光伏系统运维风险中的连接器失效分析
品慧电子讯：光伏连接器在光伏系统成本中的占比很小，但它却是设备之间成功连接的关键零部件。连接器失效不仅会导致发电量收益损失，还会增加各种运维成本。本文着重讨论连接器失效的3大原因：质量差、连接器互插及连接器不规范安装，以期通过对小部件的关注和重视，为电站运维带来更多收益。
引言
随着光伏“531 新政”的实施，我国光伏市场由“增量市场”转向“存量市场”的趋势不容忽视。这就意味着，已并网光伏电站的效率和收益将成为业主关注的焦点。光伏电站成功并网后，运维随即成为业主的重要工作，运维的好坏，不仅影响电站的长期稳定运行，同时关系到电站投资者的最终收益。提前预防电站运维中的各项风险至关重要。
1 光伏连接器与电站收益
通常，光伏组件、逆变器和汇流箱是光伏电站日常维护的主要关注对象，而一些小部件的故障风险却容易被忽视，光伏连接器就是其中最具代表性的案例。
光伏连接器在系统初始投资成本中的占比不足0.5%，但却是光伏系统的关键零部件，它确保着系统所发电量能够从组件稳定传输到逆变器和用户端。若无可靠的电连接或连接器失效，电站发电量受到影响，业主就无法获得稳定的补贴，同时也会导致电站盈利能力下降和回报减少。欧盟Hor izon 2020“SolarBankability”项目组根据746 座电站的实际运维数据，给出了电站运维TOP20 技术失效的列表，若只考虑失效风险所造成的发电量收益损失，“光伏连接器损坏和烧毁”在失效列表中排在第2 位。
电站的盈利能力与选择高质量的部件息息相关。业主在光伏连接器上节省资金，并不是一种明智的做法。因为，不注重质量，通常意味着后续的高损失和风险，而这些本可避免。光伏连接器的低接触电阻及长期可靠性，能够保障电站高效和安全运行。而持续升高的接触电阻会导致光伏项目的安全风险大幅提高，降低电站运行效率。需要指出的是，各种不同的风险因素是密切相关的，如图1 所示。
图1：光伏连接器的风险因素
2 光伏连接器失效原因分析
下文对引起光伏连接器失效的3 种原因——质量差、光伏连接器互插及不规范安装进行了分析。
2.1 质量差
从光伏连接器的外观和质感可大致了解该产品的外形设计及绝缘材料的选择。但是，评价光伏连接器好坏的核心指标是公母连接器对插之后的接触电阻。一个高质量的连接器须具有很低的接触电阻，并能够长期维持这种低接触电阻状态。根据光伏连接器最新国际标准IEC 62852，公母对插后的接触电阻在TC200+DH1000 测试后，增量不能大于5 mΩ或者电阻终值小于初始值的150%。而这仅是最低要求，不同厂商连接器的接触电阻值取决于制造商的技术水平。对于如何评判接触电阻，TC400(2×TC200)和DH1000 实验提供了一个解读方向。图2 为实验比较后的结果，由图2 可知，高质量的光伏连接器的接触电阻非常稳定，这主要得益于其所使用的电连接技术。因此，客户在选择光伏连接器时，须对其所使用的核心技术进行全面的了解。
图2：质量差引起的接触电阻和温升变化
2.2 光伏连接器互插
在光伏电站建设过程中，不同品牌的光伏连接器互插现象普遍。有些电站中，组件、逆变器和汇流箱均使用不同厂家的连接器。EPC 公司有时也会单独采购光伏连接器，这都可能涉及互插问题。之所以存在互插现象，一是因为客户不了解互插的风险，另一个原因是部分厂商宣称诸如“MC4 兼容”或“MC4 互配”。此处需要说明的是，大家都将连接器称为“MC4”，但其实MC4 是史陶比尔公司于2002 年推出的一款连接器产品，因其得到市场的广泛认可且应用量大，已成为行业标准或规范。如此，市场才会出现所谓的兼容或互配概念。
UL 与IEC 皆明确规定，不同厂商的光伏连接器不允许互插。同时，实验室和现场数据也不支持互插。不建议互插的原因包括：技术和产品材料存在差异、生产过程和质量标准存在差异、公差不一致和原材料不同等问题。另外，还需要指出的是，光伏连接器互插会导致IEC 62852 产品认证失效，从而产生技术和法律风险。若因光伏连接器互插引发火灾，进而对簿公堂，其费用将十分昂贵，而且费时费力。
光伏连接器互插后，尽管从表面上看完成了连接，但互插的隐患已然存在。光伏连接器互插，会导致温升、接触电阻变化及IP 防护等级无法保证的问题，严重时还会引发火灾，进而影响电站的发电效率和安全。
图3：互插引起的温升及接触电阻变化
2.3 不规范安装
不规范安装是影响光伏电站整体功能和盈利能力的另一个风险。此处的不规范安装通常是指不规范压接，尤其是光伏电缆与光伏连接器金属芯的压接问题。现场工人有时直接使用劣质甚至是通用工具进行压接，这样很难保证压接品质，易造成压接不良，如接合部位电缆铜丝弯折、部分铜丝未压接进去或误压电缆绝缘层。
不规范安装和压接不良可能导致以下情况：不符合规范标准、不稳定的接触电阻及密封性失效。压接不良的剖面图如图4 所示。因此，史陶比尔公司建议使用专业的压接工具，并依据厂商的安装说明进行操作，以确保安全和规范的安装。
图4：不良的压接状况
3 结语
对光伏系统而言，光伏连接器虽小，却是一个“牵一发而动全身”的关键零部件。若一个光伏连接器失效，则整串组件不能继续工作。更重要的是，错误的连接器选型会导致更高的运维成本( 包括发电量损失、人力成本及安全风险)。若能在最初选择光伏连接器时给予足够重视，了解不同厂家连接器的互插风险，现场安装时使用专业工具且严格按照操作规范安装，那么后期运维会节省很多人力、物力和财力，系统效益也会更高。
来源：太阳能杂志
