蘇州歐姆尼克新能源科技有限公司副總經(jīng)理劉安家

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一、光伏直流開關(guān)質(zhì)量問題導(dǎo)致多家澳大利亞太陽能公司關(guān)門大吉

越來越多的澳大利亞太陽能公司由于貼牌銷售的光伏直流開關(guān)不合格導(dǎo)致關(guān)門大吉。幾乎所有的澳大利亞經(jīng)銷商都選擇對進(jìn)口廉價(jià)的直流開關(guān)進(jìn)行貼牌來銷售，一來開關(guān)的貼牌比較容易，僅僅更換名牌和包裝，原廠配合容易;其次這些原廠往往屬于小作坊，沒有什么品牌知名度，規(guī)模小，也愿意配合。經(jīng)銷商通過貼上澳洲本地品牌進(jìn)行銷售能增加廉價(jià)直流開關(guān)的附加值。經(jīng)銷商對貼牌后的產(chǎn)品需要承擔(dān)后期所有的質(zhì)保服務(wù)，對產(chǎn)品的問題承擔(dān)一切責(zé)任。這樣，一旦產(chǎn)品有質(zhì)量問題，會讓經(jīng)銷商承擔(dān)更高的風(fēng)險(xiǎn)，影響自身的品牌影響度，這也是導(dǎo)致這些公司倒閉的主要原因。

這些直流開關(guān)主要的問題在于：

1.觸點(diǎn)高阻抗引起過熱，甚至起火;

2.開關(guān)無法正常關(guān)斷，開關(guān)手柄保持在‘OFF’狀態(tài);

3.不完全切斷，引起火花;

4.由于容許工作電流太小，容易引起過熱，使開關(guān)滅弧室損壞甚至外形變形。

昆士蘭一家公司出售據(jù)檢驗(yàn)有安全隱患的直流開關(guān)，在用戶屋頂?shù)奶柲芟到y(tǒng)上引發(fā)了至少70起火災(zāi)，另外還有數(shù)以萬計(jì)存在電氣火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的房主憂心忡忡。

總部設(shè)在陽光海岸的Advancetech是一個(gè)歷史悠久的公司，他們的座右銘是“嘗試，測試，可信”。2014年5月12日，昆士蘭首席檢察官Jarrod Bleijie下令立即召回由Advancetech公司進(jìn)口及銷售的27600個(gè)太陽能直流開關(guān)，該光伏直流開關(guān)在進(jìn)口時(shí)被更名為“Avanco”。2014年5月16日，Advancetech進(jìn)入破產(chǎn)清算，所有安裝商和二級分銷商不得不自己承擔(dān)更換問題產(chǎn)品的費(fèi)用及風(fēng)險(xiǎn)。這表明，關(guān)鍵不在于你購買了什么而是你向誰購買的東西及其潛在的風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)信息可以查閱http://www.recalls.gov.au/content/index.phtml/itemId/1059088。

圖一：AVANCO品牌光伏直流開關(guān)召回通知

另外在澳大利亞被召回的品牌還涉及到:

GWR PTY LTD Trading as Uniquip Industries公司的直流開關(guān)，召回原因是過熱和引起火災(zāi)：http://www.recalls.gov.au/content/index.phtml/itemId/1060436

NHP Electrical Engineering Product Pty Ltd公司的直流開關(guān)，召回原因是當(dāng)手柄切換到’OFF’狀態(tài)，但是觸點(diǎn)始終是’ON’狀態(tài)，開關(guān)無法關(guān)斷：http://www.recalls.gov.au/content/index.phtml/itemId/1055934

圖二：NHP品牌光伏直流開關(guān)召回通知

DKSH Australia Pty Ltd的PVPower品牌直流開關(guān)，召回原因同樣是過熱和引起火災(zāi):http://www.recalls.gov.au/content/index.phtml/itemId/1056490

圖三：PVPOWER品牌光伏直流開關(guān)召回通知

eltechindustries公司的的DC ISO-MAX 品牌直流開關(guān)，主要原因是由于設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致不完全切斷，甚至產(chǎn)品火弧和過熱:http://www.recalls.gov.au/content/index.phtml/itemId/1009869

