1.概述
太阳能是地球上最清洁至今认为是永不枯竭的能源。太阳能发电具有很多优势，是未来智能电网发展不可或缺的能源之一。但是，受制于目前的技术限制以及市场初期，光伏发电的投资非常巨大，投资回报周期理论上需要8～10年之久。更为遗憾的是，由于目前市场上因受到电能成本压力，片面追求低成本运作，采取粗犷式的发展模式，过去常常是只管前期工程能中标，不管后期的运行质量以及维运成本，结果导致投资回报周期长，有的甚至会出现收不回投资的情况。国家职能部门发现了问题，并及时做出了政策调整，改变了光伏发电的补贴方式，即根据光伏电站的实际发电数量执行补贴。从政策上保证了行业能够有序、健康的发展，并为推动行业的技术进步、技术创新构建了平台，为行业公平竞技创造了良好的环境。这样，迫使行业参与者必须考虑有利于投资者能够长期受益和及时收回成本。本文结合工程实际运用，阐述了菲尼克斯光伏汇流箱为投资者着想的研发理念以及产品设计、制造采用了高可靠的技术解决方案，确保投资者与业主等多方能够长期受益。
2.引言
目前，在中国大地上，已经上马了很多类型的光伏电站。总体上来说，前几年以西部地区荒漠大型集中式电站为主，东部地区有部分分布式电站，还有很多微型、离网电站等。通过上述电站近3～4年运行的情况，光伏发电领域为中国节能减排做出了不少贡献。但是，在实际运维中，也发现存在不少的问题，除了组件效率下降问题之外，其中还有很多问题直接指向光伏汇流箱这个看似技术含量并不高但却关乎整个光伏系统发电效率的又一个关键组件。
3.光伏电站运维中，发现汇流箱存在的问题
为了了解在大型电站以及未来主要在东部地区分布式电站的实际工况，尤其在光伏发电的技术领域，对于汇流箱等的实际需求，我们深入青海、新疆和江苏等地区进行了实地考察，发现目前运行的光伏电站存在如下问题：
1）江苏某地屋顶光伏发电站，汇流箱起火导致停电事故，甚至火灾，如图1所示。
2）汇流箱内监控和通信部件经常损坏，比例很高，维护工作量很大。
图1 汇流箱现场起火
青海某处光伏电站，2012年7月投产至2013年9月，汇流箱运行近一年多时间，更换监控与通信板多达100多块。这类监控部件通常采用简单的PCB加工，如图2所示。
3）由于结构以及材料的选用等设计和制造问题，直流汇流箱及与之相连的直流回路绝缘报警。
4）IP防护等级设计、制造不能满足工程的实际要求，导致汇流箱内部进入灰尘或水等，如图3所示。
图2 更换PCB板多达100多块
图3 IP防护等级不够沙尘入侵汇流箱内
5）青海某处光伏电站，2012年7月投产至2013年9月，汇流箱的门锁部件损坏，箱体合不拢，导致汇流箱进水和灰尘，如图4所示。
6）青海某处光伏电站，2012年8月投入使用至2013年9月，汇流箱锈蚀严重，如图5所示。
图4 门锁损坏，箱体合不拢
图5 锈蚀不堪的汇流箱体
7）汇流设备安装和维护非常不方便，安装工期长，现场施工存在人为连接不牢靠的隐患。
8）监控单元调试费时、费力，出现故障后需要很长的时间进行排除等。
4.对于汇流箱存在的问题分析
上述的这些质量问题在全国其他光伏电站也是屡见不鲜，本文就以上这些问题分析如下。
1）光伏发电，一个特点是直流电压高，为800伏以上。对使用在直流汇流设备内常规低压电器而言，长期处于这样的高电压下，又地处高海拔、高盐碱荒漠环境下，日夜温差大，绝缘材料容易老化等；很多劣质汇流箱使用的熔断器、开关设备外壳以及绝缘导线外壳的原材料均用低价的回收材料制造，这些材料通常CTI值仅为150～200V；有的回收材料甚至没有阻燃特性；极易导致绝缘失效，进而发生漏电和起火事故。所以，准确选择合适的材料组别（等级）以及材料的阻燃等级是个十分重要的关键基础技术之一。
