舊光伏組件接線盒拆裝方式分析

■ 林偉 陳萼 孫韻琳 洪瑞江 沈輝

（1.中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所； 2.順德中山大學(xué)太陽能研究院）

一 引言

晶體硅太陽電池組件的設(shè)計(jì)壽命一般為20～30年。我國20世紀(jì)80年代初期光伏電站安裝的組件已經(jīng)達(dá)到或超過了設(shè)計(jì)使用壽命，這些舊的光伏組件數(shù)量龐大，對舊光伏組件的處理已成為光伏企業(yè)亟待解決的問題。

通過對一批舊光伏組件的研究發(fā)現(xiàn)，很多舊光伏組件雖然達(dá)到了設(shè)計(jì)使用壽命，但是其發(fā)電性能仍然能滿足某些情況下實(shí)際使用的要求，可對其進(jìn)行再利用。經(jīng)過調(diào)查研究，這些舊光伏組件最易損壞的部分是光伏組件的接線盒，許多接線盒在光照、雨雪等環(huán)境因素的影響下腐蝕損壞，密封性能、導(dǎo)電性能有所下降。為了應(yīng)對后期更長時(shí)間的工作需要，有必要對舊光伏組件的舊接線盒進(jìn)行更換處理。

本文針對舊光伏組件接線盒進(jìn)行更換處理，對兩種不同接線盒處理工藝進(jìn)行了比較研究，通過分析兩種工藝對舊光伏組件輸出效果的影響，對舊光伏組件翻新過程中接線盒的處理工藝提出意見和方法。

二 試驗(yàn)對象

本試驗(yàn)的研究對象為177塊舊光伏組件。該批組件原來安裝在海南尖峰嶺微波通信站的太陽能供電系統(tǒng)中，于1986年開始正式投入運(yùn)行，2008年12月由于光伏電站擴(kuò)容被拆下。

這批舊光伏組件為美國Solarex生產(chǎn)。光伏組件由36塊(4行×9列)尺寸規(guī)格為101mm×101mm的多晶硅太陽電池封裝而成。原始參數(shù)為：額定功率42.6Wp，開路電壓20.8V，短路電流3.04A，峰值電壓15.1V，峰值電流2.82A，額定效率11.2%。

三 舊光伏組件接線盒的老化情況

通過對177塊舊光伏組件的觀察，這批舊光伏組件的接線盒已經(jīng)嚴(yán)重老化，老化后的外觀情況如圖1所示。

圖1 舊光伏組件老化的接線盒

舊光伏組件接線盒的主要老化情況為：

(1)接線盒盒體與后蓋之間的連接處老化。原有的光伏組件后蓋為金屬螺釘安裝固定，在長時(shí)間高溫、高濕環(huán)境下金屬螺釘已銹蝕，連接部分的塑料螺紋與墊片也已腐爛，外殼松動(dòng)，稍加外力即掉下。

(2)接線盒內(nèi)金屬接線端子已經(jīng)腐蝕，接線盒的連接松脫，接線盒的密封性能和防水性能下降。由于海南地區(qū)空氣潮濕，空氣濕度經(jīng)常超過90%，因此造成接線盒內(nèi)的接線部分銹蝕，影響導(dǎo)電性能。

(3)接線盒內(nèi)的連接線、引出線電纜腐蝕。由于使用時(shí)間過長，接線盒內(nèi)的連接線及引出線的電纜表皮老化，部分地方已經(jīng)出現(xiàn)裂紋。

接線盒的老化影響了舊光伏組件的電輸出性能，為了能重新使用該批次的舊光伏組件，有必要更換老化的接線盒。

四 試驗(yàn)方法與步驟

本試驗(yàn)主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：光伏組件接線盒老化對光伏組件輸出性能的影響；對舊光伏組件接線盒兩種不同處理工藝的測試研究。

1 試驗(yàn)的主要測試儀器及測試條件

本試驗(yàn)的主要測試設(shè)備為德國OPTPSOLAR公司生產(chǎn)的光伏組件測試儀，其主要功能是在室內(nèi)模擬標(biāo)準(zhǔn)條件對太陽能光伏組件進(jìn)行電性能測試。該儀器的測試精度較高，測量誤差為±2%。

