關于光伏連接器對光伏電站投資回報影響的分析

江蘇旭日新能源科技發展有限公司 ■ 時劍

陽立電子(蘇州)有限公司 ■ 童紅

關于光伏連接器對光伏電站投資回報影響的分析

江蘇旭日新能源科技發展有限公司 ■ 時劍*

陽立電子(蘇州)有限公司 ■ 童紅

以100 MW光伏電站全年光照小時數1500 h為例，通過對國內目前已使用的優質和劣質光伏連接器進行失效分析和測試，結果顯示，劣質光伏連接器比優質光伏連接器年發電量損失超過93%；在整個光伏電站25年壽命期內，采用優質光伏連接器比采用劣質光伏連接器多發電超過500萬kWh，同時也大幅降低了使用劣質光伏連接器所帶來的后期運維費用的增加。因此，采用優質光伏連接器對提升光伏電站投資回報有明顯的提升作用。

光伏連接器；發電量損失；運維費用；投資回報

0 引言

目前光伏電站的設計壽命都在20～25年[1]，因此，對光伏電站系統中設備部件的工作壽命也提出了相應要求，每個設備部件都存在諸如機械壽命、電氣壽命有限等問題，這些壽命會對光伏電站的最終投資收益造成一定的影響。在光伏電站中，組件、逆變器、線纜、支架、高低壓開關柜、變壓器這些設備因在工程造價中占比較突出，會引起設計和采購方的重視；而作為組件和光伏線纜連接必要部件的光伏連接器，由于其造價占整個光伏電站系統造價不超過0.4%，在系統設計和設備部件采購中對其品質的要求往往容易被忽略。

許多光伏電站建設在條件艱苦的西部地區，也有一部分以分布式發電的形式建設在屋頂，無論是集中式光伏發電還是分布式光伏發電，都存在電站建成后運維成本增加的問題。為了減少維護成本，有效的途徑是提升系統可靠性，而系統可靠性的提升主要取決于系統所采用的設備部件的可靠性。

目前國家每年以15～20 GW[2]的速度建設光伏電站，截至2015年9月底，我國光伏發電裝機容量達到37.95 GW[3]，1～9月全國累計光伏發電量為306億kWh。而在電站運維中發現，使用廉價光伏連接器頻頻出現故障，甚至出現光伏連接器燒毀現象，對光伏陣列區造成很大的火災安全隱患，因此，光伏連接器的選擇應引起足夠重視。

1 光伏連接器失效分析

通過對國內多個光伏電站失效光伏連接器進行外觀分析后發現，光伏連接器燒毀的部位主要存在于連接器的中間部分(即A～B段，電阻記為Rco)及兩端壓接部分(即C～D段，電阻記為Rcr)，如圖1所示。

圖1 光伏連接器示意圖

光伏連接器燒毀，致使光伏陣列發生火災的根本原因在于：通流情況下，光伏連接器的電阻增大，導致溫升增加并超出塑料外殼及金屬件所能承受的溫度范圍，從而引發火災。因此，光伏連接器的失效并引發火災是由塑料外殼和金屬件共同作用的結果。如圖2所示，利用紅外熱成像儀對優、劣質光伏連接器工作時的溫度進行熱成像，顯然劣質光伏連接器工作時溫度更高。

圖2 優、劣質光伏連接器工作時溫度的熱成像圖

1.1 金屬件部分

金屬件是光伏連接器組成的主體，也是最主要的通流路徑。在各種環境下運行時，穩定的電阻是保障連接器正常工作的前提條件。

光伏連接器的接觸電阻R由3部分組成：Rco、金屬件內阻及Rcr。圖3為光伏連接器接觸電阻R插合狀態，優、劣質光伏連接器由于金屬件內阻在正常情況下變化較小，可忽略不計，但Rco和Rcr存在較大差異。