圖四：DC ISO-MAX品牌光伏直流開關(guān)召回通知

目前市面上也有很多所謂的直流斷路器并不是真正的直流斷路，而是由交流斷路器改良而來。光伏系統(tǒng)一般斷開電壓和電流都比較高，萬一有接地故障，高的短路電流會把觸頭拉到一起，從而造就極高的短路電流，最大可高達(dá)千安培(取決于不同產(chǎn)品)。尤其是光伏系統(tǒng)中常見多路電池板并聯(lián)輸入或者多路電池板獨(dú)立輸入，這樣就需要同時(shí)切斷多路電池板直流并聯(lián)輸入或多路電池板直流獨(dú)立輸入，這些場合對直流開關(guān)的滅弧能力要求會更高，這些改良而來的直流斷路器用在光伏系統(tǒng)中會存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。

交流電的每個(gè)周期都有自然過零點(diǎn)，在過零點(diǎn)容易熄弧;而直流電沒有零點(diǎn)，電弧難以熄滅。交流系統(tǒng)滅弧容易，直流系統(tǒng)滅弧比較困難。由于系統(tǒng)不一樣、滅弧的原理不同，因此交流斷路器與直流斷路器在結(jié)構(gòu)和性能上有很大區(qū)別。相對于交流斷路器，直流斷路器需要增加額外的滅弧裝置以增強(qiáng)滅弧能力。任何交流斷路器大部分材料采用一些適用于交流電路的設(shè)計(jì)制造，這意味著無論負(fù)載的電壓是230伏(交流)還是400伏(交流)，它都是50/60赫茲的正弦波。在通斷交流電時(shí)，一定要注意電壓的特點(diǎn)是它一定會通過0伏，因此，盡管不同的負(fù)載情況有不同，但是電流都會逐漸自行消失——這里指的是即使斷路器在電源峰值的時(shí)候開關(guān)，且觸頭間有電弧形成，電源電壓減小到0伏的過程也意味著負(fù)載的電壓同樣會趨向于零，電弧被滅掉。然而，直流負(fù)載電壓總保持恒定，通過觸頭之間的功率總是不變，除非負(fù)載變?yōu)榱?。如果?fù)載是500伏(直流)，25安培，那么它現(xiàn)在，一秒以后，一分鐘以后，一小時(shí)以后都是500伏，25安培——保持恒定。與交流不一樣，所有直流負(fù)載在整個(gè)關(guān)斷過程中直流開關(guān)觸頭之間的負(fù)載是恒定的; 直流電不穿越0伏電平，除非有系統(tǒng)電源故障(或其它錯(cuò)誤)。

圖五：直流和交流電

二、正確選擇直流開關(guān)的幾條標(biāo)準(zhǔn)

如何為光伏系統(tǒng)選擇合適的直流開關(guān)呢?以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以作為參考：

1.盡量選擇大品牌，尤其是通過國際認(rèn)證的品牌。

光伏直流斷路器主要有歐洲的認(rèn)證IEC 60947-3(歐洲通用標(biāo)準(zhǔn)，亞太大多國家沿用), UL 508(美國通用標(biāo)準(zhǔn))，UL508i(針對光伏系統(tǒng)用直流開關(guān)美國標(biāo)準(zhǔn))，GB14048.3 (國內(nèi)通用標(biāo)準(zhǔn))，CAN/CSA-C22.2(加拿大通用標(biāo)準(zhǔn))，VDE 0660。目前國際大品牌都具備如上所有的認(rèn)證，比如英國的IMO和荷蘭的SANTON，國內(nèi)的大多數(shù)品牌目前都只通過了通用性標(biāo)準(zhǔn) IEC 60947-3。

2.選擇滅弧功能好的直流斷路器。

滅弧效果是考核直流開關(guān)的最重要指標(biāo)之一。真正的直流斷路器都有專門的滅弧裝置，可以帶載關(guān)斷。一般真正的直流斷路器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較特殊，手柄和觸頭沒有直接的連接，所以通斷的時(shí)候不是直接旋轉(zhuǎn)觸頭而斷開，而是有特殊的彈簧進(jìn)行連接，當(dāng)手柄旋轉(zhuǎn)或者移動到一個(gè)特定點(diǎn)時(shí)觸發(fā)所有的觸頭“突然斷開”，因而產(chǎn)生一個(gè)非常迅速的通斷動作，使電弧時(shí)間持續(xù)比較短。一般國際一線品牌的光伏直流開關(guān)的電弧持續(xù)幾個(gè)毫秒時(shí)間內(nèi)被滅掉，比如IMO的SI系統(tǒng)宣稱是在5個(gè)毫秒內(nèi)進(jìn)行滅弧。而一般交流斷路器改良過來的直流斷路器電弧持續(xù)100毫秒以上。

