Der Schmerzpunkt bei der Installation von Photovoltaik-MC4-Steckverbindern: Crimpen

Mit der rasanten Entwicklung des dezentralen, insbesondere Haushalts-Photovoltaikmarktes in den letzten Jahren sind die Qualitätsprobleme von Photovoltaikanlagen immer stärker in den Vordergrund gerückt.Ein Brand einer Photovoltaikanlage gefährdet nicht nur die Sicherheit von Personen, sondern hat auch negative Auswirkungen auf die Branche.Laut ausländischen Forschungsberichten sind das gegenseitige Einstecken von Steckverbindern und die unregelmäßige Installation von Steckverbindern die erste und dritte Brandursache.Dieser Artikel konzentriert sich auf die Analyse der unregelmäßigen Installation von Steckverbindern, insbesondere des Crimpens des Photovoltaikkabels und des Metallkerns des Steckverbinders, um Benutzern eine bestimmte Referenz zu bieten, die Photovoltaikanlage zu warten und die Vorteile der Benutzer zu schützen.

Marktsituation

In einem Photovoltaik-Stromerzeugungssystem werden Photovoltaik-Steckverbinder hauptsächlich in Komponenten, Anschlusskästen, Wechselrichtern und den Verbindungen zwischen ihnen verwendet, die größtenteils im Werk installiert werden, und die Crimpqualität ist relativ zuverlässig.Etwa 10 % der verbleibenden Anschlüsse müssen vor Ort manuell installiert werden, was hauptsächlich auf die Notwendigkeit zurückzuführen ist, an beiden Enden des Photovoltaikkabels, das jedes Gerät verbindet, Anschlüsse zu installieren.Den Erfahrungen langjähriger Kundenbesuche zufolge kommt es aufgrund der mangelnden Schulung der Montagearbeiter vor Ort und des Einsatzes professioneller Crimpwerkzeuge häufig zu Crimpunregelmäßigkeiten, wie unten dargestellt.

[Abbildung 1: Unregelmäßiger Crimpfall]

Arten und Eigenschaften von Metallkernen

Der Metallkern ist der Hauptkörper des Steckverbinders und der wichtigste Strömungsweg.Derzeit verwendet die überwiegende Mehrheit der auf dem Markt erhältlichen Photovoltaik-Steckverbinder einen „U“-förmigen Metallkern, der aus einem Kupferblech gestanzt und geformt wird, auch bekannt als gestanzter Metallkern.Dank des Stanzverfahrens weist der „U“-förmige Metallkern nicht nur eine hohe Produktionseffizienz auf, sondern kann auch in einer Kette angeordnet werden, was sich sehr gut für die automatisierte Kabelbaumproduktion eignet.

Einige Photovoltaik-Steckverbinder verwenden einen „O“-förmigen Metallkern, der durch Bohren von Löchern an beiden Enden eines dünnen Kupferstabs gebildet wird, der auch als bearbeiteter Metallkern bezeichnet wird.Der „O“-förmige Metallkern kann nur einzeln gecrimpt werden, was für den Einsatz in automatisierten Anlagen nicht geeignet ist.

【Bild 2: Metallkerntyp】

Hinzu kommt ein äußerst seltener Metallkern, der knickfrei ist und über ein Federblech mit dem Kabel verbunden ist.Da keine Crimpwerkzeuge erforderlich sind, ist die Installation relativ einfach und bequem.Allerdings führt die Verbindung des Federblatts zu einem großen Kontaktwiderstand und eine langfristige Zuverlässigkeit kann nicht garantiert werden.Einige Zertifizierungsstellen lassen diese Art von Metallkern ebenfalls nicht zu.

[Tabelle 1: Merkmale verschiedener Metallkerne]

Grundkenntnisse im Crimpen

Crimpen ist eine der grundlegendsten und gebräuchlichsten Verbindungstechniken.Täglich kommt es zu unzähligen Crimparbeiten.Gleichzeitig hat sich Crimpen als ausgereifte und zuverlässige Verbindungstechnik erwiesen.

Crimpvorgang

Die Zuverlässigkeit des Crimpens hängt weitgehend von Werkzeugen und Arbeitsgängen ab, die beide bestimmen, ob der endgültige Crimpeffekt den Anforderungen der Norm entspricht.Nehmen Sie als Beispiel den „U“-förmigen Metallkern.Es handelt sich grundsätzlich um ein mit Kupfer verzinntes Material, das durch Crimpen mit dem Photovoltaikkabel verbunden werden muss.Der Crimpvorgang läuft wie folgt ab:

【Bild 3: Crimpvorgang】

Es ist nicht schwer zu erkennen, dass es sich beim Crimpen des „U“-förmigen Metallkerns um einen Prozess handelt, bei dem das mit dem Kabelkupferdraht umwickelte Kupferblech allmählich zusammengedrückt wird, wenn die Crimphöhe allmählich abnimmt (während die Crimpkraft allmählich zunimmt).Bei diesem Verfahren bestimmt die Steuerung der Crimphöhe direkt die Qualität der Crimpung.Die Kontrolle der Crimpbreite ist nicht sehr wichtig, da der Crimpstempel den Breitenwert bestimmt.