圖3 連接器接觸電阻R插合狀態

1.1.1 電阻Rco

目前全球市場上的光伏連接器都采用類似的Multilam(表帶)[4]連接，該技術為史陶比爾公司核心技術，該部分電阻由3部分組成：膜阻、表帶本身的電阻及收縮電阻。

電阻Rco是光伏連接器對插后金屬件搭接部分的電阻。如果Rco出現非正常增大，就會導致溫度升高，進而導致光伏連接器中間部位引發火災。致使Rco非正常增大的原因主要有以下兩方面：

1)安裝不到位。安裝不到位是引起Rco增大的主要因素之一。每個公司的光伏連接器插合后，為了能保證通流，A～B段(見圖1)的搭接長度是一定的，目的就是為了保證兩個金屬件完全接觸。如果在連接器的組裝過程中出現安裝不到位的情況，則金屬件的插合就會出現異常，如圖4 、圖5所示。

圖4 插合到位(剖面)

圖5 插合不到位(剖面)

在圖5情況下進行通流，由于劣質光伏連接器金屬插針和插座未充分通過表帶接觸，于是這一部分的電阻Rco就會在通流過程中變大，該部位產生的熱量就會增加，進而導致溫度升高；長期的高溫對其部位氧化和老化加劇，進一步增加該部位的阻抗，最終導致光伏連接器燒毀。

2)不同公司的光伏連接器互插。在光伏電站建設中，各公司的光伏連接器互插現象在電站應用中普遍存在，而且許多電站業主和組件廠商都認為可以互插。

互插無法保證通流的根本原因在于其無法保證核心元器件表帶的長期有效接觸，因為各個公司表帶槽的尺寸公差及表帶與金屬件的配合尺寸公差存在一定差異；并且互插無法保證各個公司所使用的光伏連接器材料的一致性。

1.1.2 電阻Rcr

壓接電阻Rcr主要是與壓接質量和壓接工藝有關。通過壓縮比及壓接剖面來判斷壓接質量的好壞，如圖6所示。

圖6 好的壓接與差的壓接對比圖

1.2 密封性能

連接器由于處于戶外，因此對于密封性能有嚴格要求，如優質光伏連接器達到了IP65甚至IP68的防護等級。由于光伏連接器是與電纜匹配連接，因此當涉及到密封性時，電纜的選擇變得非常重要。一般來說，不同的光伏連接器型號會對應不同的電纜外徑，其目的就是保證密封性能。為了驗證電纜的匹配性，在光伏連接器組裝好之后還要對其進行相關的測試，如IP測試、濕絕緣測試及耐壓測試等。而劣質光伏連接器在戶外應用時，由于密封性能差可能會進水進塵，從而破壞絕緣性能，進而引發火災。

1.3 絕緣材料

絕緣材料的選擇直接決定了光伏連接器的質量。優質的光伏連接器需要選擇合適的絕緣材料，而是否合適主要是通過光伏連接器使用要求來確定的，如材料的耐候性能、耐熱性能、阻燃性能、機械性能、絕緣性能等，光伏連接器絕緣材料的選擇是這幾項性能綜合考慮的結果。選擇合適的材料才能降低產品在較高溫升下的失火概率。

此外，對部分損壞的光伏連接器進行分析發現，這些都采用了回料作為絕緣材料。光伏連接器在很多客戶端是要求使用25年及以上的，這就意味著對材料提出了非常高的要求。雖然使用回料可降低產品成本，但卻增加了產品在使用端的失效概率，因此，光伏連接器廠商應對此加以杜絕。

2 光伏電站投資回報分析

從長遠來看，接觸電阻會直接影響電站的投資回報。以100 MW的光伏電站為例，全年光照時間假定為1500 h，光伏組件采用250 Wp，組件的額定電流為8.28 A，得到100 MW光伏電站需要約42萬套光伏連接器。對比結果如表1所示。

