光伏电站安全性的隐形杀手：连接器互插

 太阳能电池是太阳能发电系统中的核心元件之一，而一块太阳能电池只能产生大约0.5-0.6伏的电压，远低于实际使用所需电压。为了满足实际应用的需要，需要把多个太阳能电池串成太阳能组件，多块组件再通过光伏连接器组成阵列，以获得所需要的电压和电流。光伏连接器作为其中的部件之一，同样受使用环境，使用安全，使用寿命等因素影响，因此要求连接器具有高可靠性。

光伏连接器作为太阳能电池组件的构成部分，应该能够在恶劣、反差变化大的环境气候条件下使用。虽然世界上不同地区的环境气候各不相同，且同一地区的环境气候反差变化也很大，但是环境气候对于材料及其制品的影响，归纳起来有四大因素：首先是太阳辐射，特别是紫外线对于塑料、橡胶等高分子材料的影响；其次是温度，其中高低温交变对材料和产品更是严酷的考验；此外是湿度如雨、雪、凝霜等以及其他污染物如酸雨、臭氧等对材料的影响。再者是要求连接器具有高的电气安全防护性能，而且使用寿命须在25年以上。所以光伏连接器的性能要求有：
1）结构安全、牢靠，使用方便；
2）高的耐环境气候指标；
3）高密封性要求；
4）高的电气安全性能；
5）高可靠性；

谈到光伏连接器，就不得不提到史陶比尔集团，世界上第一个光伏连接器就诞生于此。“MC4”，史陶比尔旗下Multi-Contact全系列电连接器中的一款，从2002年推出至今已经历经12年。这款产品已经成为行业的一种规范和标准，甚至是连接器的代名词。

沈钱平，毕业于德国斯图加特大学，电气工程硕士。多年从事光伏行业，拥有丰富的电连接领域经验。于2009年加入史陶比尔集团，担任光伏产品部技术支持主管。笔者有幸就光伏连接器的品质对于电站系统安全性及发电效率的影响等问题跟他进行了探讨。

沈钱平对《光能》记者表示，劣质的光伏连接器容易造成火灾隐患，特别是屋顶分布式系统和BIPV项目，一旦发生火灾，损失巨大。而在中国的西部地区，风沙多，昼夜温差较大，紫外线辐射强度也极高，风沙将对光伏电站的维护造成影响，劣质的连接器老化变形，一旦拆开将很难再插回去。而中国东部地区的屋顶有空调、冷却塔、烟囱等污染物，以及海边的盐雾气候和废水处理厂所产生的氨气，都会腐蚀系统，而劣质连接器产品对盐、碱的耐腐蚀性不高。

除了光伏连接器本身的质量品质外，另一个会对电站运营造成隐患的问题就是连接器的互插问题。在光伏系统建设过程中，往往需要单独购买光伏连接器以实现组件串到汇流箱的连接，这会涉及到所购连接器与组件自带连接器之间的互联问题，而由于规格、尺寸和公差等方面的因素，不同品牌的连接器之间并不能较好配合，接触电阻较大且不稳定，会严重影响系统的安全和发电效率，并且对于出现的质量事故，也难以获得厂家来负责。

下图是TUV Rheinland对不同品牌连接器进行互插，再进行TC200和DH1000实验后得到的接触温升和电阻情况。所谓TC200，是指高低温循环实验，在-35℃到+85℃的温度区间，进行200个循环测试。而DH1000指的是湿热实验，在高温高湿条件下，持续1000小时的测试。
温升试验中，不同品牌连接器互插，温升明显大于允许的温度范围。
对于接触电阻，如果在没有施加任何实验条件的时候，不同品牌连接器互插没有问题。可是在D组测试（环境适应测试）中，同一品牌、型号的连接器保持稳定的性能，而不同品牌互插的连接器性能变化则非常大。 对于不同品牌互插的连接器，其 IP 保护等级更难保证。主要原因之一是不同品牌连接器的 公差不同。

即便不同品牌的连接器安装时可以匹配，但是仍然会有牵引力、扭力以及材料间（绝缘壳、密封圈等）互相的污染影响存在。这样将无法达到标准要求并会在检验中出现问题。

不同品牌连接器互插的后果：电缆松动；温升显著增高导致火灾风险；连接器变形导致气流和爬电距离改变，产生点击危险。

在当前光伏电站中仍可见不同品牌连接器互插的现象。这种错误的操作不仅会产生技术风险也会导致法律纠纷。此外，由于相关法律仍不健全，由于不同品牌连接器互插导致的问题，将由光伏电站安装商承担相应责任。

当前，对于连接器“互插”（或“兼容”）的承认，仅限于使用同一品牌厂家（及其代工厂）生产的同一系列产品，即便有改变，也会通知各个代工厂进行同步调整。当前市场上面对不同品牌互插的连接器进行测试的结果，仅说明本次测试样品的情况。然而，这个结果并不是证明互插连接器长期有效的认证。

很明显，不同品牌的连接器互插产生的接触电阻非常不稳定，特别是其长期稳定性难以得到保证，而且发热量更大，在发热最严重的情况下可能导致火灾发生。

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。特别是澳大利亚，强制不允许互插行为的出现。所以工程上单独购买的连接器需和组件上自带的连接器保持型号一致，或是同一厂家的同一系列产品。

此外，组件上自带的光伏连接器一般是由接线盒厂家通过自动化设备安装，并且检验项目完整，所以安装质量相对可靠。但在工程现场，从组件串到汇流箱之间的连接一般需要工人手工安装，根据估算，每一兆瓦光伏系统至少需要手工安装200套光伏连接器。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。

而之所以MC4受到市场推崇的原因在于除了高质量的生产之外，还集成了史陶比尔的专利：Multilam技术。Multilam技术主要是在连接器的公母头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。