染的作用。密封性主要體現(xiàn)在內(nèi)置橡膠密封圈,，阻止空氣及水分等進(jìn)入接線盒內(nèi)部,。有的廠家在盒蓋中心部位設(shè)置小孔，空中裝有透析膜,，該膜透氣不透水,，水下三米無水滲入，起到非常好散熱和密封的作用,。

盒體及盒蓋一般有耐候性好的材料注塑而成,，彈性好，抗溫度沖擊,，耐老化性能強(qiáng),。

4.3、連接器

連接器連接接線端子和外部用電設(shè)備如逆變器,，控制器等,。連接器采用PC（聚碳酸酯）材質(zhì)，但PC容易被多種物質(zhì)腐蝕,。接線盒老化主要體現(xiàn)在連接器易被腐蝕,，塑料螺母低溫沖擊容易出現(xiàn)破裂。因此,，接線盒的使用壽命體現(xiàn)為連接器的壽命,。

4.4、接線端子

接線端子連接組件引出線與連接器,，數(shù)量有2,、3、4,、5,、6等多種規(guī)格，端子本身寬度根據(jù)引出線的不同有2.5,、4,、6mm三種,，不同廠家的接線盒，端子間距也不同,。

接線端子與引出線的接觸方式有兩種：一種為壓緊或加緊型等物理接觸式,，一種為焊接方式。兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)前面已有論述,。

4.5,、二極管

光伏接線盒內(nèi)的二極管是作為旁路二極管使用，起到防止熱斑效應(yīng),，保護(hù)組件的作用,。

組件正常工作時(shí)，旁路二極管處于截止?fàn)顟B(tài),，這時(shí)存在反向電流,，即暗電流，一般小于０.２微安,。 暗電流會(huì)減小組件產(chǎn)生的電流,，雖然幅度很小。

從最理想的角度來說,，每一個(gè)光電池都應(yīng)連上一個(gè)旁路二極管,，但因?yàn)榕月范O管價(jià)格成本的影響和暗電流損耗以及工作狀態(tài)下壓降的存在，這樣就很不經(jīng)濟(jì)了,。此外,，光伏組件各電池片的位置比較集中，接上相應(yīng)的二極管之后,，還得為這些二極管提供充分的散熱條件,。

因此，實(shí)際運(yùn)用時(shí)一般比較合理的方法是使用一個(gè)旁路二極管為多個(gè)相互連接的電池分組提供保護(hù),。這樣可以降低光伏組件的生產(chǎn)成本,，但也會(huì)使其性能受到不利的影響。其實(shí),，若某串電池片中某一電池片的輸出功率下降,。那么這個(gè)串電池片，其中包括那些工作正常的電池片,，便會(huì)因旁路二極管的作用而與整個(gè)光伏組件系統(tǒng)隔離,。結(jié)果就會(huì)是整個(gè)光伏組件的輸出功率因某一個(gè)電池片的失效而出現(xiàn)過多的下降。

除上述問題之外,，旁路二極管與其相鄰的旁路二極管之間的連接必須考慮周全,。實(shí)際上，這些連接要受到一些應(yīng)力的影響,，這些應(yīng)力是機(jī)械負(fù)荷和溫度周期性變化的產(chǎn)物,。因此,，在光伏組件的長(zhǎng)期使用過程中,，上述連接就可能因疲勞而失效,，使光伏組件產(chǎn)生異常

另外，遮蔽一個(gè)電池片與遮蔽兩塊電池片各一半的效果不同,，所以遮蔽不可避免時(shí),，盡量使遮蔽盡可能多的電池，每個(gè)電池盡可能少的陰影,。

4.5.1,、熱斑效應(yīng)

在太陽能組件的構(gòu)造中，單個(gè)電池片被串聯(lián)在一起,，就是所謂的串聯(lián)以達(dá)到更高的系統(tǒng)電壓,。 一旦其中一個(gè)電池片被遮擋（例如：樹枝或者天線等等），受影響的電池就不再作為電源工作,，而是變成能量消耗者,，其他未遮擋的電池將繼續(xù)通過它們傳遞電流造成高的能量損耗，“熱斑”就會(huì)出現(xiàn),，甚至電池?fù)p毀,。

為了避免這個(gè)問題，旁路二極管被并聯(lián)在一個(gè)或者幾個(gè)串聯(lián)在一起的電池上,。旁路電流繞過被遮擋的電池片,，經(jīng)二極管而傳遞下去。