通過表1可知，100 MW光伏電站，采用優質光伏連接器比采用一般或劣質光伏連接器采購成本多140萬，但是一般或劣質光伏連接器每年比優質光伏連接器能量損耗多出近20萬kWh的電，假設按照電價1元/kWh計算即采用優質連接器可每年多盈利約20萬元。因此采用優質光伏連接器可在7年內實現投資回報；實際應該比7年時間更短，因為未考慮采用劣質光伏連接器在完全損壞和更換時發電量的損失，以及后期更換成本，由此可體現采用優質光伏連接器的優越性。

3 運維成本分析

光伏電站成功并網后，運維就成了電站業主

的重要工作。運維好壞不僅影響電站的長期穩定運行，同時關系到電站投資者的價值實現和最終收益。通常100 MW 光伏電站每年在電站運維上花費近200萬。

表1 優、劣質光伏連接器能量損耗對照表

光伏連接器失效產生的主要運維成本體現在如下幾個方面：

1)發電量損失。通常，如果電站中的光伏連接器發生故障，那么該光伏連接器所在組串(以20塊250 Wp組件為例)將會整串失效，即無法發電并網。假設每日平均光照時間為5～6 h，發電量損失為20×250×(5～6)=25～30 kWh，那么相應的經濟損失即為 25～30 kWh與度電補貼的乘積。

2)備品備件。由于不同品牌光伏連接器的質量差異，造成光伏連接器在電站中的使用壽命長短不同，且替換該光伏連接器產生的費用也不同。通常，電站中會有一定比例的備品備件采購量，具體比例根據不同電站的實際情況會有差別。但光伏連接器本身的質量優劣與備品備件的使用時間成正比。以西部某大型地面電站為例，據了解該電站的光伏連接器按照初始裝機量的5%采購備件，約2 年用完。

3)人力成本。根據現有的運維能力和技術水平，即便追蹤到了某塊組件或逆變器發電異常，也很難排除該問題是否出現在光伏連接器失效方面。也就是說，一旦光伏連接器失效，運維人員很難排查，并且失效的光伏連接器越多，運維人員的工作量也將成倍增加。一旦遇到電站環境復雜、惡劣的情況，運維人員的工作難度和強度又將大幅增加，無形中增加了人力成本。

4)風險。無論是上文提到的哪種情況導致光伏連接器失效，都會存在漏電的風險。這就意味著運維人員在排查、替換光伏連接器時將要承擔安全風險。而一旦光伏連接器著火，受到威脅的不僅僅是運維人員的人身安全，甚至可能導致屋頂、 廠房的燒損，造成更多的經濟損失及聲譽損失。

4 總結

綜上所述，盡管光伏連接器造價占整個工程造價不超過0.4%，但劣質光伏連接器存在諸多問題，如接觸電阻大、機械強度低、耐候性差、密封性差、絕緣性能低下等。通過對優、劣質光伏連接器發電量損失、采購成本對比，以及運維成本分析，采用優質光伏連接器的光伏電站優勢顯現明顯，建議光伏電站建設方應對光伏連接器的選擇引起足夠的重視。

[1] (日)太陽光發電協會[編]，劉樹民，宏偉[譯]. 太陽能光伏發電系統的設計與施工[M].北京：科學出版社，2006.

[2] 趙靜.“十三五”年增光伏發電逾1500萬千瓦 產業發展提速[EB/OL]. http://guangfu.bjx.com.cn/news/20160322/718156. shtml，2016-03-22.

[3] 國家能源局.2015年1～9月光伏發電建設信息簡況[EB/ OL]. http://www.nea.gov.cn/2015-10/20/c_134732263.htm, 2015-10-20.

[4] Multi-Contact. Multi-Contact products for renewable energy [EB/OL]. http://www.multi-contact.com/products/productline/5. html, 2016-03.

2016-05-07

時劍(1984—)，男，碩士研究生、工程師，主要從事光伏系統集成方面的研究。shijian600@163.com