A caixa de conexão do painel solar é o conector entre o painel solar e o dispositivo de controle de carregamento e é uma parte importante do painel solar.É um projeto abrangente e interdisciplinar que combina projeto elétrico, projeto mecânico e ciência de materiais para fornecer aos usuários um esquema de conexão combinado para painéis solares.
A principal função da caixa de conexão solar é emitir a energia elétrica gerada pelo painel solar através do cabo.Devido à particularidade e ao alto preço das células solares, as caixas de junção solares devem ser especialmente projetadas para atender aos requisitos dos painéis solares.Podemos escolher entre cinco aspectos de função, características, tipo, composição e parâmetros de desempenho da caixa de junção.
1. A função da caixa de conexão do painel solar
A função básica da caixa de conexão solar é conectar o painel solar e a carga, e extrair a corrente gerada pelo painel fotovoltaico para gerar eletricidade.Outra função é proteger os fios de saída dos efeitos de pontos quentes.
(1) Conexão
A caixa de junção solar atua como uma ponte entre o painel solar e o inversor.Dentro da caixa de junção, a corrente gerada pelo painel solar é retirada através de terminais e conectores e chega ao equipamento elétrico.
Para reduzir ao máximo a perda de energia da caixa de junção para o painel solar, a resistência do material condutor usado na caixa de junção do painel solar deve ser pequena e a resistência de contato com o fio condutor do barramento também deve ser pequena .
(2) Função de proteção da caixa de conexão solar
A função de proteção da caixa de junção solar inclui três partes:
1. Através do diodo de bypass é usado para evitar o efeito de ponto quente e proteger a bateria e o painel solar;
2. O material especial é usado para selar o desenho, que é à prova d'água e à prova de fogo;
3. O design especial de dissipação de calor reduz a caixa de junção e a temperatura operacional do diodo de bypass reduz a perda de energia do painel solar devido ao vazamento de corrente.
2. As características da caixa de junção fotovoltaica
(1) Resistência às intempéries
Quando o material da caixa de junção fotovoltaica é usado ao ar livre, ele resistirá aos testes climáticos, como danos causados pela luz, calor, vento e chuva.As partes expostas da caixa de junção fotovoltaica são o corpo da caixa, a tampa da caixa e o conector MC4, todos feitos de materiais resistentes às intempéries.Atualmente, o material mais utilizado é o PPO, que é um dos cinco plásticos de engenharia geral do mundo.Tem as vantagens de alta rigidez, alta resistência ao calor, resistência ao fogo, alta resistência e excelentes propriedades elétricas.
(2) Resistência a altas temperaturas e umidade
O ambiente de trabalho dos painéis solares é muito severo.Alguns operam em áreas tropicais e a temperatura média diária é muito elevada;alguns operam em áreas de alta altitude e alta latitude, e a temperatura operacional é muito baixa;em alguns lugares, a diferença de temperatura entre o dia e a noite é grande, como áreas desérticas.Portanto, as caixas de junção fotovoltaicas devem ter excelentes propriedades de resistência a altas e baixas temperaturas.
(3) Resistente aos raios UV
Os raios ultravioleta causam certos danos aos produtos plásticos, especialmente em áreas de planalto com ar rarefeito e alta irradiância ultravioleta.
(4) Retardo de chama
Refere-se à propriedade possuída por uma substância ou pelo tratamento de um material que retarda significativamente a propagação da chama.
(5) À prova d'água e à prova de poeira
A caixa de junção fotovoltaica geral é à prova d'água e à prova de poeira IP65, IP67, e a caixa de junção fotovoltaica Slocable pode atingir o nível mais alto de IP68.
(6) Função de dissipação de calor
Os diodos e a temperatura ambiente aumentam a temperatura na caixa de junção fotovoltaica.Quando o diodo conduz, ele gera calor.Ao mesmo tempo, também é gerado calor devido à resistência de contato entre o diodo e o terminal.Além disso, o aumento da temperatura ambiente também aumentará a temperatura dentro da caixa de junção.
