太陽能光伏接線盒作為太陽能電池組件的一個重要部件，是介于太陽能電池組件構(gòu)成的太陽能電池方陣和太陽能電池充電控制裝置之間的連接器，是一門集電氣設計、機械設計和材料科學相結(jié)合的跨領(lǐng)域的綜合性設計，為用戶提供了太陽能電池板的組合連接方案。

作為太陽能電池組件的一種連接器，太陽能光伏接線盒主要的作用就是將太陽能電池模塊產(chǎn)生的電能經(jīng)電纜導出。由于太陽能電池使用場合的特殊性和其本身的昂貴價值，太陽能光伏接線盒必須經(jīng)過特殊設計才能滿足太陽能電池組件的使用要求。

一、功能

光伏接線盒主要具有兩種功能：基本功能為連接光伏組件和負載，將組件產(chǎn)生的電流引出并產(chǎn)生功率。附加功能為保護組件引出線，防止熱斑效應。

1.1、連接

接線盒作為連接器，起到連接太陽能組件與逆變器等控制裝置的橋梁作用。接線盒內(nèi)部通過接線端子和連接器將太陽能組件產(chǎn)生的電流引出并導入到用電設備中。

為了盡量減小接線盒對組件功率的損耗，接線盒所用的導電材料要求電阻小，和匯流帶引出線的接觸電阻要小。

1.2、保護

接線盒的保護作用包括三部分，一是通過旁路二極管防止熱斑效應，保護電池片及組件；二是通過特殊材料密封設計防水防火；三是通過特殊的散熱設計降低接線盒的工作溫度，減小旁路二極管的溫度，進而降低其漏電流對組件功率的損耗。

二、性質(zhì)

2.1、耐候性

耐候性是指：材料如涂料、塑料、橡膠制品等，應用于室外經(jīng)受氣候的考驗，如光照、冷熱、風雨、細菌等造成的綜合破壞，其耐受能力叫耐候性。

接線盒暴露在環(huán)境中的部分為盒體、盒蓋及連接器（PC），它們都是由耐候性強的材料制作，目前最常用的材料為PPO（聚苯醚），它是世界五大通用工程塑料之一。具有剛性大、耐熱性高、難燃、強度較高電性能優(yōu)良等優(yōu)點。另外，聚本醚還具有耐磨、無毒、耐污染等優(yōu)點。PPO的介電常數(shù)和介電損耗在工程塑料中是最小的品種之一，幾乎不受溫度、濕度的影響，可用于低、中、高頻電場領(lǐng)域。PPO的負荷變形溫度可達190℃以上，脆化溫度為-170℃。

2.1.1、耐高溫高濕

組件的工作環(huán)境非常惡劣，有的工作在熱帶地區(qū)，日平均溫度非常高；有的工作溫度非常低，如高海拔地區(qū)、高緯度地區(qū)；有的晝夜溫差非常大，如沙漠地區(qū)。因此要求接線盒要有優(yōu)良的耐高溫，耐低溫性能。

耐候性測試如下表所示：

2.1.2、耐紫外線

紫外線對塑料產(chǎn)品都有一定的破壞，尤其是高原地帶空氣稀薄，紫外線輻照度很高。

2.3、阻燃性

阻燃性是指物質(zhì)具有的或材料經(jīng)處理后具有的明顯推遲火焰蔓延的性質(zhì)。

阻燃等級由HB，V-2，V-1向V-0逐級遞增：HB：UL94和CSAC22.2No0.17標準中最底的阻燃等級。要求對于3到13毫米厚的樣品，燃燒速度小于40毫米每分鐘；小于3毫米厚的樣品，燃燒速度小于70毫米每分鐘；或者在100毫米的標志前熄滅。V-2：對樣品進行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在60秒內(nèi)熄滅?？梢杂腥紵锏粝?。V-1：對樣品進行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在60秒內(nèi)熄滅。不能有燃燒物掉下。V-0：對樣品進行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在30秒內(nèi)熄滅。不能有燃燒物掉下。

2.4、防水防塵

標準：GB42082008《外殼防護等級(IP代碼)》中規(guī)定的防塵防水等級IP等級，表示為：

第一個X表示防塵等級：

0：沒有保護

1：防止大的固體侵入

2：防止中等大小的固體侵入

3：防止小固體進入侵入

4：防止物體大于1mm的固體進入

5：防止有害的粉塵堆積

6：完全防止粉塵進入

第二個X表示防水等級：

0：沒有保護

1：水滴滴入到外殼無影響

2：當外殼傾斜到15度時，水滴滴入到外殼無影響

3：水或雨水從60度角落到外殼上無影響

4：液體由任何方向潑到外殼沒有傷害影響

5：用水沖洗無任何傷害

6：可用于船艙內(nèi)的環(huán)境

7：可于短時間內(nèi)耐浸水（1m）

8：于一定壓力下長時間浸水

一般接線盒的防水防塵等級為IP65。

2.5、散熱性

使接線盒內(nèi)溫度升高的因素主要為二極管和環(huán)境溫度。二極管在導通時會產(chǎn)生熱量，同時，由于二極管和接線端子存在接觸電阻，也會產(chǎn)生熱量。另外，環(huán)境溫度升高也會使接線盒內(nèi)部溫度升高。

