高海拔光伏汇流箱应用设计探讨

晏鑫

（国家电投集团山南电力有限公司，西藏 拉萨 850000）

高海拔区域太阳能资源丰富，而目前我国对于汇流箱制定的生产标准相对较为宽泛，也没有着重针对可靠性指标作出强制性规定，这使得光伏汇流箱在高海拔区应用期间涉及到特殊参数设计及设备选型问题。本文主要结合光伏汇流箱工作原理以及汇流箱应用于高海拔区域内主要涉及到的电气件参数设定与选型方法等，同步测试仪器与试验进行阐述，通过相关验证证明有关参数设计及选型能使光伏汇流箱在高海拔区域内应用，且具有良好的稳定性和可靠性，可在汇流箱产品功能作用发挥下最大程度的发挥太阳能光伏发电系统运行价值。

1 高海拔光伏汇流箱的组成与工作原理

光伏发电主要基于光生伏特效应原理，在太阳能电池功能作用发挥下把太阳光转化成电能。光伏发电系统主要组成部分有控制器、逆变器、汇流箱、太阳能电池板等。在光伏电池工作中，其阵列输入主要依靠光伏汇流箱实现一级汇流，以此促使光电池阵列向逆变器当中的接入连线可有效减少，实现系统结构的全面优化，增强系统可维护性与可靠性。本文所分析的光伏汇流箱是在海拔高度超过2000m 的区域内应用的产品，为保证设备可以在高海拔恶劣条件下正常、可靠的运行，着重探究技术参数设计。

光伏汇流箱在光伏电站中的应用，主要是作为逆变器和光伏阵列之间的连接，同时具备过流保护和防雷作用，还可对光伏阵列当中的单串电流、断路器、防雷器和电压状态进行监测。太阳能光伏发电系统设计当中，为了使逆变器和电池阵列减少彼此连线，可将规格一致的一定数量个光伏电池进行串联，组建多个光伏串列，之后再以并联形式将多个光伏串列向光伏汇流箱当中接入。光伏汇流箱实现内部汇流之后，可基于断路器实现输出，在此同时配套使用光伏逆变器，以完整的构建成光伏发电系统，同步和电网并网。光伏汇流箱当中还配置有光伏专用的断路器、熔断器和防雷器等，以便于用户可准确、及时的了解光伏电池实际工作情况，在确保汇流箱具备良好的实用性和可靠性基础上，促使太阳能光伏发电系统最大程度的发挥系统功能效用。

2 高海拔光伏汇流箱技术参数

2.1 可靠性分析

以光伏汇流箱应用可靠性为目标进行定量估计，主要涉及故障树分析以及可靠性建模与预计。结合各项参数与信息，预计光伏汇流箱应用中可靠性保持在99.763%。光伏汇流箱包含四大组成部分，分别是箱体、防雷器、断路器、熔断器。其中，防雷器、断路器和熔断器都执行IEC 标准，并且在环境试验当中经过项目验证，判定其在可靠性方面预计质量等级属于6 级，具有2×10-6的失效率。

2.2 电气参数

电气参数设计主要涉及四方面：①海拔设计。因为高海拔区域，其自然气候条件也相对恶劣，区域内空气气压和密度都比较低，空气绝对湿度相对较小，空气温度通常较低且温差会有较大变化，当地大风日多，降水量少，土壤温度偏低，且有很长的冻结期，但是太阳辐射强度会保持在较高水平。通常情况下，光伏汇流箱应用区域海拔在2000m 及以下，其电气元器件无需作出修正，若海拔在2000m 以上就要对相关参数进行修正。在2000m海拔高度条件下，光伏汇流箱最小爬电距离是30mm，最小电气间隙是20mm。在海拔高度4000m 条件下，则需按照高海拔电气参数表相关修正系数将正常海拔高度下的爬电距离和电气间隙数值乘上1.29。

