高海拔光伏匯流箱應用設計探討

晏鑫

（國家電投集團山南電力有限公司，西藏 拉薩 850000）

高海拔區域太陽能資源豐富，而目前我國對于匯流箱制定的生產標準相對較為寬泛，也沒有著重針對可靠性指標作出強制性規定，這使得光伏匯流箱在高海拔區應用期間涉及到特殊參數設計及設備選型問題。本文主要結合光伏匯流箱工作原理以及匯流箱應用于高海拔區域內主要涉及到的電氣件參數設定與選型方法等，同步測試儀器與試驗進行闡述，通過相關驗證證明有關參數設計及選型能使光伏匯流箱在高海拔區域內應用，且具有良好的穩定性和可靠性，可在匯流箱產品功能作用發揮下最大程度的發揮太陽能光伏發電系統運行價值。

1 高海拔光伏匯流箱的組成與工作原理

光伏發電主要基于光生伏特效應原理，在太陽能電池功能作用發揮下把太陽光轉化成電能。光伏發電系統主要組成部分有控制器、逆變器、匯流箱、太陽能電池板等。在光伏電池工作中，其陣列輸入主要依靠光伏匯流箱實現一級匯流，以此促使光電池陣列向逆變器當中的接入連線可有效減少，實現系統結構的全面優化，增強系統可維護性與可靠性。本文所分析的光伏匯流箱是在海拔高度超過2000m 的區域內應用的產品，為保證設備可以在高海拔惡劣條件下正常、可靠的運行，著重探究技術參數設計。

光伏匯流箱在光伏電站中的應用，主要是作為逆變器和光伏陣列之間的連接，同時具備過流保護和防雷作用，還可對光伏陣列當中的單串電流、斷路器、防雷器和電壓狀態進行監測。太陽能光伏發電系統設計當中，為了使逆變器和電池陣列減少彼此連線，可將規格一致的一定數量個光伏電池進行串聯，組建多個光伏串列，之后再以并聯形式將多個光伏串列向光伏匯流箱當中接入。光伏匯流箱實現內部匯流之后，可基于斷路器實現輸出，在此同時配套使用光伏逆變器，以完整的構建成光伏發電系統，同步和電網并網。光伏匯流箱當中還配置有光伏專用的斷路器、熔斷器和防雷器等，以便于用戶可準確、及時的了解光伏電池實際工作情況，在確保匯流箱具備良好的實用性和可靠性基礎上，促使太陽能光伏發電系統最大程度的發揮系統功能效用。

2 高海拔光伏匯流箱技術參數

2.1 可靠性分析

以光伏匯流箱應用可靠性為目標進行定量估計，主要涉及故障樹分析以及可靠性建模與預計。結合各項參數與信息，預計光伏匯流箱應用中可靠性保持在99.763%。光伏匯流箱包含四大組成部分，分別是箱體、防雷器、斷路器、熔斷器。其中，防雷器、斷路器和熔斷器都執行IEC 標準，并且在環境試驗當中經過項目驗證，判定其在可靠性方面預計質量等級屬于6 級，具有2×10-6的失效率。

2.2 電氣參數

電氣參數設計主要涉及四方面：①海拔設計。因為高海拔區域，其自然氣候條件也相對惡劣，區域內空氣氣壓和密度都比較低，空氣絕對濕度相對較小，空氣溫度通常較低且溫差會有較大變化，當地大風日多，降水量少，土壤溫度偏低，且有很長的凍結期，但是太陽輻射強度會保持在較高水平。通常情況下，光伏匯流箱應用區域海拔在2000m 及以下，其電氣元器件無需作出修正，若海拔在2000m 以上就要對相關參數進行修正。在2000m海拔高度條件下，光伏匯流箱最小爬電距離是30mm，最小電氣間隙是20mm。在海拔高度4000m 條件下，則需按照高海拔電氣參數表相關修正系數將正常海拔高度下的爬電距離和電氣間隙數值乘上1.29。

