國家電投集團西安太陽能電力有限公司 ■ 張銀環(huán) 李媛媛 苗林 唐蘭蘭 王勃

0 引言

目前，根據(jù)二極管的結(jié)構(gòu)，可將傳統(tǒng)型光伏接線盒分為軸式二極管接線盒和貼片二極管接線盒兩種。在接線盒的裝配過程中，不同的金屬底座銅板結(jié)構(gòu)決定了二極管焊接工藝的不同。其中，軸式二極管接線盒采用焊接機焊接，而貼片二極管接線盒采用回流焊焊接。為提高焊接能力，分別使用焊錫絲和焊錫膏進行輔助焊接，而二者在高溫熔化時都會飛濺出助焊劑和錫珠等物質(zhì)，粘附在接線盒體內(nèi)表面或金屬銅板上，從而影響了外觀質(zhì)量。本文主要對光伏接線盒中助焊劑殘留產(chǎn)生的原因和助焊劑殘留對接線盒相關(guān)性能的影響進行了分析。

1 助焊劑殘留產(chǎn)生的原因

1.1 軸式二極管接線盒的焊接

目前軸式二極管接線盒的焊接大多采用全自動裝配焊接機焊接。焊接機由多個焊臺組成，焊接順序為先裝后焊，通過控制程序使焊錫絲與焊臺的烙鐵頭全自動同步接觸，對二極管和匯流帶焊點進行點錫焊接。焊錫絲本身不具有流動性且為空心體，其主要成分是助焊劑和錫粉，助焊劑成分包裹在空心里面，在焊接時與加熱后的烙鐵頭接觸后，隨機性膨脹熔化的過程中瞬間產(chǎn)生冒煙并有微小炸裂，釋放出斑點狀起助焊作用的助焊劑和錫珠等物質(zhì)。在焊臺間本身的溫度差異下，烙鐵頭在接觸焊點的過程中也產(chǎn)生不同的溫度，但焊點處的溫度越高，飛濺物產(chǎn)生的越多。因此，受溫度影響，接線盒內(nèi)產(chǎn)生的助焊劑殘留物的多少也有差異。

軸式二極管接線盒內(nèi)的助焊劑殘留主要是在焊接機焊接二極管和焊接端子點錫時產(chǎn)生，主要集中在盒壁及金屬件部位。

1.2 貼片二極管接線盒的焊接

針對貼片二極管接線盒，目前行業(yè)內(nèi)采用回流焊焊接。焊接順序為先焊后裝，將金屬銅件與二極管焊點接觸部分用焊錫膏固定，放入回流爐，經(jīng)高溫焊接裝入接線盒底座上，在盒體壁部不會產(chǎn)生助焊劑殘留，但在金屬件區(qū)域會存在助焊劑殘留。

貼片二極管接線盒內(nèi)的助焊劑殘留主要集中在金屬件部位。

2 實驗

2.1 與硅膠粘接的影響

取正常接線盒和盒體有助焊劑殘留的接線盒，灌入灌封硅膠并在常溫(溫度25 ℃、濕度50%)下固化7 天；等硅膠固化后，觀察硅膠與接線盒的粘接程度。兩種接線盒固化后的外觀如圖1所示。

圖1 接線盒固化后外觀

實驗表明：有助焊劑殘留的接線盒與硅膠的粘接效果有所降低，出現(xiàn)了局部脫落現(xiàn)象。這是由于助焊劑的主要成分為松香，而松香的主要成分為樹脂酸，易溶于油類，且其結(jié)構(gòu)與油類相似，由于灌封膠本身不會吸附與油類結(jié)構(gòu)相似的分子，所以松香會將灌封膠與被粘物隔離開，進而影響粘接性。

2.2 對接線盒材質(zhì)的影響

接線盒暴露在環(huán)境中的盒體和盒蓋都是由耐候性強的材料制成，目前使用的材料為PPO材質(zhì)。為了驗證助焊劑殘留后接線盒的表面狀態(tài)，對接線盒進行水滴測試。取表面有助焊劑殘留的接線盒，使用滴水法使水滴停留在接線盒表面，水滴先是凝結(jié)為水珠狀，使用酒精擦拭，水滴狀態(tài)未發(fā)生改變，更換為洗潔精擦拭后，接線盒表面的水滴狀態(tài)改變，變?yōu)槠戒佊诒砻?，如圖2所示。

圖2 接線盒水滴測試

結(jié)合實驗現(xiàn)象及相似相溶的原理可推斷出：有助焊劑殘留的接線盒表面可能有與油類結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)。由于助焊劑的主要成分為松香，而松香含有松香酸，其特點是不溶于水，易溶于常見的有機溶劑，并溶于油類和堿溶液。而PPO材料不能抵抗的性質(zhì)是在受力情況下，對礦物油及酮類、酯類溶劑會產(chǎn)生應(yīng)力開裂；而有機溶劑，如脂肪烴、鹵代脂肪烴和芳香烴等，會使PPO材料產(chǎn)生溶脹。

