光伏組件MC4 插頭連接6 mm2 單芯鋁線、4 mm2 多股銅線性能比對試驗(yàn)分析

王向蓮 周智敏

（青海黃河電力技術(shù)公司，青海 西寧810006）

1 導(dǎo)電性能對比試驗(yàn)

1.1 直流電阻測試驗(yàn)證對比

使用橫截面積為4mm2多股銅線、6mm2單芯鋁線與光伏組件MC4 插頭連接制作長度為1 米的試驗(yàn)樣品各5 根，使用BZC3391B直流電阻測試儀對這10 根樣品進(jìn)行直流電阻測試對比試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中保持實(shí)驗(yàn)室溫度、濕度的恒定，直流電阻測試數(shù)值如表1。

1.2 接觸電阻測試驗(yàn)證對比

使用橫截面積為4mm2多股銅線、6mm2單芯鋁線分別制作光伏組件MC4 插頭各5 組（20 根），使用HLC5502 回路電阻測試儀對這5 組光伏組件MC4 插頭進(jìn)行接觸電阻測試進(jìn)行對比試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中保持實(shí)驗(yàn)室溫度、濕度的恒定，選擇相同的測試部位，接觸電阻測試數(shù)值如表2。

表2

表3

1.3 對比分析

1.3.1 通過理論計(jì)算得出1 米4mm2銅線連接MC4 插頭直流電阻為4.978 mΩ，1 米6mm2鋁線連接MC4 插頭直流電阻為5.333mΩ。對比分析可以看出6mm2鋁線連接MC4插頭直流電阻比4mm2銅線連接MC4 插頭直流電阻值大6.9%。

1.3.2 直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1）中1 米4mm2銅線連接MC4插頭直流電阻為5.0464mΩ，1 米6mm2鋁線制成的MC4 插頭直流電阻為5.3938mΩ。對比分析得到出6mm2鋁線連接MC4 插頭直流電阻比4mm2銅線連接MC4 插頭直流電阻值大6.7%（圖1-2）。

1.3.3 接觸電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表2）中，4mm2銅線連接MC4 插頭母頭接觸電阻平均值為194.0μΩ，4mm2銅線連接MC4 插頭公頭接觸電阻平均值為133.6μΩ，6mm2單芯鋁線連接MC4 插頭母頭接觸電阻平均值為346.5μΩ，6mm2單芯鋁線連接MC4插頭公頭接觸電阻平均值為153.1μΩ。銅線連接MC4 插頭（公、母頭）接觸電阻小于鋁線連接MC4 插頭（公、母頭）接觸電阻。

2 溫升對比試驗(yàn)

2.1 使用大電流發(fā)生器將電流調(diào)至光伏組件額定電流9.2A，分別測試其銅、鋁導(dǎo)線及MC4 插頭10 分鐘、30 分鐘、60分鐘發(fā)熱情況，記錄最高溫度。

圖1 銅、鋁線MC4 插頭直流電阻測試值對比圖

圖2 銅、鋁線MC4 溫度曲線

2.2 使用大電流發(fā)生器將電流調(diào)至光伏組件短路電流11.5A（1.25 倍的額定電流），分別測試其銅、鋁導(dǎo)線及MC4 插頭10 分鐘、30 分鐘、60 分鐘發(fā)熱情況，記錄最高溫度。

2.3 使用大電流發(fā)生器將電流調(diào)至光伏組件的極限電流20A，分別測試其銅、鋁導(dǎo)線及MC4 插頭10 分鐘、30 分鐘、60 分鐘發(fā)熱情況，記錄最高溫度。

2.4 對比分析：

2.4.1 通過數(shù)據(jù)對比和圖表2 可以清晰看到，6mm2鋁線連接MC4 插頭樣品溫升大于銅芯線樣品，因此重點(diǎn)分析使用鋁線時(shí)的溫度是否滿足設(shè)備的長期允許工作溫度。

2.4.2 分析使用鋁線時(shí)的溫度是否滿足設(shè)備的長期允許工作溫度；使用大電流發(fā)生器將電流調(diào)至光伏組件額定電流9.2A，60 分鐘時(shí)鋁芯線樣品溫度穩(wěn)定，平均溫升5℃，最大溫升6℃；使用大電流發(fā)生器將電流調(diào)至光伏組件短路電流（1.25 倍的額定電流）11.5A，60 分鐘時(shí)鋁芯線樣品溫度穩(wěn)定，平均溫升5℃，最大溫升6℃；使用大電流發(fā)生器將電流調(diào)至光伏組件的極限電流20A，60 分鐘時(shí)溫度穩(wěn)定，鋁芯線樣品平均溫升12.4℃，最大溫升14℃；型號為BLV 的鋁芯線長期允許工作溫度應(yīng)不超過70℃，MC4 插頭工作溫度范圍-40℃至125℃；忽略環(huán)境溫度上升對溫升的影響，使用鋁線芯樣品即使在極端條件下其工作溫度為54℃，低于型號為BLV 的鋁芯線和MC4 插頭的長期允許工作溫度。