接線盒內(nèi)容易受高溫影響的部件為密封圈，二極管。高溫會加速密封圈的老化速度，影響接線盒的密封性；二極管內(nèi)部存在反向電流，溫度每升高10℃，反向電流就會增大一倍，反向電流會減小組件產(chǎn)生的電流，影響組件的功率。所以，接線盒必須具備優(yōu)良的散熱性，或作特殊的散熱設計。

常見的散熱設計為安裝散熱片。但是安裝散熱片并沒有徹底解決散熱問題。因為如果在接線盒內(nèi)部安裝散熱片，雖然暫時降低了二極管的管溫，但是仍然會使接線盒溫度升高，影響橡膠密封圈的使用壽命；如果安裝在盒外面，一方面會影響接線盒整體的密封性，也會容易使散熱片被腐蝕。

三、分類

接線盒主要有兩種類型：普通和灌封兩種。

普通接線盒采用硅膠密封圈密封，灌膠接線盒則采用雙組分硅膠填充來灌封，普通接線盒應用較早，操作簡單，但是密封圈使用年限較長時易老化。灌封接線盒操作較復雜（需要填充雙組分硅膠，并固化），但密封效果好，耐老化，能保證接線盒密封長期有效，且價稍便宜。

注：灌封裝接線盒以前一般用于薄膜組件，但是目前如尚德、阿特斯等也將其應用與晶體硅組件。

接線盒還有其他分類，按照功率和連接器分，也有按二極管工作電流分類的。

四、組成

接線盒無論怎么變化，基本結(jié)構(gòu)都是基本不變的，及包括盒體、盒蓋、連接器、接線端子、二極管等，一些接線盒廠家設計了散熱片加強河內(nèi)溫度的散發(fā)，也有一些接線盒廠家做了其他方面細節(jié)的設計，但是總的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。

4.1、盒體

盒體是接線盒的主體部分，內(nèi)置接線端子和二極管，外接連接器和盒蓋，是接線盒的框架部分，承受大部分的耐候要求。盒體的制作材料一般為PPO（聚苯醚），它是世界五大通用工程塑料之一。具有剛性大、耐熱性高、難燃、強度較高電性能優(yōu)良等優(yōu)點。另外，聚本醚還具有耐磨、無毒、耐污染等優(yōu)點。PPO的介電常數(shù)和介電損耗在工程塑料中是最小的品種之一，幾乎不受溫度、濕度的影響，可用于低、中、高頻電場領(lǐng)域。PPO的負荷變形溫度可達190℃以上，脆化溫度為-170℃。

4.2、盒蓋

盒蓋起到密封盒體，防水防塵防污染的作用。密封性主要體現(xiàn)在內(nèi)置橡膠密封圈，阻止空氣及水分等進入接線盒內(nèi)部。有的廠家在盒蓋中心部位設置小孔，空中裝有透析膜，該膜透氣不透水，水下三米無水滲入，起到非常好散熱和密封的作用。

盒體及盒蓋一般有耐候性好的材料注塑而成，彈性好，抗溫度沖擊，耐老化性能強。

4.3、連接器

連接器連接接線端子和外部用電設備如逆變器，控制器等。連接器采用PC（聚碳酸酯）材質(zhì)，但PC容易被多種物質(zhì)腐蝕。接線盒老化主要體現(xiàn)在連接器易被腐蝕，塑料螺母低溫沖擊容易出現(xiàn)破裂。因此，接線盒的使用壽命體現(xiàn)為連接器的壽命。

4.4、接線端子

接線端子連接組件引出線與連接器，數(shù)量有2、3、4、5、6等多種規(guī)格，端子本身寬度根據(jù)引出線的不同有2.5、4、6mm三種，不同廠家的接線盒，端子間距也不同。