當(dāng)電池片正常工作時(shí),，旁路二極管反向截止,，對(duì)電路不產(chǎn)生任何作用；若與旁路二極管并聯(lián)的電池片組存在一個(gè)非正常工作的電池片時(shí),，整個(gè)線路電流將由最小電流電池片決定,，而電流大小由電池片遮蔽面積決定，若反偏壓高于電池片最小電壓時(shí),，旁路二極管導(dǎo)通,，此時(shí)，非正常工作電池片被短路,。

可見,，熱斑即組件發(fā)熱或局部發(fā)熱，熱斑處電池片受到損傷,，降低組件功率輸出甚至導(dǎo)致組件報(bào)廢,，嚴(yán)重降低組件的使用壽命，對(duì)電站發(fā)電等安全造成隱患,。熱量聚集導(dǎo)致組件不良或損壞,。

電池組件熱斑的形成,，外部因素主要事組件或局部組件受到遮擋物遮擋，常見的遮擋物有：樹葉,、塵土,、云層、動(dòng)物及動(dòng)物糞便,、積雪等,；內(nèi)在因素有太陽電池內(nèi)阻和太陽電池自身逆電流大小有關(guān)。從電池片的實(shí)際等效電路即可分析到此結(jié)論,。負(fù)載與太陽電池內(nèi)阻串聯(lián),，由等效電路圖得到流過負(fù)載的電流：

I= Iph–ID–ISh則串聯(lián)電阻工作功率：

P= I2Rs，故Rs對(duì)電池片溫度的影響是肯定的,，對(duì)于電池片來講,，內(nèi)阻越小越好。內(nèi)阻主要是電池片自身由于制作工藝產(chǎn)生的內(nèi)阻外,，還有就是焊帶產(chǎn)生的內(nèi)阻,，因此，對(duì)于電池片的焊接工藝應(yīng)該引起充分重視,，對(duì)焊帶的選擇也應(yīng)該選擇內(nèi)阻小的為好,；至于逆電流因素，還是要從實(shí)際等效電路分析,，對(duì)于不同的電池片,，其暗電流有差異。組件短路,，遮擋組件上的某片電池片無法正常工作,，相對(duì)于組件來說其是個(gè)內(nèi)阻，消耗：

P = I2 R (R：被遮擋電池片的等效內(nèi)阻),。

被遮擋的電池片的生熱電流為 I = ID + ISh（I :逆電流,，ID :暗電流，Ish: 漏電流）,，故,，逆電流較大的太陽電池硅片，在外界環(huán)境相同的條件下,，其產(chǎn)生熱斑的可能性較大,。

安裝在外部環(huán)境下的組件陣列溫度T與日照強(qiáng)度L、系統(tǒng)環(huán)境溫度Ts,、內(nèi)阻產(chǎn)生的溫度Ti相關(guān),。組件溫度可表示為：

T = T0＋αTs +βL＋Ti

（T0、α,、β是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按最小二乘法處理后所得的系數(shù),，系數(shù)值與所使用的太陽電池的類型,、安裝地點(diǎn)、支架形式等因素都有關(guān)系 ）

熱斑的危害是巨大的,，而且組件陣列電站如在無人維護(hù)的情況下,，熱斑效應(yīng)也極易發(fā)生，怎么才能避免或減輕熱斑的對(duì)組件的不利影響成為組件設(shè)計(jì)的重要問題,。

4.5.2,、二極管的選擇原則

旁路二極管的選擇主要遵循以下原則：

１,、耐壓容量為最大反向工作電壓的兩倍,；

２、電流容量為最大反向工作電流的兩倍,；

３,、結(jié)溫溫度應(yīng)高于實(shí)際結(jié)溫溫度；

４,、熱阻?。?/p>

５,、壓降?。?/p>

五,、性能參數(shù)

5.1,、電性能

接線盒的電性能主要包括工作電壓、工作電流,、電阻等參數(shù),。衡量一個(gè)接線盒是否合格，電性能是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié),。

5.1.1,、工作電壓

加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子擊穿,，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值,。例如,，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V,。

也就是接線盒正常工作條件下運(yùn)行時(shí),，其相應(yīng)器件所承受的最高電壓。目前而言,，接線盒的工作電壓為1000V（DC）,。

5.1.2,、結(jié)溫電流

也稱工作電流，是指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過的最大正向電流值,。因?yàn)殡娏魍ㄟ^管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱,，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為140左右,，鍺管為90左右）時(shí),，就會(huì)使管芯過熱而損壞。所以,，二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值,。

