淺析光伏系統運維風險中的連接器失效

史陶比爾（杭州）精密機械電子有限公司 ■ 沈錢平 袁萬強 馬良

0 引言

隨著光伏“531新政”的實施，我國光伏市場由“增量市場”轉向“存量市場”的趨勢不容忽視。這就意味著，已并網光伏電站的效率和收益將成為業主關注的焦點。光伏電站成功并網后，運維隨即成為業主的重要工作，運維的好壞，不僅影響電站的長期穩定運行，同時關系到電站投資者的最終收益。提前預防電站運維中的各項風險至關重要。

1 光伏連接器與電站收益

通常，光伏組件、逆變器和匯流箱是光伏電站日常維護的主要關注對象，而一些小部件的故障風險卻容易被忽視，光伏連接器就是其中最具代表性的案例。

光伏連接器在系統初始投資成本中的占比不足0.5%，但卻是光伏系統的關鍵零部件，它確保著系統所發電量能夠從組件穩定傳輸到逆變器和用戶端。若無可靠的電連接或連接器失效，電站發電量受到影響，業主就無法獲得穩定的補貼，同時也會導致電站盈利能力下降和回報減少。歐盟Horizon 2020“Solar Bankability”項目組根據746座電站的實際運維數據，給出了電站運維TOP20技術失效的列表，若只考慮失效風險所造成的發電量收益損失，“光伏連接器損壞和燒毀”在失效列表中排在第2位。

電站的盈利能力與選擇高質量的部件息息相關。業主在光伏連接器上節省資金，并不是一種明智的做法。因為，不注重質量，通常意味著后續的高損失和風險，而這些本可避免。光伏連接器的低接觸電阻及長期可靠性，能夠保障電站高效和安全運行。而持續升高的接觸電阻會導致光伏項目的安全風險大幅提高，降低電站運行效率。需要指出的是，各種不同的風險因素是密切相關的，如圖1所示。

圖1 光伏連接器的風險因素

2 光伏連接器失效原因分析

下文對引起光伏連接器失效的3種原因——質量差、光伏連接器互插及不規范安裝進行了分析。

2.1 質量差

從光伏連接器的外觀和質感可大致了解該產品的外形設計及絕緣材料的選擇。但是，評價光伏連接器好壞的核心指標是公母連接器對插之后的接觸電阻。一個高質量的連接器須具有很低的接觸電阻，并能夠長期維持這種低接觸電阻狀態。根據光伏連接器最新國際標準IEC 62852，公母對插后的接觸電阻在TC200+DH1000測試后，增量不能大于5 mΩ或者電阻終值小于初始值的150%。而這僅是最低要求，不同廠商連接器的接觸電阻值取決于制造商的技術水平。

對于如何評判接觸電阻，TC400(2×TC200)和DH1000實驗提供了一個解讀方向。圖2為實驗比較后的結果，由圖2可知，高質量的光伏連接器的接觸電阻非常穩定，這主要得益于其所使用的電連接技術。因此，客戶在選擇光伏連接器時，須對其所使用的核心技術進行全面的了解。

圖2 質量差引起的接觸電阻和溫升變化

圖3 互插引起的溫升及接觸電阻變化

2.1 光伏連接器互插

在光伏電站建設過程中，不同品牌的光伏連接器互插現象普遍。有些電站中，組件、逆變器和匯流箱均使用不同廠家的連接器。EPC公司有時也會單獨采購光伏連接器，這都可能涉及互插問題。之所以存在互插現象，一是因為客戶不了解互插的風險，另一個原因是部分廠商宣稱諸如“MC4兼容”或“MC4互配”。此處需要說明的是，大家都將連接器稱為“MC4”，但其實MC4是史陶比爾公司于2002年推出的一款連接器產品，因其得到市場的廣泛認可且應用量大，已成為行業標準或規范。如此，市場才會出現所謂的兼容或互配概念。

UL與IEC皆明確規定，不同廠商的光伏連接器不允許互插。同時，實驗室和現場數據也不支持互插。不建議互插的原因包括：技術和產品材料存在差異、生產過程和質量標準存在差異、公差不一致和原材料不同等問題。另外，還需要指出的是，光伏連接器互插會導致IEC 62852產品認證失效，從而產生技術和法律風險。若因光伏連接器互插引發火災，進而對簿公堂，其費用將十分昂貴，而且費時費力。

光伏連接器互插后，盡管從表面上看完成了連接，但互插的隱患已然存在。光伏連接器互插，會導致溫升、接觸電阻變化及IP防護等級無法保證的問題，嚴重時還會引發火災，進而影響電站的發電效率和安全。

2.3 不規范安裝

不規范安裝是影響光伏電站整體功能和盈利能力的另一個風險。此處的不規范安裝通常是指不規范壓接，尤其是光伏電纜與光伏連接器金屬芯的壓接問題?，F場工人有時直接使用劣質甚至是通用工具進行壓接，這樣很難保證壓接品質，易造成壓接不良，如接合部位電纜銅絲彎折、部分銅絲未壓接進去或誤壓電纜絕緣層。

不規范安裝和壓接不良可能導致以下情況：不符合規范標準、不穩定的接觸電阻及密封性失效。壓接不良的剖面圖如圖4所示。因此，史陶比爾公司建議使用專業的壓接工具，并依據廠商的安裝說明進行操作，以確保安全和規范的安裝。

圖4 不良的壓接狀況

3 結語

對光伏系統而言，光伏連接器雖小，卻是一個“牽一發而動全身”的關鍵零部件。若一個光伏連接器失效，則整串組件不能繼續工作。更重要的是，錯誤的連接器選型會導致更高的運維成本(包括發電量損失、人力成本及安全風險)。

若能在最初選擇光伏連接器時給予足夠重視，了解不同廠家連接器的互插風險，現場安裝時使用專業工具且嚴格按照操作規范安裝，那么后期運維會節省很多人力、物力和財力，系統效益也會更高。