Os componentes dentro da caixa de junção fotovoltaica que são suscetíveis a altas temperaturas são anéis de vedação e diodos.A alta temperatura acelerará a velocidade de envelhecimento do anel de vedação e afetará o desempenho de vedação da caixa de junção;há uma corrente reversa no diodo, e a corrente reversa dobrará para cada aumento de 10 °C na temperatura.A corrente reversa reduz a corrente consumida pela placa de circuito, afetando a potência da placa.Portanto, as caixas de junção fotovoltaicas devem ter excelentes propriedades de dissipação de calor.
Um projeto térmico comum é instalar um dissipador de calor.No entanto, a instalação de dissipadores de calor não resolve completamente o problema de dissipação de calor.Se um dissipador de calor for instalado na caixa de junção fotovoltaica, a temperatura do diodo diminuirá temporariamente, mas a temperatura da caixa de junção ainda aumentará, o que afetará a vida útil da vedação de borracha;Se instalado fora da caixa de junção, por um lado, afetará a vedação geral da caixa de junção, por outro lado, também é fácil corroer o dissipador de calor.
3. Tipos de caixas de junção solares
Existem dois tipos principais de caixas de junção: comuns e em vasos.
As caixas de junção comuns são vedadas com vedações de silicone, enquanto as caixas de junção preenchidas com borracha são preenchidas com silicone de dois componentes.A caixa de junção comum foi usada anteriormente e é fácil de operar, mas o anel de vedação é fácil de envelhecer quando usado por muito tempo.A caixa de junção tipo envasamento é complicada de operar (precisa ser preenchida com sílica gel de dois componentes e curada), mas o efeito de vedação é bom e é resistente ao envelhecimento, o que pode garantir a vedação eficaz a longo prazo do caixa de junção, e o preço é um pouco mais barato.
4. A composição da caixa de conexão solar
A caixa de junção de conexão solar é composta por corpo da caixa, tampa da caixa, conectores, terminais, diodos, etc. Alguns fabricantes de caixas de junção projetaram dissipadores de calor para melhorar a distribuição de temperatura na caixa, mas a estrutura geral não mudou.
(1) Corpo da caixa
O corpo da caixa é a parte principal da caixa de junção, com terminais e diodos integrados, conectores externos e tampas da caixa.É a parte da estrutura da caixa de conexão solar e suporta a maioria dos requisitos de resistência às intempéries.O corpo da caixa geralmente é feito de PPO, que apresenta as vantagens de alta rigidez, alta resistência ao calor, resistência ao fogo e alta resistência.
(2) Tampa da caixa
A tampa da caixa pode vedar o corpo da caixa, evitando água, poeira e poluição.A estanqueidade se reflete principalmente no anel de vedação de borracha embutido, que evita a entrada de ar e umidade na caixa de junção.Alguns fabricantes fazem um pequeno orifício no centro da tampa e instalam a membrana de diálise no ar.A membrana é respirável e impermeável, e não há infiltração de água por três metros debaixo d'água, o que desempenha um bom papel na dissipação de calor e na vedação.
O corpo da caixa e a tampa da caixa são geralmente moldados por injeção de materiais com boa resistência às intempéries, que possuem as características de boa elasticidade, resistência ao choque térmico e resistência ao envelhecimento.
(3) Conector
Os conectores conectam terminais e equipamentos elétricos externos, como inversores, controladores, etc. O conector é feito de PC, mas o PC é facilmente corroído por muitas substâncias.O envelhecimento das caixas de junção solares se reflete principalmente em: os conectores são facilmente corroídos e as porcas de plástico quebram facilmente sob o impacto de baixas temperaturas.Portanto, a vida útil da caixa de junção é a vida útil do conector.
(4) Terminais
Diferentes fabricantes de blocos de terminais, o espaçamento dos terminais também é diferente.Existem dois tipos de contato entre o terminal e o fio de saída: um é o contato físico, como o tipo de aperto, e o outro é o tipo de soldagem.