2）汇流箱现场接线的安装工人培训不到位，技术参差不齐，工具短缺或使用不合理的工具。常常导致接线压接不紧固，电站运行一段时间后易出现打火、过热、燃烧等事故。
3）汇流箱的结构设计不合理，特别是散热设计考虑不周，参考交流模式布线，使熔断器这类高发热器件挤在一起，产生热积累，长期运行时，导致部分熔断器提前熔断，必然增加维护量，其结果自然地减少了电站的发电量。
4）汇流箱门锁使用多个普通单点旋转锁，现场运行一段时间后，门锁锈蚀或老化损坏，造成箱体的防水、防尘等级下降，灰尘或雨水侵害箱体内的电器器件，导致器件短路失效或功能失效，引起故障损坏。
5）片面追求低成本，忽略野外电站防雷、防浪涌保护，或设计中，仅仅满足电源保护而忽略对信号线路的保护。导致雷击时设备损坏。从而对组串电流、电压失去监控，增加了电站的维护成本。
6）监控单元的霍尔元件采用了劣质低价的普通产品，这类元件穿线孔较小，导致箱内接线无法采用耐高压直流光伏专用的加强绝缘导线，为箱内导线绝缘长期稳定耐受高电压留下隐患。
7）目前业界汇流箱普遍采用RS485手拉手方式传递监控信号，也出现部分采用无线传输方式。这些技术普遍在汇流箱内取电供给监控单元。使得汇流箱监控组网调试时不得不花费大量人力逐个设定地址，逐个调试，来回往复，费时费力，有时还不得不搭上很多移动电话的通信费用。另外，使得监控单元调试必须在组件安装完成之后才能进行，因而，无法并行施工，施工工期长；而且，运行中一旦损坏，更换及其不便。既延长了停电时间，还必须在白天带电维护，而增加了工作的危险性。
5.菲尼克斯电气在光伏领域中，对汇流箱技术的解决方案(www.xing528.com)
通过对光伏汇流箱中存在种种问题的原因分析，结合菲尼克斯电气在电力行业90年的经验积累，对于光伏发电站的汇流箱，菲尼克斯电气精心研发、制造推出了如下的技术解决方案。
（1）汇流箱内严格选择全部专为PV光伏高压应用认证产品，包括直流熔断器底座和专用熔断器、专用直流开关、专用监控单元、专用电源和信号防雷器，保障器件稳定可靠，如图6所示。
（2）汇流箱采用工厂流水制造工装线，在出厂之前：汇流箱在工厂内完成所有器件的集成组装；箱内所有导线严格采用光伏专用加强绝缘导线，并设定和严格控制所有连接件的紧固扭矩且记录在案以资追踪。
在出厂之后即在工程现场：当汇流箱接入光伏系统时，只要使用菲尼克斯电气提供的光伏免工具安装的SUNCLIX系列的快速连接器，即可高效、可靠地完成汇流箱的现场安装。不仅工作效率高，而且完全杜绝了以往工程中在现场安装时连接错误事故的发生，从而可靠保证了系统的安装质量，如图7所示。
图6 光伏组串汇流监控、保护、连接器件等
图7 德国菲尼克斯电气的汇流箱流水制造工装线
（3）严格遵循热设计原理，注意器件合理布局，系统考虑散热通道，以改善熔断器和导线上的热积累温度，并满足了长期运行要求。在产品研发过程中，特别是在产品研发、设计定型之前，逐一考核开关、熔断器、箱内导线等在最大电流环境下的温升情况。每一路温升经过所有的严格测试后显示：汇流箱的设计布局合理，如图8所示。
图8 设计布局合理以及严格的温升测试验证
（4）针对光伏电站远离城市，要求无人值班的工程特点，菲尼克斯电气采用了独特的载波通信方式，一改过去传统的RS485手拉手的“一坏，坏一片问题”的通信方式，采用各自独立的点对点载波通信，将监控与通信损坏的影响降低到最小。
在逆变站房，将通信单元独立于采样单元布置，通信单元的运行工况大大改善；同时，编码调试等工作只需在逆变站即可完成，无须再到汇流箱的安装现场进行；另外，这种不需要在汇流箱内取电的方式，从而使得汇流箱监控调试与组件安装并行成为可能。节约了大量的调试时间，保证了系统能够提前并网发电，如图9所示。
