旧光伏组件接线盒拆装方式分析

2011-05-12林伟陈萼孙韵琳洪瑞江沈辉

太阳能 2011年7期

■ 林伟陈萼孙韵琳洪瑞江沈辉

（1.中山大学太阳能系统研究所； 2.顺德中山大学太阳能研究院）

一引言

晶体硅太阳电池组件的设计寿命一般为20～30年。我国20世纪80年代初期光伏电站安装的组件已经达到或超过了设计使用寿命，这些旧的光伏组件数量庞大，对旧光伏组件的处理已成为光伏企业亟待解决的问题。

通过对一批旧光伏组件的研究发现，很多旧光伏组件虽然达到了设计使用寿命，但是其发电性能仍然能满足某些情况下实际使用的要求，可对其进行再利用。经过调查研究，这些旧光伏组件最易损坏的部分是光伏组件的接线盒，许多接线盒在光照、雨雪等环境因素的影响下腐蚀损坏，密封性能、导电性能有所下降。为了应对后期更长时间的工作需要，有必要对旧光伏组件的旧接线盒进行更换处理。

本文针对旧光伏组件接线盒进行更换处理，对两种不同接线盒处理工艺进行了比较研究，通过分析两种工艺对旧光伏组件输出效果的影响，对旧光伏组件翻新过程中接线盒的处理工艺提出意见和方法。

二试验对象

本试验的研究对象为177块旧光伏组件。该批组件原来安装在海南尖峰岭微波通信站的太阳能供电系统中，于1986年开始正式投入运行，2008年12月由于光伏电站扩容被拆下。

这批旧光伏组件为美国Solarex生产。光伏组件由36块(4行×9列)尺寸规格为101mm×101mm的多晶硅太阳电池封装而成。原始参数为：额定功率42.6Wp，开路电压20.8V，短路电流3.04A，峰值电压15.1V，峰值电流2.82A，额定效率11.2%。

三旧光伏组件接线盒的老化情况

通过对177块旧光伏组件的观察，这批旧光伏组件的接线盒已经严重老化，老化后的外观情况如图1所示。

图1 旧光伏组件老化的接线盒

旧光伏组件接线盒的主要老化情况为：

(1)接线盒盒体与后盖之间的连接处老化。原有的光伏组件后盖为金属螺钉安装固定，在长时间高温、高湿环境下金属螺钉已锈蚀，连接部分的塑料螺纹与垫片也已腐烂，外壳松动，稍加外力即掉下。

(2)接线盒内金属接线端子已经腐蚀，接线盒的连接松脱，接线盒的密封性能和防水性能下降。由于海南地区空气潮湿，空气湿度经常超过90%，因此造成接线盒内的接线部分锈蚀，影响导电性能。

(3)接线盒内的连接线、引出线电缆腐蚀。由于使用时间过长，接线盒内的连接线及引出线的电缆表皮老化，部分地方已经出现裂纹。

接线盒的老化影响了旧光伏组件的电输出性能，为了能重新使用该批次的旧光伏组件，有必要更换老化的接线盒。

四试验方法与步骤

本试验主要包括两个方面的内容：光伏组件接线盒老化对光伏组件输出性能的影响；对旧光伏组件接线盒两种不同处理工艺的测试研究。

1 试验的主要测试仪器及测试条件

本试验的主要测试设备为德国OPTPSOLAR公司生产的光伏组件测试仪，其主要功能是在室内模拟标准条件对太阳能光伏组件进行电性能测试。该仪器的测试精度较高，测量误差为±2%。

试验的测量条件为：光照强度950～1100W/m2，环境温度24～30℃。测试结果经过软件转化为标准条件(光照强度1000W/m2，25℃，AM1.5)。

2 接线盒老化对光伏组件输出电性能的影响测试

从177块旧光伏组件中选取输出性能较好的159块旧光伏组件，对其更换接线盒，并进行组件电性能测试，具体方法为：

(1)在更换接线盒之前，使用光伏组件测试仪对选定的159块旧光伏组件进行电性能输出测试，每块旧光伏组件测量3次，取平均值；

(2)采用完全更换旧接线盒与保留旧接线盒两种不同的工艺方法更换接线盒后，在相同的试验条件下使用光伏组件测试仪进行测量，每块旧光伏组件测量3次，取平均值。

3 旧光伏组件接线盒的两种处理方法

在旧光伏组件接线盒的更换过程中，采取两种不同的处理方法：一种是直接将旧接线盒去除，再安装新的接线盒；另外一种是将旧接线盒保留，在旧接线盒旁边安装新的接线盒。其中，对111块旧光伏组件采取直接去除旧接线盒的方法，而对48块旧光伏组件采取保留旧接线盒的方法。

