关于光伏连接器对光伏电站投资回报影响的分析

江苏旭日新能源科技发展有限公司 ■ 时剑

阳立电子(苏州)有限公司 ■ 童红

关于光伏连接器对光伏电站投资回报影响的分析

江苏旭日新能源科技发展有限公司 ■ 时剑*

阳立电子(苏州)有限公司 ■ 童红

以100 MW光伏电站全年光照小时数1500 h为例，通过对国内目前已使用的优质和劣质光伏连接器进行失效分析和测试，结果显示，劣质光伏连接器比优质光伏连接器年发电量损失超过93%；在整个光伏电站25年寿命期内，采用优质光伏连接器比采用劣质光伏连接器多发电超过500万kWh，同时也大幅降低了使用劣质光伏连接器所带来的后期运维费用的增加。因此，采用优质光伏连接器对提升光伏电站投资回报有明显的提升作用。

光伏连接器；发电量损失；运维费用；投资回报

0 引言

目前光伏电站的设计寿命都在20～25年[1]，因此，对光伏电站系统中设备部件的工作寿命也提出了相应要求，每个设备部件都存在诸如机械寿命、电气寿命有限等问题，这些寿命会对光伏电站的最终投资收益造成一定的影响。在光伏电站中，组件、逆变器、线缆、支架、高低压开关柜、变压器这些设备因在工程造价中占比较突出，会引起设计和采购方的重视；而作为组件和光伏线缆连接必要部件的光伏连接器，由于其造价占整个光伏电站系统造价不超过0.4%，在系统设计和设备部件采购中对其品质的要求往往容易被忽略。

许多光伏电站建设在条件艰苦的西部地区，也有一部分以分布式发电的形式建设在屋顶，无论是集中式光伏发电还是分布式光伏发电，都存在电站建成后运维成本增加的问题。为了减少维护成本，有效的途径是提升系统可靠性，而系统可靠性的提升主要取决于系统所采用的设备部件的可靠性。

目前国家每年以15～20 GW[2]的速度建设光伏电站，截至2015年9月底，我国光伏发电装机容量达到37.95 GW[3]，1～9月全国累计光伏发电量为306亿kWh。而在电站运维中发现，使用廉价光伏连接器频频出现故障，甚至出现光伏连接器烧毁现象，对光伏阵列区造成很大的火灾安全隐患，因此，光伏连接器的选择应引起足够重视。

1 光伏连接器失效分析

通过对国内多个光伏电站失效光伏连接器进行外观分析后发现，光伏连接器烧毁的部位主要存在于连接器的中间部分(即A～B段，电阻记为Rco)及两端压接部分(即C～D段，电阻记为Rcr)，如图1所示。

图1 光伏连接器示意图

光伏连接器烧毁，致使光伏阵列发生火灾的根本原因在于：通流情况下，光伏连接器的电阻增大，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，从而引发火灾。因此，光伏连接器的失效并引发火灾是由塑料外壳和金属件共同作用的结果。如图2所示，利用红外热成像仪对优、劣质光伏连接器工作时的温度进行热成像，显然劣质光伏连接器工作时温度更高。

图2 优、劣质光伏连接器工作时温度的热成像图

1.1 金属件部分

金属件是光伏连接器组成的主体，也是最主要的通流路径。在各种环境下运行时，稳定的电阻是保障连接器正常工作的前提条件。

光伏连接器的接触电阻R由3部分组成：Rco、金属件内阻及Rcr。图3为光伏连接器接触电阻R插合状态，优、劣质光伏连接器由于金属件内阻在正常情况下变化较小，可忽略不计，但Rco和Rcr存在较大差异。

图3 连接器接触电阻R插合状态

1.1.1 电阻Rco

目前全球市场上的光伏连接器都采用类似的Multilam(表带)[4]连接，该技术为史陶比尔公司核心技术，该部分电阻由3部分组成：膜阻、表带本身的电阻及收缩电阻。

电阻Rco是光伏连接器对插后金属件搭接部分的电阻。如果Rco出现非正常增大，就会导致温度升高，进而导致光伏连接器中间部位引发火灾。致使Rco非正常增大的原因主要有以下两方面：

1)安装不到位。安装不到位是引起Rco增大的主要因素之一。每个公司的光伏连接器插合后，为了能保证通流，A～B段(见图1)的搭接长度是一定的，目的就是为了保证两个金属件完全接触。如果在连接器的组装过程中出现安装不到位的情况，则金属件的插合就会出现异常，如图4 、图5所示。

图4 插合到位(剖面)

图5 插合不到位(剖面)

在图5情况下进行通流，由于劣质光伏连接器金属插针和插座未充分通过表带接触，于是这一部分的电阻Rco就会在通流过程中变大，该部位产生的热量就会增加，进而导致温度升高；长期的高温对其部位氧化和老化加剧，进一步增加该部位的阻抗，最终导致光伏连接器烧毁。

2)不同公司的光伏连接器互插。在光伏电站建设中，各公司的光伏连接器互插现象在电站应用中普遍存在，而且许多电站业主和组件厂商都认为可以互插。

互插无法保证通流的根本原因在于其无法保证核心元器件表带的长期有效接触，因为各个公司表带槽的尺寸公差及表带与金属件的配合尺寸公差存在一定差异；并且互插无法保证各个公司所使用的光伏连接器材料的一致性。