試驗(yàn)的測量條件為：光照強(qiáng)度950～1100W/m2，環(huán)境溫度24～30℃。測試結(jié)果經(jīng)過軟件轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)條件(光照強(qiáng)度1000W/m2，25℃，AM1.5)。

2 接線盒老化對光伏組件輸出電性能的影響測試

從177塊舊光伏組件中選取輸出性能較好的159塊舊光伏組件，對其更換接線盒，并進(jìn)行組件電性能測試，具體方法為：

(1)在更換接線盒之前，使用光伏組件測試儀對選定的159塊舊光伏組件進(jìn)行電性能輸出測試，每塊舊光伏組件測量3次，取平均值；

(2)采用完全更換舊接線盒與保留舊接線盒兩種不同的工藝方法更換接線盒后，在相同的試驗(yàn)條件下使用光伏組件測試儀進(jìn)行測量，每塊舊光伏組件測量3次，取平均值。

3 舊光伏組件接線盒的兩種處理方法

在舊光伏組件接線盒的更換過程中，采取兩種不同的處理方法：一種是直接將舊接線盒去除，再安裝新的接線盒；另外一種是將舊接線盒保留，在舊接線盒旁邊安裝新的接線盒。其中，對111塊舊光伏組件采取直接去除舊接線盒的方法，而對48塊舊光伏組件采取保留舊接線盒的方法。

直接去除舊接線盒，更換新接線盒的工藝流程為：

(1)擰開舊接線盒后蓋螺絲，打開接線盒；

(2)擰開舊接線盒與光伏組件引出線的螺絲，斷開光伏組件與接線盒的電氣連接；

(3)使用薄刀片切入舊接線盒與光伏組件的背板連接處，小心將接線盒底座與舊光伏組件背板剝離；

(4)在光伏組件舊接線盒處，安裝新的接線盒。

更換接線盒后的組件如圖2所示。

保留舊接線盒，加裝新接線盒的工藝流程為：

(1)擰開舊接線盒后蓋螺絲，打開接線盒；

(2)擰開舊接線盒與光伏組件引出線的螺絲，斷開光伏組件與接線盒的電氣連接；

(3)用舊接線盒的接線孔將光伏組件引出線引出；

(4)在舊接線盒旁邊選擇適當(dāng)位置，將光伏組件的引出線接入，焊接并安裝新接線盒。

加裝新接線盒后的光伏組件如圖3所示。

圖3 加裝新接線盒后的組件

五 試驗(yàn)測試結(jié)果及分析

1 接線盒老化對光伏組件輸出電性能的影響

對159塊更換舊接線盒的光伏組件進(jìn)行測試，出現(xiàn)以下3種情況:

(1)有4塊組件更換接線盒前未測出電能輸出數(shù)據(jù)，而更換接線盒后測出了電能輸出數(shù)據(jù)；

(2)有5塊組件更換接線盒前電能輸出基本正常，更換接線盒后電能輸出大幅下降，約為額定功率的一半；

(3)共有150塊組件在更換舊接線盒前后電能輸出基本正常。

針對以上3種情況的試驗(yàn)結(jié)果為：

(1)對于第一種情況的4塊光伏組件，光伏組件輸出電性能的平均值為：額定功率40.135Wp，開路電壓20.364V，短路電流2.759A，峰值電壓16.538V，峰值電流2.427A。

(2)對于第二種情況的5塊光伏組件，可能是更換過程中由于操作不當(dāng)造成了舊光伏組件的損壞。

(3)更換接線盒前后測試數(shù)據(jù)基本正常的光伏組件總計(jì)150塊，在更換接線盒前后的測試數(shù)據(jù)平均值如表1所示。

表1 更換接線盒前后輸出均正常的150塊組件數(shù)據(jù)

從表1可以看出，更換新的接線盒后，光伏組件的峰值電壓升高了3.71%，功率輸出提高了2.27%。這是因?yàn)榕f接線盒的老化導(dǎo)致電阻升高，影響了光伏組件的輸出性能，而更換接線盒后提高了舊光伏組件的輸出性能。

