人们已经习惯了超装、超配，因为绝大多数地区、绝大多数时间阳光的辐照量是低于一个标准太阳光辐照度的，就连IEC标准也只设定了1.25倍的安全余量。近日，随着CPVT银川基地观测到10度倾角1696.8W/m2的辐照新纪录，《全球光伏》发布惊天一问：☞☞1696.8 W/㎡，接线盒何去何从？

　　很明确，当阳光辐照度达到1.7倍标准剂量，无论是屋顶分布式，还是地面电站，都将迎来大电流的终极挑战。在大组件、大硅片的趋势下，应对大电流的接线盒安全设计早已到了当前技术的极限能力。面对1696.8W/m2的辐照新纪录，接线盒难道真的无解了吗？

　　No！

　　天无绝人之路，光伏自有智者加持，一种被称为“高温自动关断保护装置”的设计，完全可以帮助应对1.7倍光辐照记录的挑战。

　　1. 超大电流的安全风险

　　其实超大电流并不可怕，可怕的是超大电流引起的局部升温和过热，从而可能引发最大的安全风险 - 光伏组件自身的“起火风险”。

　　美国能源部刚刚发布的1900万美元资助研发的9个光伏相关项目中，第四个就是开发一种可以检测和防止电弧引发火源，并可以在2秒钟内关断系统的连接器。就是要消除光伏系统起火的根源。但电弧只是引发火源的一种形式，超大电流带来的接线盒过载，组件过热也是组件自身起火的重要诱因。

　　众所周知，光伏组件的接线盒和电缆上的连接器，由于金属间接触不良，二极管发热，是组件中两个比较容易产生高温的发热源并可能导致组件烧毁或引发起火的主要部件。

　　接线盒中，汇流带和接线盒焊接不良，二极管和铜片焊接不良，二极管本身发热，散热硅胶导热不良，电流过大，特别是工作一段时间后，由于室外昼夜温度变化，组件冷热应力交替作用，原本微小的接触不良变得比较严重，连接器中接触电阻的变大，都会导致接线盒通电后，接线盒体和连接器接触面持续产生高温。

　　超大电流还会对加剧热斑效应，导致组件局部温度超过设计水平，甚至超过组件封装材料的熔融温度，直接影响电池、有机封装材料的耐温、防火能力，导致组件起火。

　　在某些特殊情况下，如2021年6月19日，国家光伏质检中心（CPVT）银川户外实证基地安装的10°倾角的总辐照度计，总辐照值达到1696.8 W/㎡。而此时，假设正好组件电池片出现遮挡，导致相应旁路保护二极管启动导通，按全球光伏☞☞《CPVT辐照度新纪录1696.8 W/㎡，接线盒何去何从？》计算，通过二极管的电流将远远超过设计额定值。导致的直接后果就是超大电流通过二极管产生超过接线盒安全使用的高温，极有可能烧毁接线盒。

　　目前的光伏组件电路设计，只要有阳光照射，光伏组件就可以连续不断地输出能量，一旦出现上述接线盒发热的任何一种异样，都会导致组件发热源的持续发热，并超过接线盒或组件的设计保障能力，最终酿成大祸，形成光伏组件自身发热高温导致的“起火风险”。

　　2. 超大电流的应对方案

　　光伏系统中其它电器部件都带有自我保护的断路装置，比如，汇流箱中有直流断路器，产生高温或通过过载电流时，断路器都会自动跳闸，断开输出；逆变器不论组串式或集中式，也都在逆变器内有相应断路器，可以做到自我保护。

　　反观目前的光伏阵列设计，组件内部电路设计几乎没有任何形式的关断措施。后果就是组件能量的持续输出。

　　显而易见，可以阻止接线盒和连接器乃至组件持续高温的方法只有切断光伏系统中组件的电流，停止发热源的持续加热，具备类似的组件级“高温断路器”才能消除接线盒或连接器的持续发热以致高温引发的火灾。

　　如果接线盒内安装了“高温自动关断保护装置”，当由于接线盒本身故障，或者由于电流过大而导致二极管产生的高温超过设定安全高温阈值比如二极管的结温200°C时，组件输出电流将被自动关断，二极管的温度由于没有电流通过而降温。当辐照度降低后，假设恢复到1000W/m2以下后，通过二极管的电流产生的热量也将回到安全温度以下。这样不仅保护了二极管，延长二极管使用寿命，而且，由于只考虑正常情况下电流，不再需要二极管自己生扛超大电流以及高温，因此在选择二极管的难度大大降低，比如说以前要双芯才可以，如果增加了高温自动关断开关，可能适当尺寸的单芯二极管就可以满足要求，既降低了接线盒的成本，又防止了接线盒的烧毁。相比更高电流等级的接线盒设计，采用安全关断不仅省去了大电流接线盒的设计困难，降低了接线盒的选型成本，又预防了出现大电流和高温时的安全风险，相当于对光辐照“削峰”，毕竟同时产生这么大电流的高辐照和旁路保护二极管导通的时间不多。