(5) Diodos
Diodos em caixas de junção fotovoltaicas são usados como diodos de bypass para evitar efeitos de ponto quente e proteger painéis solares.
Quando o painel solar está funcionando normalmente, o diodo de bypass está desligado e há uma corrente reversa, ou seja, a corrente escura, que geralmente é inferior a 0,2 microampere.A corrente escura reduz a corrente produzida por um painel solar, embora em uma quantidade muito pequena.
Idealmente, cada célula solar deve ter um diodo de bypass conectado.No entanto, é muito antieconômico devido a fatores como preço e custo dos diodos de bypass, perdas de corrente escura e queda de tensão sob condições operacionais.Além disso, a localização do painel solar é relativamente concentrada e devem ser fornecidas condições suficientes de dissipação de calor após a conexão do diodo.
Portanto, geralmente é razoável usar diodos de bypass para proteger múltiplas células solares interconectadas.Isto pode reduzir o custo de produção dos painéis solares, mas também pode afetar negativamente o seu desempenho.Se a produção de uma célula solar em uma série de células solares for reduzida, a série de células solares, incluindo aquelas que estão funcionando corretamente, será isolada de todo o sistema de painéis solares pelo diodo de bypass.Desta forma, devido à falha de um painel solar, a potência de saída de todo o painel solar cairá muito.
Além das questões acima, a conexão entre um diodo de bypass e seus diodos de bypass adjacentes também deve ser considerada cuidadosamente.Essas conexões estão sujeitas a algumas tensões que são produto de cargas mecânicas e mudanças cíclicas de temperatura.Portanto, no uso prolongado do painel solar, a conexão acima mencionada pode falhar devido à fadiga, tornando o painel solar anormal.
Efeito de ponto quente
Em uma configuração de painel solar, células solares individuais são conectadas em série para atingir tensões mais altas do sistema.Assim que uma das células solares for bloqueada, a célula solar afetada não funcionará mais como fonte de energia, mas se tornará um consumidor de energia.Outras células solares sem sombra continuam a transportar corrente através delas, causando grandes perdas de energia, desenvolvendo “pontos quentes” e até danificando as células solares.
Para evitar este problema, os diodos de bypass são conectados em paralelo com uma ou mais células solares em série.A corrente de bypass desvia da célula solar blindada e passa pelo diodo.
Quando a célula solar está funcionando normalmente, o diodo bypass é desligado ao contrário, o que não afeta o circuito;se houver uma célula solar anormal conectada em paralelo com o diodo de bypass, a corrente de toda a linha será determinada pela célula solar de corrente mínima, e a corrente será determinada pela área de blindagem da célula solar.Decidir.Se a tensão de polarização reversa for superior à tensão mínima da célula solar, o diodo de bypass conduzirá e a célula solar anormal entrará em curto.
Pode-se observar que o ponto quente é o aquecimento do painel solar ou aquecimento local, e o painel solar no ponto quente está danificado, o que reduz a produção de energia do painel solar e até leva ao desmantelamento do painel solar, o que reduz seriamente a vida útil do painel solar e traz perigo oculto para a segurança da geração de energia da usina, e o acúmulo de calor causará danos ao painel solar.
Princípio de seleção de diodo
A seleção do diodo de bypass segue principalmente os seguintes princípios: ① A tensão suportável é duas vezes a tensão máxima de trabalho reversa;② A capacidade atual é o dobro da corrente máxima de trabalho reversa;③ A temperatura da junção deve ser superior à temperatura real da junção;④ Resistência térmica pequena;⑤ pequena queda de pressão.
5. Parâmetros de desempenho da caixa de junção do módulo fotovoltaico
(1) Propriedades elétricas
O desempenho elétrico da caixa de junção do módulo fotovoltaico inclui principalmente parâmetros como tensão de trabalho, corrente de trabalho e resistência.Para medir se uma caixa de junção está qualificada, o desempenho elétrico é um elo crucial.