图9 采用载波通信方式从逆变房送电现场取样组网
（5）汇流箱箱体选用耐气候性好的工程塑料或金属，箱体表面的喷涂具有防UV功能；使用多点联动门锁，操作方便，安装人员仅需一个动作即可完成整个箱体的密封、锁紧。汇流箱的整体防水、防尘功能的可靠安全得到了保障，如图10所示。
（6）在保证整体箱体密封等级的情况下，考虑到温度变化，设计中采用了呼吸阀装置，有效防止箱内压力差以防止水凝导致设备损坏问题，如图11所示。
图10 多点联动门锁密封锁紧
图11 呼吸阀装置防止冷凝
通过上述所有细节的系统考虑，菲尼克斯电气精心研发、设计的汇流箱，遵循工厂流水线生产工艺要求，并按照制造质量保证体系的规范严格执行，完全满足了光伏电站8～10年长期可靠稳定运行的要求。
事实上，按照标准要求，菲尼克斯电气汇流箱的防护等级为IP65，设计使用寿命为25年，如图12所示。从而保证汇流箱的质量，降低光伏电站系统的维护、运行成本，使投资者长期受益，即既造福于投资企业，也造福于业主、惠及社会。
6.结论
由此可知，在光伏发电领域，要想提高系统的发电效率，保证投资者长期受益、惠及多方。对于光伏汇流箱的设计方案以及制造质量的保证，千万不可小觑。那些仅靠低价、劣质产品以骗起国家对行业补贴的行为，只能属于投机取巧，这样的事业不可能长久发展。
图12 高品质保证的光伏汇流箱
曾有这样一位具有高度社会责任感的老总感慨并预言：不具备这方面实力的企业贸然投资光伏电站领域，很难保证25年的使用寿命。菲尼克斯电气是个近百年历史的德国企业，持续发展的支撑系统靠的是过硬的产品质量（研发、制造以及运营等）保证体系。
德国企业一向以低调、务实著称，人们处处感受到其良好的口碑及影响力，德国企业的员工也是世界上忠诚度最高的员工之一，这不得不归功于独特的“德式领导力”。德式领导力的特点是理智、严谨及其系统性，特别是其逻辑性、系统性和实战性。“德式领导力”务实、不张扬，但影响力如同内家高手：看似无形却能感同身受。
菲尼克斯电气坚信：只要坚持以自己的知识产权创造出高品质的适合客户需求的产品，并真正为行业、为投资者、为业主以及为社会长远考虑就一定会成为行业的长青之树；多方共赢持续发展，特别是为客户尽量创造最大的价值。菲尼克斯电气深谐此道，乐此不疲。
菲尼克斯电气除了能够提供质量可靠的光伏汇流箱之外，在光伏发电产业链中还能提供其他广泛的产品附件。例如SUNCLIX系列的快速连接器；熔丝端子；测试与通信模块；DC与AC SPD产品以及自动控制领域的追日系统，包括系统配置软件等，如图13所示：菲尼克斯电气光伏发电领域产品一览。
图13 菲尼克斯电气光伏发电领域产品一览
菲尼克斯电气具有广泛的产品线，其标准产品涉及的技术领域包括：PLC及控制系统/工程软件；开关电源/UPS；电子换向接触器/电动机控制；以太网/工业通信/现场总线及系统；HMI/工业PC；I/O系统；测量/控制技术；设备监视/信号处理/无线数据通信；继电器/功能安全/保护装置；电涌保护器；传感器电缆/工业连接器；PCB接线端子/组合式接线端子；电子模块外壳；工程标识/标签；DCS/PLC系统布线以及安装工具等。
菲尼克斯电气不仅能够提供上述市场标准化产品，菲尼克斯电气研发中心还能够专为客户提供差异化的个性产品的定制服务。菲尼克斯电气甘愿配角，愿与同行共同探讨，为光伏发电领域的有序、健康发展贡献菲尼克斯电气的力量。
（作者：菲尼克斯电气（南京）研发工程中心有限公司 徐祝勤 李平）
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