接線端子與引出線的接觸方式有兩種：一種為壓緊或加緊型等物理接觸式，一種為焊接方式。兩種方式的優(yōu)缺點前面已有論述。

4.5、二極管

光伏接線盒內(nèi)的二極管是作為旁路二極管使用，起到防止熱斑效應，保護組件的作用。

組件正常工作時，旁路二極管處于截止狀態(tài)，這時存在反向電流，即暗電流，一般小于０.２微安。暗電流會減小組件產(chǎn)生的電流，雖然幅度很小。

從最理想的角度來說，每一個光電池都應連上一個旁路二極管，但因為旁路二極管價格成本的影響和暗電流損耗以及工作狀態(tài)下壓降的存在，這樣就很不經(jīng)濟了。此外，光伏組件各電池片的位置比較集中，接上相應的二極管之后，還得為這些二極管提供充分的散熱條件。

因此，實際運用時一般比較合理的方法是使用一個旁路二極管為多個相互連接的電池分組提供保護。這樣可以降低光伏組件的生產(chǎn)成本，但也會使其性能受到不利的影響。其實，若某串電池片中某一電池片的輸出功率下降。那么這個串電池片，其中包括那些工作正常的電池片，便會因旁路二極管的作用而與整個光伏組件系統(tǒng)隔離。結(jié)果就會是整個光伏組件的輸出功率因某一個電池片的失效而出現(xiàn)過多的下降。

除上述問題之外，旁路二極管與其相鄰的旁路二極管之間的連接必須考慮周全。實際上，這些連接要受到一些應力的影響，這些應力是機械負荷和溫度周期性變化的產(chǎn)物。因此，在光伏組件的長期使用過程中，上述連接就可能因疲勞而失效，使光伏組件產(chǎn)生異常

另外，遮蔽一個電池片與遮蔽兩塊電池片各一半的效果不同，所以遮蔽不可避免時，盡量使遮蔽盡可能多的電池，每個電池盡可能少的陰影。

4.5.1、熱斑效應

在太陽能組件的構(gòu)造中，單個電池片被串聯(lián)在一起，就是所謂的串聯(lián)以達到更高的系統(tǒng)電壓。一旦其中一個電池片被遮擋（例如：樹枝或者天線等等），受影響的電池就不再作為電源工作，而是變成能量消耗者，其他未遮擋的電池將繼續(xù)通過它們傳遞電流造成高的能量損耗，“熱斑”就會出現(xiàn)，甚至電池損毀。

為了避免這個問題，旁路二極管被并聯(lián)在一個或者幾個串聯(lián)在一起的電池上。旁路電流繞過被遮擋的電池片，經(jīng)二極管而傳遞下去。

當電池片正常工作時，旁路二極管反向截止，對電路不產(chǎn)生任何作用；若與旁路二極管并聯(lián)的電池片組存在一個非正常工作的電池片時，整個線路電流將由最小電流電池片決定，而電流大小由電池片遮蔽面積決定，若反偏壓高于電池片最小電壓時，旁路二極管導通，此時，非正常工作電池片被短路。

可見，熱斑即組件發(fā)熱或局部發(fā)熱，熱斑處電池片受到損傷，降低組件功率輸出甚至導致組件報廢，嚴重降低組件的使用壽命，對電站發(fā)電等安全造成隱患。熱量聚集導致組件不良或損壞。

電池組件熱斑的形成，外部因素主要事組件或局部組件受到遮擋物遮擋，常見的遮擋物有：樹葉、塵土、云層、動物及動物糞便、積雪等；內(nèi)在因素有太陽電池內(nèi)阻和太陽電池自身逆電流大小有關(guān)。從電池片的實際等效電路即可分析到此結(jié)論。負載與太陽電池內(nèi)阻串聯(lián)，由等效電路圖得到流過負載的電流：

I=Iph–ID–ISh則串聯(lián)電阻工作功率：

P=I2Rs，故Rs對電池片溫度的影響是肯定的，對于電池片來講，內(nèi)阻越小越好。內(nèi)阻主要是電池片自身由于制作工藝產(chǎn)生的內(nèi)阻外，還有就是焊帶產(chǎn)生的內(nèi)阻，因此，對于電池片的焊接工藝應該引起充分重視，對焊帶的選擇也應該選擇內(nèi)阻小的為好；至于逆電流因素，還是要從實際等效電路分析，對于不同的電池片，其暗電流有差異。組件短路，遮擋組件上的某片電池片無法正常工作，相對于組件來說其是個內(nèi)阻，消耗：

P=I2R(R：被遮擋電池片的等效內(nèi)阻)。

被遮擋的電池片的生熱電流為I=ID+ISh（I:逆電流，ID:暗電流，Ish:漏電流），故，逆電流較大的太陽電池硅片，在外界環(huán)境相同的條件下，其產(chǎn)生熱斑的可能性較大。

安裝在外部環(huán)境下的組件陣列溫度T與日照強度L、系統(tǒng)環(huán)境溫度Ts、內(nèi)阻產(chǎn)生的溫度Ti相關(guān)。組件溫度可表示為：

