大電流接線盒已完全滿足210高功率組件需求

近日，隨著166、182和210組件的量產(chǎn)推進(jìn)，業(yè)內(nèi)在持續(xù)探討硅片尺寸變化的優(yōu)劣勢。討論的焦點(diǎn)包括組件的電參及尺寸、運(yùn)輸、原材料供應(yīng)等，當(dāng)然也有部分討論到接線盒的可靠性及選材。作為長期從事接線盒研發(fā)、制造的材料供應(yīng)商，我們從材料角度來分析接線盒與大尺寸硅片及高功率組件的關(guān)系。

接線盒工作原理

接線盒主要作用是將光伏組件產(chǎn)生的電力輸出到外部線路，包括殼體、二極管、連接器、線纜等部件，其中二極管是核心器件。當(dāng)組件正常工作時，接線盒中的二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)組件電池片發(fā)生遮擋、損壞等熱斑效應(yīng)時，旁路二極管導(dǎo)通對整個光伏組件起到保護(hù)作用。

表1組件電性能參數(shù)及接線盒選擇

上表為光伏組件廠典型的166、182和210組件電性能參數(shù)及接線盒額定電流選擇情況，組件參數(shù)分別呈現(xiàn)了低電流、高電壓和高電流、低電壓現(xiàn)象。

接線盒及二極管

接線盒關(guān)鍵指標(biāo)包括接線盒額定電流、二極管額定電流及反向耐壓等，取決于接線盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及二極管的規(guī)格選擇。

通常，組件及接線盒認(rèn)證測試時按照接線盒額定電流≥1．25倍Isc選擇和測試，此外還會保留一定的余量。在正常工作情況下，接線盒二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，不管對于166、182組件還是210組件，二極管都不會導(dǎo)通、發(fā)熱，相比210組件，182、166組件的接線盒二極管將承受略高的反偏電壓。

在光伏組件發(fā)生熱斑時，二極管將正向?qū)?、發(fā)熱。以210組件和25A接線盒為例，在輸出電流Isc＝18．6A的情況下（實(shí)際組件工作時電流為Imp≈17．5A），結(jié)溫約為120℃。即使考慮部分光照充足的環(huán)境，在1．25倍Isc（23．2A）情況下，此時接線盒的結(jié)溫約為160℃，均遠(yuǎn)低于IEC62790標(biāo)準(zhǔn)的200℃結(jié)溫上限。當(dāng)然，對于182、166組件Isc略低，同樣配置的接線盒發(fā)熱更低，接線盒均處于安全工作狀態(tài)，并不存在可靠性風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 25A接線盒和15A接線盒結(jié)溫對比圖

上述分析的是在組件發(fā)生熱斑情況下的接線盒工作情況。而對于光伏組件發(fā)生飛鳥或樹葉等遮擋熱斑后迅速消失時，則會發(fā)生二極管熱逃逸現(xiàn)象，組件串將給二極管帶來瞬間反偏電壓和漏電流，更高的串電壓給接線盒及二極管帶來更大的挑戰(zhàn)。從接線盒設(shè)計(jì)角度考慮，合理的盒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、易散熱的二極管封裝方式以及性能更優(yōu)的芯片選擇都可以解決這些問題。

圖2 25A接線盒測試23．2A．1V熱逃逸曲線圖

對于雙面組件和半片組件，由于各單元側(cè)均為相互并聯(lián)結(jié)構(gòu)，如下圖所示，局部發(fā)生熱斑效應(yīng)和熱逃逸時，并聯(lián)部分可以進(jìn)行分流，此時接線盒所保留的安全余量更大。經(jīng)測算，雙面半片組件的并聯(lián)兩側(cè)及正面、背面同時被遮擋的概率極低，約10GW中1塊組件的發(fā)生率。因此，實(shí)際情況下，接線盒滿負(fù)荷工作的情況幾乎不可能發(fā)生，完全可以保障可靠性。

圖3 雙面半片組件熱斑工作示意圖

連接器及線纜

連接器作為電力傳輸部件之一，承擔(dān)著電站成功連接的重任。目前，市面上常用的主流連接器額定電流均高于30A，最大可以達(dá)到55A，均可足夠滿足現(xiàn)有高功率組件電力傳輸要求。經(jīng)驗(yàn)證，某廠家額定電流為41A光伏連接器在55A的組件反向電流過載測試中，監(jiān)控溫度為76℃，遠(yuǎn)低于連接器原材料105℃RTI值。不過，在大電流應(yīng)用環(huán)境下，連接器端也應(yīng)該盡量避免因局部高阻造成的限流，局部接觸點(diǎn)過熱等潛在問題。有效解決方案，如優(yōu)化導(dǎo)電體環(huán)接觸性能，改善連接器整體結(jié)構(gòu)，提高連接器端線纜壓接質(zhì)量，連接部位加錫雙保險(xiǎn)工藝等。

對于線纜，符合EN或IEC標(biāo)準(zhǔn)線纜的額定電流（4mm2線纜，表面相互貼鄰時額定電流為44A）遠(yuǎn)高于接線盒額定電流，因此無需擔(dān)憂其可靠性。

接線盒制造流程及市場概況

隨著接線盒的制造水平和質(zhì)量控制能力的穩(wěn)步提升，接線盒的性能、可靠性已經(jīng)具備較好的保證，可以滿足大尺寸硅片＆高功率組件的使用要求。

1、接線盒設(shè)計(jì)及制造過程中，大量引入在半導(dǎo)體、汽車、航天等領(lǐng)域已驗(yàn)證過的新工藝、新技術(shù)，如模塊封裝技術(shù)、中頻焊接技術(shù)等，提升接線盒產(chǎn)品的電氣性能及散熱能力。

2、在接線盒制造過程中，加大自動化設(shè)備的研發(fā)及投入，可以保證其加工精度、品質(zhì)、流程可控，做到流程自動化、品控自動化。

3、根據(jù)接線盒制造經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)加強(qiáng)管控接線盒各配件之間的連接可靠性控制和關(guān)鍵質(zhì)量管控點(diǎn)管理，比如連接點(diǎn)處壓縮比的管控、加錫雙保險(xiǎn)工藝要求，超聲波焊接工藝控制，電暈處理，以及各重要參數(shù)的監(jiān)控。

圖4 接線盒制造工藝流程及核心質(zhì)量管控點(diǎn)（紅框內(nèi)）

除了接線盒廠家自身能力的提升，組件廠及第三方機(jī)構(gòu)對接線盒及零部件的測試評估及質(zhì)量管控也在不斷完善，也進(jìn)一步促進(jìn)了接線盒廠家的質(zhì)量控制及研發(fā)能力的提升。

表2大電流接線盒市場供應(yīng)情況

如上表，從2020年上半年開始，TUV等認(rèn)證機(jī)構(gòu)已向多家接線盒廠家頒發(fā)25A、30A接線盒認(rèn)證證書。一批批的大電流接線盒通過第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)證測試，也進(jìn)一步增強(qiáng)了接線盒廠和光伏組件廠的信心。隨著182和210大硅片組件的產(chǎn)能釋放，大電流接線盒配套產(chǎn)能也將逐步建立和擴(kuò)充。

綜上所述，大電流接線盒及零部件性能、可靠性保證及制造能力已成熟，完全可滿足不同類型大尺寸硅片＆高功率組件的使用要求。