光伏连接器在光伏发电系统中的应用

张宇峰

山东华聚能源股份有限公司    273500

摘要：光伏连接器在光伏电站直流侧广泛使用。连接器制作安装是否规范对光伏电站的整体质量、正常运行、发电量具有重要影响。本文从介绍光伏连接器的基本原理出发，重点讲述其正确的安装工序、现场施工常见问题，最后通过举例说明连接器接触电阻对发电量的影响分析。

关键词：接触电阻；压接连接器；发电量

1、引言

光伏连接器是组件侧、电缆侧、汇流箱侧相互连接的核心部件，也是容易被忽略的关键小部件。光伏电站运行头两年中，有超过59%的失效问题出现，在失效问题中超过50%来源于连接问题。光伏电站建设过程中应规范连接器的做法，避免由于其制作不当为后期运行带来隐患。

2、连接器的介绍

连接器（俗称公母插头）连接铜导线部分为内芯。其内芯之间加入了形似表带的特殊金属弹片，替代原有不规则的接触面，大大增加了有效接触面积，形成典型的并联电路，具备载流能力高、功率损耗和接触电阻最小、抗冲击、抗腐蚀耐高温等特点，并且能够长期保持这样的性能。

光伏连接器的一般均在户外使用，所以对光伏连接器的技术指标要求较高。主要技术指标一般包括：

额定电压：1000VDC或1500VDC

额定电流：10A~50A之间，与匹配的电缆相关

接触电阻：<5mΩ

环境温度范围：一般为-40℃~85℃

温度上限：一般为100℃

防护等级：一般为IP67

3、光伏连接器的重要性

光伏连接器作为系统的生命线，贯穿项目始终，是确保所发电量从组件稳定传输到逆变器和用户端的重要载体。直流侧按照应用场景不同，主要可分为线端连接器(如组件)、分支连接器(工程现场)以及板端连接器(如逆变器)。连接器作为关键零部件，其低的接触电阻和长期可靠性，能够保障电站高效和安全运行。相反，持续升高的接触电阻则会大幅提升项目的安全风险，严重的可导致火灾事故。2010-2017年，英国58起光伏火灾中，27%是由连接器引起;1995-2012年，德国180起光伏火灾中，24%也归因于连接器失效。

4、正确的安装工序

在工程现场，从组件串到汇流箱之间的连接需要工人手工安装。由于目前光伏系统安装工程队的专业素质普遍偏低，使用的安装工具也并不专业，更没有很好的安装质量检验手段，所以工程现场的连接器安装质量普遍不佳，成为光伏系统的质量薄弱点。

举例来说，连接器和光伏电缆之间的连接一般是通过压接实现，国际标准IEC60352-2对连接器和4mm²电缆的连接强度要求至少达到310N。如果不采用专业的压接工具，那么很难达到标准要求，电缆容易脱落、虚接造成故障隐患。

手工安装光伏连接器应该根据连接器制造商提供的安装指导书进行，一般分为剥线、压接和旋紧螺母三个步骤，并且最好应用连接器制造商指定的安装工具。在安装过程中特别需要注意下列几点：1剥线不应切断铜丝。2所有铜丝必须完全压进连接器的金属芯体。3螺母应安装可靠，不应有倾斜现象。

内芯压接完成后，母内芯插入公插头卡到位，公内芯插入母插头卡到位，听到滴答一声即完成。在完成公母插头制作后，二者互插至听到滴答一声，即表示公母插头连接到位。

正确的操作下，连接器上的螺母不能被拧到底，在操作中应该留有约2mm的间隙。如果螺母拧紧到底，会破坏连接器的密封性能。制作连接器接头时必须使用配套的专业压接工具。现场施工工人使用劣质甚至是通用工具做压接，这样会造成压接不良，比如接合部位电缆铜丝弯折、有些铜丝没压接进去、误压到电缆绝缘层等，压接不良的后果直接涉及电站安全。

5、现场施工常见问题

连接器制作是保证发电量及电站安全的前提，也是电站故障率最高的环节。现场施工时由于工具不统一、施工人员素质存在差异，导致连接器的制作质量问题频出。以下是现场施工典型的几项错误做法：

（1）施工现场存在用尖嘴钳拨线、压线的现象。此施工方法导致光伏线（4mm²）多股铜芯断裂，连接器内芯与铜线缆接触面过小，连接强度不够，造成虚接、局部接触电阻过大、发热现象明显。错误的连接是光伏电站直流侧火灾事故的主要因素。使用厂家配套标准剥线钳及压线钳制作插头，既不损伤铜芯，又能保证可靠的连接质量。根据光伏连接器国际标准EN50521：2008，连接器公母对插后的接触电阻不允许大于5mΩ。接线制作不规范，其接触电阻将会变大，发热严重。

（2）现场存在不同品牌连接器及内芯混用和错用的现象。目前组件厂家会配套提供组串汇线时使用的连接器，与组件接线盒上连接器一致。汇流箱直流输入侧同样使用连接器。这两种连接器品牌、型号如果不一致，禁止互插。由于各个厂家产品公差不同，无法保证其长期稳定的接触电阻，互插后发热量更大，在发热最严重的情况下可能导致火灾发生。不同品牌连接器互插后IP防护等级无法保证。对此权威检测机构TUV和UL都出过书面声明，不支持不同品牌的连接器互插应用。

（3）现场存在连接器内芯混用、错用的现象。施工人员应该明确公插头配母内芯，母插头配公芯，这样内芯才能牢固的卡在插头内。现场施工中频现公插头配公芯，母插头配母芯的现象。这样虽然可以插接，但内芯在插头内不能完全卡到位，连接很不牢靠，线芯容易脱落。

6、连接器接触电阻对发电效率的影响

光伏连接器品质好坏的核心指标是公母连接器对插之后的接触电阻，一个优质的连接器必须具有很低的接触电阻，并且能长期维持在低的接触电阻。

接触电阻对光伏发电系统的效率影响究竟有多大，下面以光伏行业中著名的史陶比尔集团旗下MC4连接器为例来说明优质的连接器对发电系统效率的影响。MC4连接器长期稳定的接触电阻平均值为0.15mΩ，光伏连接器的国际标准EN50521-2008中规定的最大接触电阻5mΩ。

采用优质的光伏连接器，在连接器上消耗的电能微乎其微。劣质连接器所消耗的功率则是优质连接器的30多倍。劣质连接器不仅在于其接触电阻较大，更多的影响在于其会引发局部故障，需大量维修工作，这也会影响发电量。

7、总结

光伏连接器是光伏发电系统内部连接用的一个重要部件，不仅数量众多，而且涉及其它各个部件。由于产品本身质量和安装质量等方面的原因，相对其它部件，光伏连接器是目前系统故障的多发点，对整个系统的发电效率和经济效益产生重要影响，所以选用的光伏连接器一定要具有很低的接触电阻，并且能长期维持在低的接触电阻。在连接器制作时，应使用配套专用工具，采用规范的制作工艺，从源头上消除光伏电站直流侧连接器的故障点。这对于光伏电站的安全运维及发电量至关重要。

参考文献:

1.光伏连接器国际标准：EN50521：2008

2.地面用太阳电池组件主要部件技术条件第2部分：连接器CNCA/CTS0002-2012

3.无焊连接第2部分：压接IEC60352-2