拾光科技，光伏连接器——能量的传递者

摘要：太阳能是取之不尽,用之不竭的清洁能源,被公认为是一种极好的替代能源,因此,开发利用太阳能成为世界各国可持续发展能源的战略决策。其中太阳能发电是大规模经济地利用太阳能的重要手段,特别是近年来太阳能发电得到了快速发展,同时也带动了各国对太阳能电池组件及相关器件的研究、设计和制造的大力投入。 为了满足实际应用的需求,需要把多个太阳能电池板通过光伏连接器组成太阳能电池方阵,以获得所需要的电压和电流。光伏连接器作为其中的组件之一,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。[1]

本文主要论述光伏发电直流侧的光伏连接器，从功能、结构、电参数等角度简述光伏连接器，以及连接器的安装方法。

关键词：太阳能发电、光伏连接器

一、光伏连接器的历史

1996年前，光伏电缆采用螺丝端子或者接合连接件（spliceconnection）进行连接。随着光伏系统安装量的增加，业内对快速、安全和易操作的连接方案需求愈发强烈。因光伏系统长期暴露在风雨、烈日和极端的温度变化中，连接器必须能够适应这些恶劣环境。它们不仅要可以防水、耐高温和对紫外线具有耐候性，而且要做到触摸保护、高载流能力及高效。同时，低接触电阻也是重要考量指标。所有这一切，还都必须贯穿于整个光伏系统生命周期，至少20年。[2]

1996年，基于这些应用环境及市场需求，一种新型的插入式连接器（plug-inconnector）应运而生，这就是全球第一款真正意义上的光伏连接器——MC3。它的发明者是瑞士公司Multi-Contact（2002年，并入史陶比尔集团，作为旗下电连接器品牌），MC即品牌缩写，3则是金属芯直径的尺寸。MC3的主体采用TPE材料（热塑性弹性体），并通过摩擦力配合以实现物理连接。MC3更为重要的是，其连接系统采用MULTILAM技术，以保障连接的持久稳定性。后来，众多连接器厂商均是在模仿MULTILAM技术。[2]

2002年，MC4的诞生再次重新定义光伏连接器，它真正实现了“即插即用”（plugandplay）。绝缘材料使用硬质塑料（PC/PA），而且在设计上更易于组装和现场安装。MC4面市后，迅速得到市场认可，逐渐成为光伏连接器的标准。MC4随着市场需求变化，陆续推出了MC4-Evo2和MC4-Evo3系列。MC4系列连接器，已经完全能够满足客户对1500V光伏系统的需求。[2]

二、光伏连接器的作用

在一个光伏电站中,数量最多的部件不是组件,而是连接器。连接器在电站中的应用非常广泛,一个电站有多少块电池板就有多少对连接器,并且还在组件-组件、组件-直流汇流箱、直流汇流箱-逆变器的连接中发挥着至关重要的作用。可以说,连接器打通了光伏电站的关键节点,将整个光伏系统的直流侧成功连接起来。

三、光伏连接器的组成

光伏连接器,其中心设有导线孔的连接器正极、负极,连接器正极端头设有插片,连接器负极的端头设有与插片配合的插孔,连接器正、负极另一端头设有外螺纹,外螺纹上安装螺帽,插片端头设有锁紧挂钩,紧邻插孔的连接器负极的外周设有凹槽,插片穿过插孔后其锁紧挂钩与凹槽的侧壁卡接,在受力拉拔时,连接器正、负极都不会脱开,确保导线连接处得到可靠的保护。[3]

Fig.1连接器的示意图

Fig.2连接器的组成

四、拾光科技使用的连接器介绍

1、拾光科技连接器主要参数

Tab.1 连接器的主要参数

2、主要特性：

外壳有强烈的抗老化，耐紫外线能力；

符合于室外恶劣环境条件下的使用要求。

3、产品具有的创新：

（1）密封固线结构设计：改进接头塑胶件和防水圈的结构,在接头塑胶件的螺纹端中间设计较高的环形台,通过防水圈的端部设计一段环形圈并插入接头塑胶件环形台的内壁,并在防水圈环形端面设计一个凸台架设在接头塑胶件环形台的端面上,同时使花篮的一端与接头塑胶件抵紧,花篮的尾端的爪子与线缆夹紧。