2.3 濕漏電影響

2.3.1 老化前濕漏電測試

將有助焊劑殘留的接線盒灌入灌封硅膠并常溫固化7天，等硅膠固化后，再于水中浸泡7天，然后使用絕緣電阻測試儀對接線盒進行初始濕漏電測試。測試發(fā)現(xiàn)：有助焊劑殘留的接線盒內(nèi)部未有滲水現(xiàn)象，濕漏電測試合格。

圖3 老化前濕漏電測試

2.3.2 老化后濕漏電測試

對初始濕漏電測試合格的樣品進行加速老化PCT 72 h試驗，試驗后，再于水中浸泡7天，然后使用絕緣電阻測試儀對其進行濕漏電測試。

圖4 老化后濕漏電測試

實驗表明：經(jīng)長時間老化后，再對有助焊劑殘留的接線盒進行濕漏電測試，結(jié)果為不合格。觀察接線盒后發(fā)現(xiàn)，其邊緣與硅膠粘接部位有脫落現(xiàn)象，撥開接線盒內(nèi)的硅膠，助焊劑殘留部位的硅膠老化，呈現(xiàn)發(fā)軟狀態(tài)，且在助焊劑殘留位置發(fā)現(xiàn)金屬件有腐蝕現(xiàn)象。由此可推斷，造成濕漏電測試不合格的原因為接線盒與硅膠粘接部位開裂，水通過開裂縫隙進入接線盒底部后，有助焊劑殘留部位的灌封硅膠由于在PCT 72 h試驗后老化，導(dǎo)致密封性能及與盒體的粘接性能下降，水進入接線盒內(nèi)造成漏電。

2.4 金屬件表面形態(tài)分析

接線盒的金屬件基材為銅材質(zhì)，為防止其表面被腐蝕，會對其表面進行鍍錫，經(jīng)過加速老化PCT 72 h試驗后，將硅膠去除，通過二次元顯微鏡的表面形態(tài)圖(見圖6)可以看出，金屬件局部區(qū)域的基材銅被腐蝕，表面鍍錫層存在鍍層不均勻、有空隙的現(xiàn)象。

圖5 老化后金屬件表面外觀

圖6 老化后通過二次元顯微鏡觀察腐蝕狀態(tài)

經(jīng)試紙測試，附著在接線盒表面的助焊劑一般為酸性物質(zhì)，該酸性物質(zhì)的大小決定了助焊劑的焊接能力。若助焊劑酸性強，則焊點光亮飽滿，焊接性能好，但它的缺點是會腐蝕金屬表面。在經(jīng)過長時間的老化后，助焊劑殘留會有腐蝕金屬件表面的風(fēng)險。

2.5 發(fā)熱測試

針對貼片二極管接線盒，由于其殘留物主要附著在金屬件上，因此推測助焊劑殘留貼附在金屬件表面可能會影響接線盒的散熱性能。取正常接線盒和有助焊劑殘留的接線盒，灌入灌封硅膠并常溫固化7天，等硅膠固化后，通入10 A 電流，用紅外成像儀測量硅膠表面的發(fā)熱情況。

在同一位置測試接線盒表面溫度，正常接線盒表面溫度為93.1 ℃，有助焊劑殘留的接線盒表面溫度為92.8 ℃。因此，二者通電發(fā)熱對比測試基本一致。由此說明，助焊劑殘留對接線散熱性能并無影響。

圖7 有接線盒發(fā)熱測試

2.6 環(huán)境測試

為驗證有助焊劑殘留的接線盒在戶外使用的可靠性，取3個有助焊接殘留的接線盒作為測試樣品，分別進行環(huán)境測試，具體測試條件及結(jié)果如表1所示。

表1 環(huán)境測試結(jié)果匯總

根據(jù)IEC 62790《光伏組件用接線盒——安全要求和測試標(biāo)準(zhǔn)》中5.3.16的規(guī)定，給樣品施加接線盒的額定電壓，絕緣電阻不小于400 MΩ。由表1可以看出，經(jīng)過環(huán)境測試后，樣品的外觀及濕漏電測試結(jié)果均為合格。

3 總結(jié)

本文主要對接線盒中助焊劑殘留產(chǎn)生的原因和助焊劑殘留對接線盒相關(guān)性能的影響進行了分析，得出以下結(jié)論：

1)助焊劑殘留會影響接線盒與灌封硅膠的粘接性能。

2)助焊劑殘留內(nèi)含有與油類結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，長時間接觸PPO材料，會產(chǎn)生溶脹或應(yīng)力開裂的現(xiàn)象。

3)有助焊劑殘留的接線盒經(jīng)過長時間老化后，存在濕漏電風(fēng)險。

4)有助焊劑殘留的接線盒經(jīng)過長時間老化后，助焊劑殘留存在腐蝕金屬件表面的風(fēng)險。