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无法忽视的真相: 超大电流组件接线盒的应用存在安全隐患

前段时间,有篇文章提到大电流接线盒已完全满足超高功率组件需求,并且展示了25A接线盒的相关数据。实际上据笔者了解,25A接线盒并不能满足超大电流双面组件的使用需求。本文会从接线盒额定电流标准、大电流接线盒需求盘点以及可靠性等相关问题上为大家进行全面解析。

1、接线盒额定电流的选用标准

按照IEC61215中旁路二极管测试规定,接线盒额定电流需满足大于1.25倍的Isc(单面组件),如果应用到双面组件中,则还需考虑UL1703规定的双面增益系数30%,所以双面选用接线盒的理论最大电流等于IscX1.25X1.3。因此用G12双面组件18.36A短路电流测算,该接线盒最大理论电流等于29.84A,需要选用30A额定电流的接线盒。而M10的双面组件根据短路电流测算,最大理论电流为22.5A,需要选用25A额定电流的接线盒。通过以上测算,可以明显看出30A接线盒留下的安全余量仅仅0.5%,这意味着后续通过其他手段(如电池效率提升,新型组件提效技术)提高组件电流受到制约,稍许波动则可靠性存在风险。如果考虑目前常规的10%安全余量设计,甚至需要开发33A以上的接线盒。对于M10组件来说,其接线盒的安全余量达10%,为后续新技术应用预留了充足的空间,是一种兼顾可靠性和长远性发展的科学考量。

2、大电流接线盒需求盘点

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上表为光伏组件厂典型的大电流组件电性能参数及接线盒额定电流选择情况,可以看出:13.9A电流的M10组件选用行业成熟的单芯方案且安全余量充足,同时采用更高规格的二极管,保证了大电流接线盒的可靠性。而18.4A的G12超大电流组件采用全新的双芯方案(未被行业验证过)且双面组件安全余量太小。

3、大电流接线盒可靠性分析

根据调研,M10组件接线盒选用的大多数是行业成熟的轴向工艺加单芯设计,轴式二极管接线盒发展早,目前比较成熟,故障率低。现在大多采用沟槽式芯片结构,漏电流小,抗静电能力强,其可靠性已得到充分验证。而对于30A接线盒双芯的设计,行业并未使用过,若芯片封装时两颗芯片性能差异较大,会有工作时分流不均的风险,造成二极管发热烧毁。

并联二极管分流特性分析如下图,采用行业通用的150mil肖特基二极管正向电流曲线分析,如果两个二极管正向压降VF=50mv,则通过两个二极管电流相差10A。假设通过30A的工作电流,则其中一个二极管电流会达到20A,接近这种二极管允许通过电流的上限(22A,此时结温超过200°C)失效风险明显提高。

由于结温性能对于接线盒选择至关重要,而M10双面组件的Isc远低于18.4A双面组件的电流,同样配置的接线盒发热更低,常规条件下结温测试能够轻松通过,测试数据见下表。为了对该接线盒进行更全面的评估,对结温性能进行加严测试如下:

首先将理论情况下的最大电流22.5A进一步增大到26A,再进行其他条件相同的测试,一小时后记录二极管壳温,结果如下:

可以看出即使测试电流超出了M10接线盒的额定电流,二极管仍然是安全可靠的。为了模拟户外综合老化因素(高温、高湿)对接线盒的影响,对M10组件接线盒进行PCT48h(高压加速实验老化)+结温测试(26A),观察结温,结果如下:

实验结果表明,即使户外接线盒在高温高湿环境中叠加超高电流,M10组件接线盒仍然满足使用需求。

综上所述,评估大电流接线盒不仅要考虑接线盒材料方面的因素,还需要综合考虑接线盒设计电流的安全余量、接线盒封装结构的成熟度以及在严苛环境中的表现。M10组件接线盒通过严谨的设计在以上方面经过评估都是安全可靠的,而G12超大电流双面组件接线盒明显还没有满足使用需求。

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