光伏连接器的历史与作用

光伏电站中，要把大量的组件的电量汇集在一起，进入逆变器，必须依赖电缆和连接器，光伏连接器是光伏发电系统内组件、汇流箱、控制器和逆变器等各个部件之间相互连接的关键零件。

截至2018年9月底，我国光伏累计装机容量约133GW，位居全球第一。以1MW用量4000套来计算，目前国内光伏电站约有5.3亿套连接器。若以风险的角度看待，意味着有至少5.3亿个风险点，需要电站业主去关注，尽管如此，在电站设计、建设及运维的阶段，光伏连接器还是经常被忽视,究其原因，是大家对连接器的重视程度还不够。

光伏电站技术失效风险所引起的发电量收益损失

1、 电缆使用不当，安装不规范，破损，选型错误

2、 连接器损坏和烧毁

3、 逆变器故障,风扇故障

4、 组件脏污，阴影，安装不规范，损坏，组件玻璃破损，组件PID

5、 配电柜故障

6、 电网故障

7、 变压器故障

1、光伏连接器历史

对于光伏连接器来说，1996年和2002年是两个十分重要的年份。1996年前，没有专门的光伏连接器，光伏电缆采用通用的螺丝端子或者接合连接件(splice connection)进行连接，外面接绝缘胶布，这种方法费时费力，而且不可靠，随着光伏系统安装量的增加，大家希望有一个快速、安全和易操作的连接方案。

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-in connector)应运而生，这就是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)，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。

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”(plug and play)。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连接器分为线端和板端，通常意义上，大家所说的MC4指的是线端。MC4，由金属件和绝缘件两大部分组成。MC是Multi-Contact的缩写，4则为金属芯直径的尺寸。

不同厂家连接器在规格、尺寸和公差等方面并不一致，所以根本无法100%匹配。倘若强行互插，会导致温度升高、接触电阻变化和IP等级无法保证的问题，进而严重影响电阻的发电效率和安全。

由于Multi-Contact是世界上第一个做专业光伏连接器的，很多标准都是它定的，影响巨大，很多人误以为光伏连接器外文名字就是MC4，其实并不是，另一个做光伏连接器Amphenol/安费诺，出货量和它差不多，型号为HeliosH4。

2、光伏连接器的核心技术

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25年。

(1)外壳绝缘材料

光伏连接器的应用环境一般非常恶劣，从海边盐碱地到高原荒漠等各种地形，从炎热的赤道到寒冷的高纬度地区，还有太阳辐射、雨雪以及风沙等常年侵蚀，外壳绝缘材料的耐候性能、耐热性能、阻燃性能、机械性能、绝缘性能等各方面性能都非常好，才能使用25年，保证里面的铜芯和外面绝缘。

(2)密封

光伏连接器里面是插件铜芯和电缆的铜芯，本身没有防腐功能，需要连接器让铜芯和外界保持隔离，板载的连接器还和逆变器(或者控制器)在一起，所以还要保证逆变器的密封功能，因此连接器的密封功能也要非常可靠。另外在安装时，密封螺丝要拧紧。

(3)接触电阻

光伏连接器最新国际标准IEC 62852，公母对插后的接触电阻在测试后，增量不能大于5 mΩ或者电阻终值小于初始值的150%。采用优质的光伏连接器，在连接器上消耗的功率不到系统总功率的万分之一，劣质的连接器所消耗的功率则是优质连接器的30多倍。连接器失效进而引发火灾的根本原因：在通流情况下，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。接触电阻主要和铜芯的材料，尺寸有关系，不同品牌的连接器，规格不一样，建议不要混用。在在安装时，公母连接器要插到位，正规品牌的连接器，对插到位时会有声音。

3、光伏连接器的压接方法

金属芯的类型及特点：金属芯是连接器组成的主体，也是最主要的电流通过的路径。目前市场上光伏连接器有两种，一是 “U”型金属芯，它是由铜片冲压成型的，也称为冲压型金属芯，适合自动化线束生产。另部分光伏连接器采用“O”型金属芯，它是由细铜棒两端钻孔成型，也称为机加工型金属芯。“O”型金属芯连接可靠，对压接工具要求低。适用于用手动压接工具生产。

还有一种极为少见的金属芯是免压接的，它靠弹簧片和电缆连接。由于不需要压接工具，所以安装相对简单方便。但是，弹簧片连接会导致接触电阻较大，且不能保证长期可靠性。一些认证机构也不认可此种金属芯。

(1)压接基础知识

压接是一种最基本和常见的连接技术。压接的可靠性很大程度上取决于工具和操作，两者共同决定了最后的压接效果是否满足标准的要求。以“U”型金属芯为例，其基本上是铜镀锡的材质，需要通过压接和光伏电缆连接，其压接过程如下所示：

不难看出，“U”型金属芯压接是一个随着压接高度逐渐减少(同时压接力逐渐增加)，铜片包裹电缆铜丝逐渐压缩的过程。在这个过程中，对压接高度的管控直接决定了压接品质的好坏。

(2)压接质量评判

行业内通常采用的评判方式如下：

A、压接高度/宽度，在定义的范围内，用游标卡尺可测量;

B、拉脱力，即把铜丝从压接处拉出来或拉断所需要的力，比如4mm2电缆，IEC60352-2要求至少达到310N;

C、电阻，以4mm2电缆为例，IEC60352-2要求压接处电阻小于5mΩ;

D、横截面分析，无损切断压接区，分析宽度、高度、压缩率、对称性、有无开裂和毛边等;

(3)压接工具

绝大多数的光伏连接器是在工厂内通过自动化设备完成安装的，压接质量较高。但是，对于不得不在工程现场安装的连接器，压接只能通过压接钳完成。压接必须使用原厂专业压接钳，普通的老虎钳或者尖嘴钳不能用于压接，一方面压接质量低下，另外这也是不被连接器厂商和认证机构认可的方式。

光伏分支电缆：

当组件功率小，数量比较多时，需要2块或者多块组件汇在一起，常见的汇流套件有二汇一，三汇一，四汇一，五汇一等。按照方式可以做成注塑一体式或者线束式。

文章作者：刘继茂