1.1.2 电阻Rcr

压接电阻Rcr主要是与压接质量和压接工艺有关。通过压缩比及压接剖面来判断压接质量的好坏，如图6所示。

图6 好的压接与差的压接对比图

1.2 密封性能

连接器由于处于户外，因此对于密封性能有严格要求，如优质光伏连接器达到了IP65甚至IP68的防护等级。由于光伏连接器是与电缆匹配连接，因此当涉及到密封性时，电缆的选择变得非常重要。一般来说，不同的光伏连接器型号会对应不同的电缆外径，其目的就是保证密封性能。为了验证电缆的匹配性，在光伏连接器组装好之后还要对其进行相关的测试，如IP测试、湿绝缘测试及耐压测试等。而劣质光伏连接器在户外应用时，由于密封性能差可能会进水进尘，从而破坏绝缘性能，进而引发火灾。

1.3 绝缘材料

绝缘材料的选择直接决定了光伏连接器的质量。优质的光伏连接器需要选择合适的绝缘材料，而是否合适主要是通过光伏连接器使用要求来确定的，如材料的耐候性能、耐热性能、阻燃性能、机械性能、绝缘性能等，光伏连接器绝缘材料的选择是这几项性能综合考虑的结果。选择合适的材料才能降低产品在较高温升下的失火概率。

此外，对部分损坏的光伏连接器进行分析发现，这些都采用了回料作为绝缘材料。光伏连接器在很多客户端是要求使用25年及以上的，这就意味着对材料提出了非常高的要求。虽然使用回料可降低产品成本，但却增加了产品在使用端的失效概率，因此，光伏连接器厂商应对此加以杜绝。

2 光伏电站投资回报分析

从长远来看，接触电阻会直接影响电站的投资回报。以100 MW的光伏电站为例，全年光照时间假定为1500 h，光伏组件采用250 Wp，组件的额定电流为8.28 A，得到100 MW光伏电站需要约42万套光伏连接器。对比结果如表1所示。

通过表1可知，100 MW光伏电站，采用优质光伏连接器比采用一般或劣质光伏连接器采购成本多140万，但是一般或劣质光伏连接器每年比优质光伏连接器能量损耗多出近20万kWh的电，假设按照电价1元/kWh计算即采用优质连接器可每年多盈利约20万元。因此采用优质光伏连接器可在7年内实现投资回报；实际应该比7年时间更短，因为未考虑采用劣质光伏连接器在完全损坏和更换时发电量的损失，以及后期更换成本，由此可体现采用优质光伏连接器的优越性。

3 运维成本分析

光伏电站成功并网后，运维就成了电站业主

的重要工作。运维好坏不仅影响电站的长期稳定运行，同时关系到电站投资者的价值实现和最终收益。通常100 MW 光伏电站每年在电站运维上花费近200万。

表1 优、劣质光伏连接器能量损耗对照表

光伏连接器失效产生的主要运维成本体现在如下几个方面：

1)发电量损失。通常，如果电站中的光伏连接器发生故障，那么该光伏连接器所在组串(以20块250 Wp组件为例)将会整串失效，即无法发电并网。假设每日平均光照时间为5～6 h，发电量损失为20×250×(5～6)=25～30 kWh，那么相应的经济损失即为 25～30 kWh与度电补贴的乘积。

2)备品备件。由于不同品牌光伏连接器的质量差异，造成光伏连接器在电站中的使用寿命长短不同，且替换该光伏连接器产生的费用也不同。通常，电站中会有一定比例的备品备件采购量，具体比例根据不同电站的实际情况会有差别。但光伏连接器本身的质量优劣与备品备件的使用时间成正比。以西部某大型地面电站为例，据了解该电站的光伏连接器按照初始装机量的5%采购备件，约2 年用完。

3)人力成本。根据现有的运维能力和技术水平，即便追踪到了某块组件或逆变器发电异常，也很难排除该问题是否出现在光伏连接器失效方面。也就是说，一旦光伏连接器失效，运维人员很难排查，并且失效的光伏连接器越多，运维人员的工作量也将成倍增加。一旦遇到电站环境复杂、恶劣的情况，运维人员的工作难度和强度又将大幅增加，无形中增加了人力成本。

4)风险。无论是上文提到的哪种情况导致光伏连接器失效，都会存在漏电的风险。这就意味着运维人员在排查、替换光伏连接器时将要承担安全风险。而一旦光伏连接器着火，受到威胁的不仅仅是运维人员的人身安全，甚至可能导致屋顶、 厂房的烧损，造成更多的经济损失及声誉损失。

4 总结

综上所述，尽管光伏连接器造价占整个工程造价不超过0.4%，但劣质光伏连接器存在诸多问题，如接触电阻大、机械强度低、耐候性差、密封性差、绝缘性能低下等。通过对优、劣质光伏连接器发电量损失、采购成本对比，以及运维成本分析，采用优质光伏连接器的光伏电站优势显现明显，建议光伏电站建设方应对光伏连接器的选择引起足够的重视。

[1] (日)太阳光发电协会[编]，刘树民，宏伟[译]. 太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].北京：科学出版社，2006.

[2] 赵静.“十三五”年增光伏发电逾1500万千瓦 产业发展提速[EB/OL]. http://guangfu.bjx.com.cn/news/20160322/718156. shtml，2016-03-22.

[3] 国家能源局.2015年1～9月光伏发电建设信息简况[EB/ OL]. http://www.nea.gov.cn/2015-10/20/c_134732263.htm, 2015-10-20.

[4] Multi-Contact. Multi-Contact products for renewable energy [EB/OL]. http://www.multi-contact.com/products/productline/5. html, 2016-03.

2016-05-07

时剑(1984—)，男，硕士研究生、工程师，主要从事光伏系统集成方面的研究。shijian600@163.com