直接去除旧接线盒，更换新接线盒的工艺流程为：

(1)拧开旧接线盒后盖螺丝，打开接线盒；

(2)拧开旧接线盒与光伏组件引出线的螺丝，断开光伏组件与接线盒的电气连接；

(3)使用薄刀片切入旧接线盒与光伏组件的背板连接处，小心将接线盒底座与旧光伏组件背板剥离；

(4)在光伏组件旧接线盒处，安装新的接线盒。

更换接线盒后的组件如图2所示。

保留旧接线盒，加装新接线盒的工艺流程为：

(1)拧开旧接线盒后盖螺丝，打开接线盒；

(2)拧开旧接线盒与光伏组件引出线的螺丝，断开光伏组件与接线盒的电气连接；

(3)用旧接线盒的接线孔将光伏组件引出线引出；

(4)在旧接线盒旁边选择适当位置，将光伏组件的引出线接入，焊接并安装新接线盒。

加装新接线盒后的光伏组件如图3所示。

图3 加装新接线盒后的组件

五试验测试结果及分析

1 接线盒老化对光伏组件输出电性能的影响

对159块更换旧接线盒的光伏组件进行测试，出现以下3种情况:

(1)有4块组件更换接线盒前未测出电能输出数据，而更换接线盒后测出了电能输出数据；

(2)有5块组件更换接线盒前电能输出基本正常，更换接线盒后电能输出大幅下降，约为额定功率的一半；

(3)共有150块组件在更换旧接线盒前后电能输出基本正常。

针对以上3种情况的试验结果为：

(1)对于第一种情况的4块光伏组件，光伏组件输出电性能的平均值为：额定功率40.135Wp，开路电压20.364V，短路电流2.759A，峰值电压16.538V，峰值电流2.427A。

(2)对于第二种情况的5块光伏组件，可能是更换过程中由于操作不当造成了旧光伏组件的损坏。

(3)更换接线盒前后测试数据基本正常的光伏组件总计150块，在更换接线盒前后的测试数据平均值如表1所示。

表1 更换接线盒前后输出均正常的150块组件数据

从表1可以看出，更换新的接线盒后，光伏组件的峰值电压升高了3.71%，功率输出提高了2.27%。这是因为旧接线盒的老化导致电阻升高，影响了光伏组件的输出性能，而更换接线盒后提高了旧光伏组件的输出性能。

2 旧光伏组件接线盒两种不同处理工艺的测试结果与分析

在159块旧光伏组件中，对其中的111块采取去除旧接线盒的工艺，另外48块采取保留旧接线盒的工艺。试验的总体情况为：

(1)对于更换接线盒前测不出电能输出数据，而更换接线盒后能够测出电能输出的4块组件，其中1块保留旧接线盒工艺，另外3块采取去除旧接线盒工艺。

(2)对于更换接线盒前电能输出基本正常，而更换接线盒后电能输出大幅下降的5块组件，全部采用去除旧接线盒工艺。

(3)对于更换接线盒前后电能输出基本正常的150块组件，103块采用去除旧接线盒方法，其他47块采取保留旧接线盒方法。

从以上情况可以看出，采用去除旧接线盒工艺造成5块旧光伏组件损坏，而保留旧接线盒的工艺方法没有对旧光伏组件造成损伤。

旧光伏组件两种处理工艺的试验结果分别如表2、表3所示，数据对比见图4。

表2 去除旧接线盒方式处理后组件输出结果

表3 保留旧接线盒方式处理后组件输出结果

图4 两种处理工艺结果对比图

通过对旧组件更换接线盒两种工艺的总体情况以及测试数据进行对比分析可知：

(1)采用保留旧接线盒的处理工艺，光伏组件的输出电性能更好。虽然Vmpp升高较小，但由于Impp增加较明显，因此采取保留旧接线盒工艺处理的旧光伏组件的输出功率增加量是去除旧接线盒工艺的光伏组件的1.8倍。

(2)采用去除旧接线盒工艺，在工艺处理上易对旧光伏组件造成物理伤害，试验中就有5块旧光伏组件在更换接线盒的过程中损坏，直接影响了旧光伏组件的输出性能，而采用保留旧接线盒的工艺则没有出现这种情况。

去除旧接线盒时造成组件损伤的原因主要有两个：

(1)去除旧接线盒时，由于旧接线盒与光伏组件粘接非常紧密，不易分开，在实际操作时，刀片会划伤甚至划破TPT背板；

(2)由于旧光伏组件的EVA部分老化发黄，在去除旧接线盒时，如用力过大就会使已经发黄老化的EVA与电池片部分剥离，造成电池片的损伤，甚至使旧光伏组件内的电路连接断裂，从而导致旧光伏组件的输出性能大幅下降。图5为去除旧接线盒后旧光伏组件的表面情况，可以看到明显的接线盒边框痕迹，就是在拆卸旧接线盒时造成的物理损伤。