（2）螺母旋入接头塑胶件,一方面通过花篮推动防水圈与接头塑胶件抵紧使防水圈压缩并夹紧线缆,构成多重防水点;另一方面螺母旋紧在接头塑胶件同时花篮后端爪子自动夹紧线缆起到固定线缆作用。

（3）接头塑胶件外部采用掏空结构设计,有效降低产品生产成本。[1]

五、安装过程

第一步 剥线

使用剥线钳将光伏线缆拨出6-7mm。光伏线缆为：金属线芯4mm²，外径5.5-6.25mm。如果选择金属线芯太大，如10mm²，就会塞不进去；如果选择线芯太小就会出现压接不牢固的情况。剥线时要注意不要将线芯剥断。

Fig.3正确剥线

Fig.4剥断线芯（错误）

第二步 压紧金属芯

使用压力钳将正负级金属芯分别压接到光伏线缆。压接时注意不要将线芯裸漏出来，裸露纤芯的插件头导致设计线径变小，同时后续使用会出现电火花，使电站存在发生火灾的风险，影响后续使用周期。

Fig.5压紧金属芯(形成标准的Ω型压接头)

Fig.6金属芯裸漏（错误）

第三步 将金属芯插入连接器内部

将金属芯正负分别装入正负连接器内部（注意正负不要插反，且安装到位，听到“咔”声音表示安装到位）

区分正负极内芯的方法，一般较长较粗的为正极内芯，比较短细一些的为负极内芯；看连接器上标注区分连接器正负极。

Fig.7金属芯插入连接器内部

Fig.8正负极区分

第四步：拧紧连接器螺母

使用连接器锁紧扳手将连接器拧紧（无缝隙）。拾光科技为连接器定制了专属的锁紧扳手保证连接器锁紧到位，同时不破坏外壳材料的密封性和绝缘性。

Fig.9拧紧连接器螺母

第五步：连接器对插

1、对准连接器正、负极；

2、连接器正、负极对插到底。

Fig.10连接器对插

第六步 打开连接器

用连接器扳手将两边卡扣按下打开连接器，实现反复插拔功能。

Fig.11打开连接器

六、连接器的风险

在光伏电站的评估、设计、采购、施工、建设及运维等各个阶段，均存在不确定性的风险（政策/技术/自然环境/法律等），若控制不当，则会影响光伏系统收益。

单就光伏连接器来说，其技术风险体现在质量、应用、安装以及运维各方面，如下所示。

Tab.2连接器技术风险

需要指出的是连接器失效进而引发火灾的根本原因：通流情况下，连接器的接触电阻增大导致温升增加，并超出塑料外壳及金属件所能承受的温度范围。[2]

七、总结

随着国家对新能源的大力支持光伏系统的稳定性和发电的稳定输出受到越来越多人的青睐。光伏连接器作为接插件是电能从不同设备间转移的连接节点，同样是故障频发的地方。连接器种类很多，早期在光伏发电领域采用MC4和H4等型号。随着光伏时代的进步，现阶段连接器已经基本统一成为与MC4匹配的标准零件。在电站前期设计就应该着重考虑系统的连接电阻损失和除系统主材以外的各部件的匹配。这样光伏连接器成为设计、施工以及后期运维过程中重点关注的对象。运维人员要定期检查连接插头的连接稳固性、防水能力、升温现象等。在电站的运维过程中同样要确保连接器的正常工作。

八、参考文献

[1]PV-HCB30高可靠光伏连接器【D】彭祁军; 李艳群; 徐林锋; 雷学华; 叶 炳; 邹喜生 科技成果 2016-11-26光伏学堂；

[2] 光伏学堂；【光伏技术】光伏连接器MC4接头【OL】知乎2021-9-5

[3] 太阳能光伏组件连接器【D】梁际谊; 陈定一; 周雅山; 王波 科技成果2007-01-13