3.耐高電壓和電流。

一般光伏系統(tǒng)的電壓可能達(dá)到1000V(美國600V)，需要斷開的電流根據(jù)組件的品牌和功率、光伏系統(tǒng)連接方式是多串并聯(lián)還是多串獨(dú)立連接(多路MPPT)而不同。直流開關(guān)的電壓和電流由需要斷開的光伏陣列的串電壓和并電流決定。光伏直流斷路器在選型時(shí)參照如下經(jīng)驗(yàn)：

電壓 = NS x VOC x 1.15(公式1.1)

電流= NP x ISC x 1.25(公式1.2)

其中

NS – 串聯(lián)電池板的數(shù)量

NP – 并聯(lián)的電池組數(shù)量

VOC –電池板開路電壓

ISC – 電池板短路電流

1.15和1.25是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)

一般大品牌的直流開關(guān)都可以斷開1000V的系統(tǒng)直流電壓，甚至設(shè)計(jì)斷開1500V的直流輸入。大品牌的直流開關(guān)往往有大功率系列，比如ABB的光伏直流開關(guān)有上百安系列的產(chǎn)品，IMO專注于分布式光伏系統(tǒng)用直流開關(guān)，能提供50A，1500V的直流開關(guān)。而一些小廠家一般只能提供16A，25A的直流開關(guān)，其技術(shù)和工藝很難生產(chǎn)出大功率的光伏直流開關(guān)。

4.產(chǎn)品型號齊全。

一般大品牌的直流開關(guān)有多種型號能滿足不同場合需求，有外置的、內(nèi)置的、端子通過串聯(lián)和并聯(lián)滿足多路MPPT輸入的、帶鎖和不帶鎖的、更有滿足多種安裝方式的比如底座安裝(安裝在匯流箱和配電柜中)，單孔和面板安裝等。

5.材料阻燃和防護(hù)等級高。

一般直流開關(guān)的外殼、本體材料或者是手柄都是塑料，具有自身的阻燃特性，通常能達(dá)到UL94標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量好的直流開關(guān)的外殼或者本體能滿足UL 94V-0標(biāo)準(zhǔn)，而手柄一般達(dá)到UL94 V-2標(biāo)準(zhǔn)。

其次對于內(nèi)置于逆變器內(nèi)部的直流開關(guān)，如果外部有手柄可以進(jìn)行開關(guān)，一般要求開關(guān)的防護(hù)等級至少滿足整機(jī)防護(hù)等級的測試要求。目前行業(yè)中應(yīng)用較多的組串型逆變器(一般小于30kW功率等級)一般都滿足IP65的整機(jī)防護(hù)等級，這就要求內(nèi)置直流開關(guān)和機(jī)器安裝時(shí)面板的密封性要求比較高。對于外置的直流開關(guān)，如果安裝室外，都要求滿足至少IP65的防護(hù)等級。

三、光伏系統(tǒng)中直流開關(guān)的選型步驟

光伏直流開關(guān)的選型一般通過關(guān)鍵參數(shù)初步估算并保證足夠的余量。光伏系統(tǒng)中光伏電池板本身的輸出功率受到天氣、環(huán)境溫度、逆變器功率點(diǎn)跟蹤等影響;其次，光伏逆變器本身有輸入功率的限制和保護(hù)，有最大容許輸入電壓，以及電流的限制和保護(hù);最后直流開關(guān)本身的額定關(guān)斷能力和環(huán)境溫度也有關(guān)系。環(huán)境一定的時(shí)候電池板(電池陣列)輸出受逆變器直流側(cè)功率跟蹤的影響，隨著電壓的升高，直流開關(guān)通斷電流的能力會下降(熱效應(yīng)影響)?？偟膩碚f使用的直流開關(guān)能通斷電池板實(shí)際輸出的電壓和電流，天氣、環(huán)境穩(wěn)定、逆變器的功率跟蹤等都需要考慮在內(nèi)。