在高海拔條件下，所用斷路器產品要適當提升工頻耐壓水平和絕緣電阻，并適當調整工作間距。①為了保證分段能力優良，需注意所選斷路器要比正常短路分斷能力級別更高一級。由于高海拔條件下環境溫度會影響到斷路器的溫升和熱脫扣特性，因此要適當對斷路器進行降容。在高海拔區域內，所選熔斷器在降容期間，降容系數需遵循公式：；②明確元器件的防護等級和相應認證資質。在應用光伏匯流箱期間，所應用的隔離開關、防雷器、熔斷器、接線端子和各類其他元器件相應IP 等級需大于或等于IP20.同時要保證具備CCCE 或TUV 有關認證資格；③合理選用熔斷器。熔斷器在電力系統當中主要是對電子器件發揮保護作用，使其免受電流危害。所選熔斷器若等級過大，將不能發揮保護功能，若等級過小，則不能正常工作，所以在選用熔斷器期間要基于光伏組件各項標準與額定等級進行確定；④光伏匯流箱保持良好的絕緣耐壓性。光伏匯流箱應用期間，其輸出對地、輸入對地、輸入對輸出所涉及到的絕緣電阻需大于或等于20MΩ，并且均應承載1min 的AC3500V，50Hz 正弦交流電壓，漏電流要小于10mA，不出現飛狐與擊穿情況。

2.3 箱體要求

光伏匯流箱的箱體要選擇厚度在2mm 以上的鍍鋅鋼板，鋼板表面進行靜電噴涂，整體屬全組裝結構，外殼與框架具備高強度與高剛度，不僅要符合內部元器件安裝需求，還要承載內外電路短路時所產生的熱效應和電動力，也不會在設備運輸、搬運及吊裝期間因受到撞擊、冷凍、受潮等因素影響造成損壞或變形情況發生。箱體銅排要進行鍍鎳處理，其余的金屬安裝附件要進行鍍鋅處理，厚度在7m 以上，以確保具備美觀和防腐功能。箱體內部的各部件均通過8.8 級螺絲進行緊固連接，保證結構可靠與安全，同時要通過內部燃弧試驗和抗震試驗。箱體選擇封閉式結構，并且防護等級要在IP65。箱門外觀要整潔，開啟方便與靈活，接地裝置要有效期、齊全，箱內元件安裝設計都要注意好拆裝、好維護，并且設備需要具備接地標識和接地螺栓。光伏匯流箱在高海拔區域應用，要注意使元器件外爬距適當加大，同步注重選擇EPTFE 膜進行高透氣防水透氣閥的設計，使箱體內外保持良好的空氣流動性。防水透氣閥要注重具備單向流通特性，以防外部雨水及凝露進入箱內。因為光伏匯流箱的電纜接頭在箱體外部裸露，為減少惡劣環境對其產生的影響，要注重所選電纜接頭經過IP68 認證和防UV老化測試，具有優良的耐溫性。

3 測試與試驗

高海拔區域所應用的光伏匯流箱屬于直流匯流箱，所以要通過直流電流對光伏匯流箱進行通電試驗。在試驗期間，光伏匯流箱所有電路均通電，相應直流電源保持在200～900VDC，

主要測試合分閘按鈕、供電開關、調壓旋鈕等。在約200VDC 時，將正極固定端與負極測試端都接入到匯流箱當中。另外，要通過負載箱對匯流箱實際工作環境進行模擬，負載設定為電阻，保持負載接線端和匯流箱之間的有效連接。在匯流箱當中，電流檢測模塊主要通過458 通訊線實現通訊功能，端子其中一頭連接到通訊軟件中，另一頭選用RS485 通訊線和匯流箱建立連接。

光伏匯流箱在高海拔區域應用，要進行溫升試驗，并對箱體防護等級進行測試。溫升與光伏匯流箱實際壽命直接相關，同時還會對匯流箱運行安全性產生影響，所以要對匯流箱開展溫升試驗，保證箱內元件溫升在標準允許溫升范圍內；對箱體進行防護等級測試中，主要開展的是IP65 噴水試驗，經過試驗證明匯流箱箱體符合IP65 防護等級要求。

經過測試和實驗，證明光伏匯流箱箱體的可靠性能超過99.5%；與海拔4000m 相關爬電距離與電氣間隙設計要求相符；氣候溫度條件在-30～50℃區間內，箱體均可實現穩定、安全的運行；箱體具有良好的防腐蝕、抗紫外線、耐高溫性能；光伏專用防雷器的正極與負極都具有防雷功能；專用斷路器符合直流耐壓值；箱體外殼符合IP65 防護等級要求，可在室外安裝使用。

4 結語

高海拔地區太陽能資源豐富，在相應區域建設光伏發電現場，容易受到惡劣環境的負面影響。光伏發電箱是光伏發電系統重要組成部分，為保證光伏匯流箱在高海拔地區能夠安全、可靠的運行，要注重在高海拔條件下合理設計光伏匯流箱各項參數，并恰當的選擇熔斷器、斷路器等，保證光伏匯流箱使用可靠與穩定。