2 舊光伏組件接線盒兩種不同處理工藝的測試結(jié)果與分析

在159塊舊光伏組件中，對其中的111塊采取去除舊接線盒的工藝，另外48塊采取保留舊接線盒的工藝。試驗(yàn)的總體情況為：

(1)對于更換接線盒前測不出電能輸出數(shù)據(jù)，而更換接線盒后能夠測出電能輸出的4塊組件，其中1塊保留舊接線盒工藝，另外3塊采取去除舊接線盒工藝。

(2)對于更換接線盒前電能輸出基本正常，而更換接線盒后電能輸出大幅下降的5塊組件，全部采用去除舊接線盒工藝。

(3)對于更換接線盒前后電能輸出基本正常的150塊組件，103塊采用去除舊接線盒方法，其他47塊采取保留舊接線盒方法。

從以上情況可以看出，采用去除舊接線盒工藝造成5塊舊光伏組件損壞，而保留舊接線盒的工藝方法沒有對舊光伏組件造成損傷。

舊光伏組件兩種處理工藝的試驗(yàn)結(jié)果分別如表2、表3所示，數(shù)據(jù)對比見圖4。

表2 去除舊接線盒方式處理后組件輸出結(jié)果

表3 保留舊接線盒方式處理后組件輸出結(jié)果

圖4 兩種處理工藝結(jié)果對比圖

通過對舊組件更換接線盒兩種工藝的總體情況以及測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析可知：

(1)采用保留舊接線盒的處理工藝，光伏組件的輸出電性能更好。雖然Vmpp升高較小，但由于Impp增加較明顯，因此采取保留舊接線盒工藝處理的舊光伏組件的輸出功率增加量是去除舊接線盒工藝的光伏組件的1.8倍。

(2)采用去除舊接線盒工藝，在工藝處理上易對舊光伏組件造成物理傷害，試驗(yàn)中就有5塊舊光伏組件在更換接線盒的過程中損壞，直接影響了舊光伏組件的輸出性能，而采用保留舊接線盒的工藝則沒有出現(xiàn)這種情況。

去除舊接線盒時(shí)造成組件損傷的原因主要有兩個(gè)：

(1)去除舊接線盒時(shí)，由于舊接線盒與光伏組件粘接非常緊密，不易分開，在實(shí)際操作時(shí)，刀片會(huì)劃傷甚至劃破TPT背板；

(2)由于舊光伏組件的EVA部分老化發(fā)黃，在去除舊接線盒時(shí)，如用力過大就會(huì)使已經(jīng)發(fā)黃老化的EVA與電池片部分剝離，造成電池片的損傷，甚至使舊光伏組件內(nèi)的電路連接斷裂，從而導(dǎo)致舊光伏組件的輸出性能大幅下降。圖5為去除舊接線盒后舊光伏組件的表面情況，可以看到明顯的接線盒邊框痕跡，就是在拆卸舊接線盒時(shí)造成的物理損傷。

圖5 去除舊接線盒后光伏組件的表面情況

六 結(jié)論與展望

通過以上測試研究，得出以下結(jié)論：

(1)對舊晶體硅組件翻新重新利用時(shí)，可以采取更換接線盒的方法以提高舊組件的輸出電性能，通常情況下舊光伏組件的峰值輸出功率Pmpp可提高1.8%～3.25%。

(2)如果沒有很好的方法將舊接線盒與光伏組件剝離，采取保留舊接線盒，加裝新接線盒的方法。這種方法省時(shí)，人工成本更低，可避免因強(qiáng)行剝離舊接線盒造成的舊光伏組件損傷。

(3)與去除舊接線盒的工藝相比，采 用保留舊接線盒工藝的舊光伏組件輸出功率增加得更明顯，其輸出功率的增加量約為去除舊接線盒工藝方法的1.8倍。

(4)以上試驗(yàn)是基于舊光伏組件在室內(nèi)的輸出電性能測試，對光伏組件室外的實(shí)際工作情況還有待進(jìn)一步的研究與探討。

[1]洪瑞江,沈輝.戶外使用23年太陽電池組件初步分析報(bào)告[R].廣州,2010.

[2]陳萼,鄭海星,孫韻琳,等.正常運(yùn)行23年多晶硅太陽電池組件性能分析[J].中國太陽能光伏,2009,9:40－42.

[3]Realini A, Bur? E, Cereghetti N, et al. Study of a 20-year old PV plant(MTBF project)[A]. 17th EPVSEC, Monaco[C], 2001.