在高海拔条件下，所用断路器产品要适当提升工频耐压水平和绝缘电阻，并适当调整工作间距。①为了保证分段能力优良，需注意所选断路器要比正常短路分断能力级别更高一级。由于高海拔条件下环境温度会影响到断路器的温升和热脱扣特性，因此要适当对断路器进行降容。在高海拔区域内，所选熔断器在降容期间，降容系数需遵循公式：；②明确元器件的防护等级和相应认证资质。在应用光伏汇流箱期间，所应用的隔离开关、防雷器、熔断器、接线端子和各类其他元器件相应IP 等级需大于或等于IP20.同时要保证具备CCCE 或TUV 有关认证资格；③合理选用熔断器。熔断器在电力系统当中主要是对电子器件发挥保护作用，使其免受电流危害。所选熔断器若等级过大，将不能发挥保护功能，若等级过小，则不能正常工作，所以在选用熔断器期间要基于光伏组件各项标准与额定等级进行确定；④光伏汇流箱保持良好的绝缘耐压性。光伏汇流箱应用期间，其输出对地、输入对地、输入对输出所涉及到的绝缘电阻需大于或等于20MΩ，并且均应承载1min 的AC3500V，50Hz 正弦交流电压，漏电流要小于10mA，不出现飞狐与击穿情况。

2.3 箱体要求

光伏汇流箱的箱体要选择厚度在2mm 以上的镀锌钢板，钢板表面进行静电喷涂，整体属全组装结构，外壳与框架具备高强度与高刚度，不仅要符合内部元器件安装需求，还要承载内外电路短路时所产生的热效应和电动力，也不会在设备运输、搬运及吊装期间因受到撞击、冷冻、受潮等因素影响造成损坏或变形情况发生。箱体铜排要进行镀镍处理，其余的金属安装附件要进行镀锌处理，厚度在7m 以上，以确保具备美观和防腐功能。箱体内部的各部件均通过8.8 级螺丝进行紧固连接，保证结构可靠与安全，同时要通过内部燃弧试验和抗震试验。箱体选择封闭式结构，并且防护等级要在IP65。箱门外观要整洁，开启方便与灵活，接地装置要有效期、齐全，箱内元件安装设计都要注意好拆装、好维护，并且设备需要具备接地标识和接地螺栓。光伏汇流箱在高海拔区域应用，要注意使元器件外爬距适当加大，同步注重选择EPTFE 膜进行高透气防水透气阀的设计，使箱体内外保持良好的空气流动性。防水透气阀要注重具备单向流通特性，以防外部雨水及凝露进入箱内。因为光伏汇流箱的电缆接头在箱体外部裸露，为减少恶劣环境对其产生的影响，要注重所选电缆接头经过IP68 认证和防UV老化测试，具有优良的耐温性。

3 测试与试验

高海拔区域所应用的光伏汇流箱属于直流汇流箱，所以要通过直流电流对光伏汇流箱进行通电试验。在试验期间，光伏汇流箱所有电路均通电，相应直流电源保持在200～900VDC，

主要测试合分闸按钮、供电开关、调压旋钮等。在约200VDC 时，将正极固定端与负极测试端都接入到汇流箱当中。另外，要通过负载箱对汇流箱实际工作环境进行模拟，负载设定为电阻，保持负载接线端和汇流箱之间的有效连接。在汇流箱当中，电流检测模块主要通过458 通讯线实现通讯功能，端子其中一头连接到通讯软件中，另一头选用RS485 通讯线和汇流箱建立连接。

光伏汇流箱在高海拔区域应用，要进行温升试验，并对箱体防护等级进行测试。温升与光伏汇流箱实际寿命直接相关，同时还会对汇流箱运行安全性产生影响，所以要对汇流箱开展温升试验，保证箱内元件温升在标准允许温升范围内；对箱体进行防护等级测试中，主要开展的是IP65 喷水试验，经过试验证明汇流箱箱体符合IP65 防护等级要求。

经过测试和实验，证明光伏汇流箱箱体的可靠性能超过99.5%；与海拔4000m 相关爬电距离与电气间隙设计要求相符；气候温度条件在-30～50℃区间内，箱体均可实现稳定、安全的运行；箱体具有良好的防腐蚀、抗紫外线、耐高温性能；光伏专用防雷器的正极与负极都具有防雷功能；专用断路器符合直流耐压值；箱体外壳符合IP65 防护等级要求，可在室外安装使用。

4 结语

高海拔地区太阳能资源丰富，在相应区域建设光伏发电现场，容易受到恶劣环境的负面影响。光伏发电箱是光伏发电系统重要组成部分，为保证光伏汇流箱在高海拔地区能够安全、可靠的运行，要注重在高海拔条件下合理设计光伏汇流箱各项参数，并恰当的选择熔断器、断路器等，保证光伏汇流箱使用可靠与稳定。