最簡單的方法是選擇的直流開關(guān)(無論外置和內(nèi)置)滿足如上公式1.1和1.2的要求。由于電池板不可能工作在最大短路電壓和開路電流上，所以一般外置的直流開關(guān)使用最大功率點(diǎn)電壓和電流來做參考：

電壓 = NS x VMP x 1.15(公式1.3)

電流= NP x IMP x 1.25(公式1.4)

對于內(nèi)置的直流開關(guān)，可能還會受到逆變器本身最大輸入電壓和電流的限制，所以為了合理節(jié)約系統(tǒng)成本，一般依據(jù)直流開關(guān)能通斷電池板實(shí)際輸出的電壓和電流，并不高于所選擇使用的逆變器的保護(hù)電壓和電流?？偟膩碚f，直流開關(guān)的通斷V-1曲線需要包絡(luò)逆變器允許輸入的直流電壓和電流曲線。

總的來說光伏直流開關(guān)的選擇可以根據(jù)如下幾個(gè)步驟：

1.確定系統(tǒng)電壓。

所選擇的直流開關(guān)允許最大電壓需要能達(dá)到光伏系統(tǒng)電壓要求。常見的有600V和1000V。一般接入單相逆變器的系統(tǒng)電壓最高為600V，三相組串型或者電站型逆變器的系統(tǒng)電壓最高為1000V。

2.確定獨(dú)立電池串的路數(shù)。

如果是內(nèi)置的直流開關(guān)，由于集成在逆變器內(nèi)部，所以和逆變器獨(dú)立的MPPT數(shù)目有關(guān)系。常見的逆變器是單路MPPT，雙路MPPT，市面上也有少數(shù)3路MPPT的并網(wǎng)逆變器。一般逆變器功率等級在1kW~3kW的設(shè)計(jì)為單路MPPT;3kW~30kW為雙路MPPT，有少數(shù)公司也有三路MPPT的逆變器;大型逆變器100kW以上一般都是通過匯流箱匯流后輸入一路MPPT。逆變器獨(dú)立的MPPT數(shù)目決定了選擇的內(nèi)置直流開關(guān)的獨(dú)立通段對數(shù)。

如果是外置直流開關(guān)，可能和設(shè)計(jì)的系統(tǒng)組網(wǎng)有關(guān)系，可以選擇具有通斷多串電池板的外置直流開關(guān)或者選擇只能通斷一串電池板的外置直流開關(guān)

圖六通斷多串獨(dú)立的電池板的外置直流開關(guān)

圖七通斷一串電池板的外置直流開關(guān)

3.確定電池串的電壓和電流。

通過電池組串電壓和電流參數(shù)，一般保險(xiǎn)起見根據(jù)公式1.1和1.2計(jì)算，也可以根據(jù)公式1.3和1.4。如果對光伏逆變器的構(gòu)造比較了解，尤其是逆變器廠家在選擇內(nèi)置直流開關(guān)時(shí)，為了有效節(jié)約逆變器整機(jī)成本，可以通過研究逆變器出入直流電壓電流曲線來選擇，保證所選擇的直流開關(guān)曲線在各種天氣環(huán)境和溫度下都包絡(luò)逆變器輸入的直流開關(guān)和電流曲線。

4.分析使用的環(huán)境和安裝方式。

根據(jù)使用的環(huán)境確定工作溫度，防護(hù)和防火等級，一般品質(zhì)好的直流開關(guān)工作穩(wěn)定可以在-40°到60°。常見的外置直流開關(guān)防護(hù)等級為IP65，內(nèi)置直流開關(guān)安裝后保證整機(jī)通過IP65。防火等級一般為外殼或者本體材料UL 94V-0, 手柄UL 94V-2。

安裝方式有面板安裝，底座安裝，單孔安裝等

5.確定具體型號。

如上1~4滿足，接下來需要從所傾向的品牌中選擇具體型號。一般具體型號的規(guī)格是通過電流分段的，完全匹配的直流開關(guān)是很難找到的，一般留有一定的余量來選擇高于理論計(jì)算的規(guī)格的直流開關(guān)。常見有16A，25A和32A，有些大廠家會有40A，50A，600V或者1000V額定電壓等級。