3 拉力試驗(yàn)

試驗(yàn)條件:

使用橫截面積為4mm2多股銅線、6mm2單芯鋁線與光伏組件MC4 插頭連接制作長度為1 米的試驗(yàn)樣品各4 根，做拉伸試驗(yàn)，對樣品施加持續(xù)增大的拉力，直至樣品被拉斷或拉開，記錄樣品拉斷或拉開的瞬時(shí)拉力，即樣品能承受的最大拉力。

3.1 最大應(yīng)力是樣品能承受的最大拉力與導(dǎo)線標(biāo)稱面積的比值，此處的最大應(yīng)力與材料的抗拉強(qiáng)度類似。如下公式：

σ:材料應(yīng)力；F:材料所受的力；S：受力的橫截面積銅線的標(biāo)稱面積4mm2，鋁線的標(biāo)稱面積6mm2。

3.2 拉力測試數(shù)據(jù)如表3。

3.3 4mm2銅線樣品強(qiáng)度大于6mm2鋁線樣品強(qiáng)度，4mm2銅線和6mm2鋁線強(qiáng)度均大于MC4 插頭樣品強(qiáng)度。

3.3.1 拉斷或拉開4mm2銅線連接MC4 插頭制成樣品的最大拉力為359N,平均值為335.95N，4mm2銅線所能承受的拉力（800～1000N）是銅線樣品（銅線連同MC4 插頭）的所能承受最大拉力的（2.23～2.79）倍。

3.3.2 拉斷或拉開6mm2鋁線連接MC4 插頭制成樣品的最大拉力為274.1N, 平均值為245.35N，6mm2鋁線所能承受的拉力（480～660N）是鋁線樣品（鋁線連同MC4 插頭）所能承受最大拉力的（1.75～2.41）倍、銅線樣品（銅線連同MC4 插頭）的所能承受最大拉力的（1.34～1.84）倍。

3.4 導(dǎo)線與MC4 插頭連接的制作工藝及MC4 插頭強(qiáng)度決定樣品的強(qiáng)度。樣品拉斷或拉開情況主要有:MC4 插頭的緊固卡子斷裂、MC4 插頭與線脫開、MC4 公插頭與母插頭脫開、鋁線樣品還存在MC4 插頭連接壓制處斷裂。

3.5 由于單芯鋁線表面光滑且鋁的塑性、硬度都要小于銅，單芯鋁線與MC4 插頭連接制作工藝很重要，既要求插頭與單芯鋁線壓緊、加大接觸面積，又不能使鋁線的橫截面積變形過大，減小鋁線強(qiáng)度。單芯鋁線與插頭連接壓制時(shí)若壓力太小，插頭與導(dǎo)線結(jié)合不緊固，拉力試驗(yàn)時(shí)插頭與導(dǎo)線易脫開；若與MC4插頭連接壓制時(shí)施加過大的壓力，線芯變形過大會減小單芯鋁線的強(qiáng)度，在試驗(yàn)時(shí)易被拉斷。

4 結(jié)論

通過對4mm2銅線和6mm2鋁線制作的MC4 插頭對比分析，導(dǎo)電性能方面4mm2銅線線制作的MC4 插頭略優(yōu)于6mm2鋁線制作的MC4 插頭，兩者并無特別明顯的差別。4mm2銅線制作樣品的直流電阻小于6mm2鋁線制作樣品的直流電阻，直流電阻的大小在運(yùn)行中主要體現(xiàn)在導(dǎo)體的溫升上，若以環(huán)境溫度40℃考慮，忽略環(huán)境溫度上升對溫升的影響，對鋁線芯樣品施加光伏組件的極限電流20A，以持續(xù)60 分鐘最大溫升14℃計(jì)算，使用6mm2鋁線即使在極端條件下其工作溫度低于型號為BLV 的鋁芯電纜和MC4 插頭的長期允許工作溫度。

通過對4mm2銅線和6mm2鋁線制作的MC4 插頭的拉力試驗(yàn)進(jìn)行對比分析可知抗拉方面4mm2銅線線制作的MC4 插頭優(yōu)于6mm2鋁線制作的MC4 插頭。6mm2鋁線與MC4 插頭連接的制作工藝及MC4 插頭決定樣品的強(qiáng)度，只要6mm2單芯鋁線與MC4 插頭連接緊固且鋁線芯不損傷，6mm2單芯鋁線及其連接部位抗拉能力就不低于MC4 插頭的抗拉能力。