光伏电站组件接线盒常见故障分析

接线盒故障是导致该类组件性能降低的主要原因，特别是随着光伏行业大电流组件的兴起，接线盒安全风险将不容忽视，本文结合常规光伏组件接线盒结构，对常见接线盒故障问题进行了讨论分析，为行业提供技术参考。

1.    光伏组件接线盒作用

光伏组件接线盒是光伏组件的重要组成部分，是集电路设计、材料应用于一体的电气部件，位于光伏组件背面，如图2所示：

接线盒有连接、保护两个作用。连接作用是通过线缆和连接器将光伏组件产生的电流引出并导入到用电设备中。为了减小接线盒自身损耗，要求导电材料自身电阻及接触电阻尽可能小。

保护作用包含两部分，一是通过旁路二极管保护光伏组件以及提高光伏组件在遮挡等故障条件下的功率输出；二是通过特殊材料密封、散热设计，达到防水防火、降低接线盒工作温度的目的，从而起到保护光伏组件，降低由于旁路二极管漏电流对光伏组件输出功率造成的损耗。

2、光伏组件接线盒结构

光伏组件接线盒主要由旁路二极管、铜导体、绝缘壳体、密封硅胶四部分组成，如图3所示，常见接线盒基本参数如表1所示。

（1）   旁路二极管

旁路二极管用于当光伏组件电池片出现热斑效应（或局部遮挡）不能发电时，起旁路作用，让其它正常电池片所产生的电流从二极管流出，使光伏组件不会因为某一片电池片出现问题而产生发电量损失。以30SQ045型号光伏旁路二极管为例，30表示二极管额定电流是30A；SQ表示二极管类型为肖特基二级管；045表示最大反向电压是45V。额定电流指在规定的环境温度和标准散热条件下,二极管允许长期通过的最大工作电流的平均值，如果电流高于此值，则二极管容易出现故障，如图4所示，当旁路二极管结温较高时，其工作电流需降额使用。二极管工作时，一般允许的结温范围为-55°C—+200°C，其使用时不能超过这个温度范围，否则二极管会发生故障。

旁路二极管特性曲线如图5所示，反向击穿电压VBR是二极管发生反向击穿时的临界电压，当加载到二极管的反向电压大于该值时，二极管会被击穿，该种击穿也称为“电击穿”。如果二极管没有因电击穿而引起过热产生“热击穿”，则二极管一般不会被损坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复，否则二极管会被损坏。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。在光伏组件设计过程中，旁路二极管反向击穿电压决定了与其并联的电池串的电池片数量,设与旁路二极管并联的电池串的电池数量为N,单个电池片的开路电压为u，单个电池片能承受的最大反向偏置电压为u1，旁路二极管导通电压为ud，则N一般取公式（1）和公式（2）的最小值:

（2）铜导体

铜导体用于将光伏组件汇流条与旁路二极管连接到一起，其熔点约900℃。

（3）绝缘壳体

绝缘壳体用于保护接线盒内器件，是由耐候性强的材料制作，目前最常用的材料为PPO绝缘材料（聚苯醚）。PPO材料，难以燃烧，介电性能优良，几乎不受温度和湿度的影响。PPO材料的长期使用温度范围90-175℃，热变形温度可达190℃，脆化温度为-170℃。PPO材料越纯，其耐温度性越高，接线盒材质的鉴别通常采用标准PPO红外光谱与测试样品比对的方法。

（4）密封硅胶

有机硅胶主要用保护接线盒内部器件，其具有耐高温、耐老化、耐火焰、气密性好、绝缘性好等特性。可在-65℃～250℃温度范围内长期保持弹性，并具有优良的电气性能和化学稳定性。

3.接线盒常见故障分析

3.1接线盒常见故障

项目现场光伏组件接线盒常见故障包括：盒体老化变形、接线盒内虚焊、旁路二极管击穿失效、接线盒烧毁、接线盒与硅胶脱离，如图6所示。

3.2接线盒常见故障原理分析

（1）故障原理1：组件焊接工艺质量问题

接线盒内二极管引脚与铜导体连接处、汇流条与铜导体连接处存在虚焊，当光伏组件存在阴影遮挡或者其他问题引起旁路二极管开启时，虚焊处便会发热，当虚焊处热量累积超过接线盒绝缘材料的热变形温度时，接线盒就会发生老化变形，旁路二极管开启工作时间越长，接线盒变形老化风险越大，当温度大于二极管结温上限值时，高温就会引起旁路二极管发生热击穿损毁，甚至烧毁接线盒。

（2）故障原理2：组件密封工艺质量问题

接线盒与光伏组件背板粘胶过程中存在污染，导致后期接线盒与硅胶脱离故障。

（3）故障原理3：阴影遮挡、隐裂等问题

光伏组件长期处于阴影遮挡、隐裂、局部热斑等条件下，使得旁路二极管长时间处于连续工作状态，从而引起旁路二极管结区温度升高，当结区温度累积到一定程度，旁路二极管就会发生热击穿失效，如果不及时处理，热量累积达到接线盒绝缘材料变形温度时，接线盒就会发生变形老化，情况严重会引起接线盒烧毁。

（4）故障原理4：雷击

光伏组件遭遇雷击时，旁路二极管会瞬间被高电压击穿，当雨过天晴后，随着正常组件电流长时间流过失效二极管，二极管便会发热，当热量累积到一定程度，就会引起接线盒老化变形，甚至引起接线盒烧毁；

总结

光伏电站要保证全生命周期稳定，以组件为核心的系统可靠性，是保障客户投资回报、实现客户价值的基础。接线盒作为光伏组件的重要组成部分，当其发生故障时，会导致光伏电站发电量降低，情况严重时甚至会引发火灾。目前，光伏电站户外常采用目检、红外热成像技术、I-V测试方法来判断接线盒故障，近年来随着智能化技术的发展，逆变器智能I-V扫描、电站评价体系软件等更加便捷的方式，进一步拓展了系统侧对于光伏组件接线盒故障检测的方式。

在当前光伏组件尺寸、电流大跃进式的提升后，接线盒可靠性的风险将大幅提升，更应该考虑选用品质优异、可靠性好、售后保障健全的“将生命周期标准贯穿于产品生产应用的每一个环节的”头部品牌组件，避免虚焊等工艺质量问题造成的隐患；在组件运输及安装过程中，要做好组件维护工作，减少组件隐裂的产生；在日常运维过程中，要做好电站防雷、故障排查工作，当发现组件存在阴影遮挡、热斑、隐裂等问题时要及时处理，避免接线盒发生故障。

来源：隆基清洁能源，略有修改