①Tensão de trabalho
Quando a tensão reversa no diodo atinge um determinado valor, o diodo quebra e perde condutividade unidirecional.Para garantir a segurança de uso, é especificada a tensão máxima de trabalho reversa, ou seja, a tensão máxima do dispositivo correspondente quando a caixa de junção funciona em condições normais de trabalho.A tensão de trabalho atual da caixa de junção fotovoltaica é 1000V (DC).
② Corrente de temperatura de junção
Também conhecida como corrente de trabalho, refere-se ao valor máximo da corrente direta que pode passar pelo diodo quando ele funciona continuamente por um longo tempo.Quando a corrente flui através do diodo, a matriz aquece e a temperatura aumenta.Quando a temperatura excede o limite permitido (cerca de 140°C para tubos de silício e 90°C para tubos de germânio), a matriz superaquecerá e será danificada.Portanto, o diodo em uso não deve exceder o valor da corrente nominal de operação direta do diodo.
Quando ocorre o efeito de ponto quente, a corrente flui através do diodo.De modo geral, quanto maior a corrente de temperatura de junção, melhor e maior será a faixa de trabalho da caixa de junção.
③Resistência de conexão
Não há um requisito claro de faixa para a resistência de conexão, apenas reflete a qualidade da conexão entre o terminal e o barramento.Existem duas maneiras de conectar os terminais, uma é por fixação e a outra é por soldagem.Ambos os métodos têm vantagens e desvantagens:
Em primeiro lugar, a fixação é rápida e a manutenção conveniente, mas a área com o bloco de terminais é pequena e a conexão não é confiável o suficiente, resultando em alta resistência de contato e fácil de aquecer.
Em segundo lugar, a área condutora do método de soldagem deve ser pequena, a resistência de contato deve ser pequena e a conexão deve ser estanque.No entanto, devido à alta temperatura de soldagem, o diodo pode queimar facilmente durante a operação.
(2) Largura da tira de soldagem
A chamada largura do eletrodo refere-se à largura da linha de saída do painel solar, ou seja, o barramento, e inclui também o espaçamento entre os eletrodos.Considerando a resistência e o espaçamento do barramento, existem três especificações: 2,5mm, 4mm e 6mm.
(3) Temperatura operacional
A caixa de junção é utilizada em conjunto com o painel solar e possui forte adaptabilidade ao meio ambiente.Em termos de temperatura, o padrão atual é – 40 ℃ ~ 85 ℃.
(4) Temperatura da Junção
A temperatura da junção do diodo afeta a corrente de fuga no estado desligado.De modo geral, a corrente de fuga dobra para cada aumento de 10 graus na temperatura.Portanto, a temperatura nominal da junção do diodo deve ser superior à temperatura real da junção.
O método de teste da temperatura da junção do diodo é o seguinte:
Depois de aquecer o painel solar a 75(℃) por 1 hora, a temperatura do diodo de bypass deve ser inferior à temperatura máxima de operação.Em seguida, aumente a corrente reversa para 1,25 vezes ISC por 1 hora, o diodo de bypass não deve falhar.
6. Precauções
(1) Teste
As caixas de junção solares devem ser testadas antes do uso.Os principais itens incluem aparência, vedação, classificação de resistência ao fogo, qualificação de diodo, etc.
(2) Como usar a caixa de junção solar
① Certifique-se de que a caixa de junção solar foi testada e qualificada antes de usar.
② Antes de fazer o pedido de produção, confirme a distância entre os terminais e o processo de layout.
③Ao instalar a caixa de junção, aplique cola de maneira uniforme e abrangente para garantir que o corpo da caixa e o painel traseiro do painel solar estejam completamente vedados.
④Certifique-se de distinguir os pólos positivo e negativo ao instalar a caixa de junção.
⑤ Ao conectar o barramento ao terminal de contato, certifique-se de verificar se a tensão entre o barramento e o terminal é suficiente.
⑥ Ao utilizar terminais de soldagem, o tempo de soldagem não deve ser muito longo, para não danificar o diodo.
⑦Ao instalar a tampa da caixa, certifique-se de prendê-la firmemente.
2023-12-20