在組件發(fā)生熱斑效應(yīng)時(shí)，電流流經(jīng)二極管,。一般而言,，結(jié)溫電流越大越好，這樣接線盒的工作范圍就越大,。目前結(jié)溫電流能做到16A,，而對(duì)于小組件接線盒，結(jié)溫電流要達(dá)到9A,。

5.1.3,、連接電阻

連接電阻并沒有明確的范圍要求，只是反應(yīng)接線端子與匯流帶的連接方式的好壞程度,。

接線端子的連接方式分為兩種,，一種為夾緊式連接，一種為焊接,。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：

首先,，夾緊式連接操作快捷，維修方便,，但是與接線端子基礎(chǔ)面積小,，連接不夠可靠，導(dǎo)致接觸電阻大,，容易發(fā)熱,。

第二，焊接方式導(dǎo)電面積答,，接觸電阻小,，連接緊密。但是在操作時(shí)由于焊接溫度較高,，容易燒壞二極管,。

5.2、焊帶寬度

所謂的焊帶寬度是指組件引出線即匯流帶的寬度，還包括焊帶之間的間距,。由于考慮到匯流帶電阻和匯流帶間距,，有2.5mm、4mm,、6mm三種規(guī)格,。

5.3、使用溫度

接線盒同組件一起工作,，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性要較強(qiáng),。在溫度方面，目前的標(biāo)準(zhǔn)是-40℃~85℃,。

5.4,、結(jié)溫溫度

二極管結(jié)溫會(huì)影響其截止?fàn)顟B(tài)下的漏電流，一般來說,，溫度每升高十度,，漏電流會(huì)增大一倍。因此有必要在使用時(shí),，二極管的額定結(jié)溫溫度要高于實(shí)際結(jié)溫溫度。例如2AP1型鍺二極管,，在25時(shí)反向電流若為250uA,，溫度升高到35，反向電流將上升到500uA,，依此類推,，在75時(shí)，它的反向電流已達(dá)8mA,，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會(huì)使管子過熱而損壞。

實(shí)際的結(jié)溫溫度用一下方法測(cè)量：

把組件放在75度烘箱中至熱穩(wěn)定,，在二極管中通組件的實(shí)際短路電流,，熱穩(wěn)定后（例如1h），測(cè)量二極管的表面溫度,，根據(jù)以下公式計(jì)算實(shí)際結(jié)溫：

Tj=Tcase + R*U*I,，其中R為熱阻系數(shù)，由二極管廠家給出,，Tcase

是二極管表面溫度（用熱電偶測(cè)出）,，U是二極管兩端壓降（實(shí)測(cè)值），I為組件短路電流,。計(jì)算出的Tj不能超過二極管規(guī)格書上的結(jié)溫范圍,。

測(cè)試二極管結(jié)溫溫度合格與否的方法為：

組件整體加熱到75(C℃，通入Isc的反向電流持續(xù)1h后,，所測(cè)旁路二極管的溫度應(yīng)低于其最高工作溫度,。隨后再將通入的反向電流增加到1.25倍Isc,，持續(xù)1h，旁路二極管應(yīng)不失效,。

六,、注意事項(xiàng)

6.1、測(cè)試

接線盒在使用之前要進(jìn)行測(cè)試,，主要項(xiàng)目有外觀,，密封性，防火性等級(jí),，二極管是否合格等,。

測(cè)試的明細(xì)如下表：

6.2、使用

1.使用之前請(qǐng)確定接線盒經(jīng)過測(cè)試并合格,。

2.下生產(chǎn)指令單之前,，請(qǐng)先確定接線端子間距，一邊確定排版工藝,。

3.裝接線盒時(shí)打膠要均勻,，全面，保證盒體與背板之間完全密封,。

4.安裝接線盒請(qǐng)務(wù)必分清楚正負(fù)極,。

5.接觸式接線端子在連接匯流帶時(shí)請(qǐng)務(wù)必檢驗(yàn)匯流帶與接線端子之間的拉力是否足夠。

6.焊接式接線端子在使用時(shí),，焊接時(shí)間不要太長(zhǎng),，以免損壞二極管。

7.安裝盒蓋時(shí)請(qǐng)務(wù)必用力卡牢,。