Crimphöhe

Viele Menschen wissen, dass zu lockeres oder zu festes Crimpen nicht gut ist. Wie stark sollte die Crimphöhe mit fortschreitendem Crimpen kontrolliert werden?Wie verändern sich außerdem zwei wichtige Qualitätsindikatoren, nämlich die Abzugskraft und die elektrische Leitfähigkeit, während dieses Prozesses?

[Abbildung 4: Abzugskraft und Crimphöhe]

Wenn die Crimphöhe allmählich abnimmt, nimmt die Abzugskraft zwischen dem Kabel und dem Metallkern allmählich zu, bis sie den „X“-Punkt in der Abbildung oben erreicht.Wenn die Crimphöhe weiter abnimmt, nimmt die Abzugskraft aufgrund der allmählichen Zerstörung der Struktur des Kupferdrahts weiter ab.

[Abbildung 5: Leitfähigkeit und Crimphöhe]

Die obige Abbildung beschreibt die langfristigen elektrischen Eigenschaften des Crimpens.Je größer der Wert, desto besser ist die elektrische Leitfähigkeit und desto besser sind die elektrischen Eigenschaften der Kabel- und Metallkernverbindung.„X“ steht für den besten Punkt.

Wenn wir die beiden oben genannten Kurven überlagern, können wir leicht eine Schlussfolgerung ziehen:

        DerDie beste Crimphöhe kann nur eine umfassende Berücksichtigung von Abzugskraft und Leitfähigkeit sowie ein Wert im Bereich zwischen den beiden besten Punkten sein, Wie nachfolgend dargestellt.

[Abbildung 6: Crimphöhe, mechanische und elektrische Eigenschaften]

Bewertung der Crimpqualität

Die in der Branche üblicherweise verwendeten Beurteilungsmethoden sind wie folgt:

■ Die Crimphöhe/-breite kann mit einem Messschieber innerhalb des definierten Bereichs gemessen werden;

■ Abziehkraft, das heißt die Kraft, die erforderlich ist, um den Kupferdraht von der Crimpstelle zu ziehen oder zu brechen, z. B. bei einem 4-mm2-Kabel. IEC 60352-2 erfordert mindestens 310 N;

■ Widerstand, am Beispiel des 4-mm2-Kabels: IEC 60352-2 verlangt, dass der Widerstand am Crimp weniger als 135 Mikroohm beträgt;

■Querschnittsanalyse, zerstörungsfreies Schneiden der Crimpzone, Analyse von Breite, Höhe, Kompressionsrate, Symmetrie, Rissen und Graten usw.

Wenn ein neues Gerät oder eine neue Crimpmatrize freigegeben werden soll, ist zusätzlich zu den oben genannten Punkten auch die Überwachung der Widerstandsstabilität unter Temperaturwechselbedingungen erforderlich, siehe Norm IEC 60352-2.

Crimp-Werkzeug

Die überwiegende Mehrheit der Photovoltaik-Steckverbinder wird im Werk mit automatisierten Anlagen installiert und die Crimpqualität ist hoch.Bei Steckverbindern, die vor Ort installiert werden müssen, kann das Crimpen jedoch nur mit einer Crimpzange erfolgen.Zum Crimpen muss die Original-Profi-Crimpzange verwendet werden.Zum Crimpen können keine gewöhnlichen Schraubstöcke oder Spitzzangen verwendet werden.Einerseits ist die Qualität des Crimpens gering, zudem handelt es sich um eine Methode, die von Steckverbinderherstellern und Zertifizierungsstellen nicht anerkannt wird.

【Bild 7: Crimpwerkzeug】

Gefahren durch unregelmäßiges Crimpen

Schlechtes Crimpen kann zur Nichteinhaltung der Spezifikationen, zu instabilem Kontaktwiderstand und zu Dichtungsfehlern führen.Es handelt sich um einen großen Risikopunkt, der die Gesamtfunktion und Rentabilität von Photovoltaikanlagen beeinträchtigt.

Zusammenfassung

■ Der Stecker ist ein kleines Teil, aber er beeinträchtigt die betriebliche Effizienz des Photovoltaikprojekts.Kompromisse bei der Qualität bedeuten in der Regel hohe Folgeschäden und Risiken, die hätten vermieden werden können;

■ Für die Installation von Photovoltaik-Steckverbindern ist die Crimpverbindung das wichtigste, und es wird empfohlen, professionelle Crimpwerkzeuge zu verwenden.Für technische Installateure ist die Crimpschulung ein unverzichtbares Bindeglied.