T=T0＋αTs+βL＋Ti

（T0、α、β是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)按最小二乘法處理后所得的系數(shù)，系數(shù)值與所使用的太陽電池的類型、安裝地點、支架形式等因素都有關(guān)系）

熱斑的危害是巨大的，而且組件陣列電站如在無人維護的情況下，熱斑效應也極易發(fā)生，怎么才能避免或減輕熱斑的對組件的不利影響成為組件設計的重要問題。

4.5.2、二極管的選擇原則

旁路二極管的選擇主要遵循以下原則：

１、耐壓容量為最大反向工作電壓的兩倍；

２、電流容量為最大反向工作電流的兩倍；

３、結(jié)溫溫度應高于實際結(jié)溫溫度；

４、熱阻小；

５、壓降?。?br />
五、性能參數(shù)

5.1、電性能

接線盒的電性能主要包括工作電壓、工作電流、電阻等參數(shù)。衡量一個接線盒是否合格，電性能是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。

5.1.1、工作電壓

加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰Α榱吮ＷC使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。

也就是接線盒正常工作條件下運行時，其相應器件所承受的最高電壓。目前而言，接線盒的工作電壓為1000V（DC）。

5.1.2、結(jié)溫電流

也稱工作電流，是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為140左右，鍺管為90左右）時，就會使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值。

在組件發(fā)生熱斑效應時，電流流經(jīng)二極管。一般而言，結(jié)溫電流越大越好，這樣接線盒的工作范圍就越大。目前結(jié)溫電流能做到16A，而對于小組件接線盒，結(jié)溫電流要達到9A。

5.1.3、連接電阻

連接電阻并沒有明確的范圍要求，只是反應接線端子與匯流帶的連接方式的好壞程度。

接線端子的連接方式分為兩種，一種為夾緊式連接，一種為焊接。兩種方式各有優(yōu)缺點：

首先，夾緊式連接操作快捷，維修方便，但是與接線端子基礎面積小，連接不夠可靠，導致接觸電阻大，容易發(fā)熱。

第二，焊接方式導電面積答，接觸電阻小，連接緊密。但是在操作時由于焊接溫度較高，容易燒壞二極管。

5.2、焊帶寬度

所謂的焊帶寬度是指組件引出線即匯流帶的寬度，還包括焊帶之間的間距。由于考慮到匯流帶電阻和匯流帶間距，有2.5mm、4mm、6mm三種規(guī)格。

5.3、使用溫度

接線盒同組件一起工作，對環(huán)境的適應性要較強。在溫度方面，目前的標準是-40℃~85℃。

5.4、結(jié)溫溫度

二極管結(jié)溫會影響其截止狀態(tài)下的漏電流，一般來說，溫度每升高十度，漏電流會增大一倍。因此有必要在使用時，二極管的額定結(jié)溫溫度要高于實際結(jié)溫溫度。例如2AP1型鍺二極管，在25時反向電流若為250uA，溫度升高到35，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75時，它的反向電流已達8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會使管子過熱而損壞。

實際的結(jié)溫溫度用一下方法測量：

把組件放在75度烘箱中至熱穩(wěn)定，在二極管中通組件的實際短路電流，熱穩(wěn)定后（例如1h），測量二極管的表面溫度，根據(jù)以下公式計算實際結(jié)溫：

Tj=Tcase+R*U*I，其中R為熱阻系數(shù)，由二極管廠家給出，Tcase

是二極管表面溫度（用熱電偶測出），U是二極管兩端壓降（實測值），I為組件短路電流。計算出的Tj不能超過二極管規(guī)格書上的結(jié)溫范圍。

測試二極管結(jié)溫溫度合格與否的方法為：

組件整體加熱到75(C℃，通入Isc的反向電流持續(xù)1h后，所測旁路二極管的溫度應低于其最高工作溫度。隨后再將通入的反向電流增加到1.25倍Isc，持續(xù)1h，旁路二極管應不失效。

六、注意事項

6.1、測試

接線盒在使用之前要進行測試，主要項目有外觀，密封性，防火性等級，二極管是否合格等。

測試的明細如下表：


6.2、使用

1.使用之前請確定接線盒經(jīng)過測試并合格。

2.下生產(chǎn)指令單之前，請先確定接線端子間距，一邊確定排版工藝。

3.裝接線盒時打膠要均勻，全面，保證盒體與背板之間完全密封。

4.安裝接線盒請務必分清楚正負極。

5.接觸式接線端子在連接匯流帶時請務必檢驗匯流帶與接線端子之間的拉力是否足夠。

6.焊接式接線端子在使用時，焊接時間不要太長，以免損壞二極管。

7.安裝盒蓋時請務必用力卡牢。