　　3. 接线盒自动关断功能的实现

　　让光伏组件的接线盒在高温时实现关断，不仅避免了接线盒本身故障引起的升温，也能避免超大电流引起的升温，从而消除光伏组件自身的“起火风险“。

　　在组件接线盒内部，安装一个“开关”，可以自动实时测量盒内部温度，并在实时温度超过设定高温阈值后，能够自动切断组件电流、关断组件输出的“高温断路器”，就能阻止发热源温度继续升高；而当发热源实时温度回落到设定安全低温阈值后，又可以自动恢复组件输出。

　　这种装置，具有实时测量发热温度、关断设置和温度阈值复位功能，就能控制接线盒或连接器的温度，使发热源的温度始终运行在安全范围内，彻底解决了光伏系统中光伏组件自身高温导致的“起火风险“，避免了组件自身发热引发的火灾，消除了火灾隐患。自动关断和复位功能，使光伏组件在高温情况下，成为具备自动关断功能的电器产品，实现光伏系统中所有电器部件在高温情况下都可以单独自动“断路”保护的发电系统。

　　高温阈值可以设置在200摄氏度以下，和二极管厂家标称的二极管结温相似，这样即消除了组件发热引发的起火风险，也保证接线盒塑料外壳始终在PPO的软化温度以下，保证接线盒外壳的机械强度，同时保证接线盒内部温度始终低于二极管的结温温度，保证二极管在高温高辐照环境下的PN结功能，提高了二极管使用可靠性。

　　200摄氏度的设置还考虑到了柴油的燃点温度220摄氏度。如果接线盒内没有安装这种高温自动关断保护装置，接线盒产生持续超过200度的高温时，对安装了光伏电站的加油站的安全运行则是非常危险可怕的。

　　4. 超大电流真正的“组件级关断

　　超大电流会引起光伏组件自身的“起火风险”。美国国家电工规范（National Electrical Code，简称NEC）2014年就提出了快速关断这一屋顶光伏电站安全保护的概念，明确要求所有建筑物上光伏系统都要安装快速关断开关，光伏系统电压需要在10秒钟内下降到30V以下。但2014版标准的快速关断方案并没有实现组件级别的关断，屋顶上光伏阵列内仍旧存在直流高压。在2017版的NEC690.12中，对此快速关断又做了严格的要求，以距离到光伏方阵305mm为界限，在快速关断装置启动30秒内，界限范围外输出电压降低到30V以下，界线范围内电压降低到80V以下，也就是要求实现“组件级关断”。此要求在2019年1月1日起开始生效；截止到2021年7月，已有37个州开始强制执行组件级关断的屋顶光伏安全标准。

　　NEC2017版的组件级快速关断应用产品主要包括功率优化器，外挂快速关断装置，以及和组件接线盒集成在一起快速关断装置。发生火灾后，通过人工操作，切断优化器电源，或切断快速关断装置的供电系统（外挂以及和接线盒集成的），或人工拉断逆变器的交直流开关，通过PLC通讯系统，发出信号通知连接在组件接线盒输出控制部分，切断组件的直流输出（或只提供1V以下的直流电压）；在切断电源30秒内，使光伏方阵内每个组件输出电压降至80V，光伏方阵外组件串输出电压降至30V，满足人体接触时的基本安全要求。

　　显然，这些关断应用产品中，只有和组件接线盒集成在一起的快速关断装置才能真正切断组件电流的对外输出。但通过PLC信号控制接线盒输出控制，在发生火灾时能否有效就要大打折扣。

　　而如果能够通过接线盒自身的检测功能加装快速关断装置，就能为真正的组件级关断增加一重安全保障。

　　目前看既安装了具有高温自动关断功能的光伏组件，同时又安装符合NEC2017版标准的快速关断装置，才可以从根本上彻底消除光伏组件本身产生高温导致起火的隐患。

　　5. 组件级关断，刻不容缓

　　整县推进，如火如荼；户用光伏，全面开花。十四五期间，光伏项目将全面进入平价时代。双碳目标下，不管是调用屋顶资源发展分布式光伏，还是充分利用西北地区的阳光和土地资源，都将成为我国发展光伏产业的主流趋势。

　　而应对大硅片的超大电流、超高辐照度的超大电流，以及接线盒故障等火灾风险，组件级关断正刻不容缓。