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光伏电缆及材料
近年来,随着环境问题日益突出,绿色发展理念逐渐深入人心,全球经济的发展方向和导航标已然转向低碳经济,太阳能光伏产业受到世界各国的重视。国家“十二五”规划纲要提出,要大力发展节能环保、新能源等战略性新兴产业,新能源产业重点发展太阳能热利用和光伏光热发电、生物质能等。在各种新能源中,太阳能光伏发电具有无污染、可持续、总量大、分布广、应用形式多样等优点,受到世界各国的高度重视。因为各方面对太阳能光伏产业发展的重视,目前我国已经形成了完整的太阳能光伏产业链。随着国内太阳能光伏发电的大规模应用及快速发展,目前在一些地区的太阳能丰富的地区,太阳能光伏电站的建设如火如荼,其发电已经并入国家电网。
光伏是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统,有独立运行和并网运行两种方式。光伏电站接受太阳能,转换为电能,输出的电流首先为低压、直流,然后需要通过交直流逆变器转换为交流电,再通过升压变压器,使电压升到常用的220V,才可以实用化、并联网。在光伏系统中使用的电缆可以分为直流、交流电缆。交流电缆是从逆变器至升压变压器、升压变压器至配电装置的连接电缆,这部分电缆要求不是特别高,可以利用常规的传输电缆。直流电缆是用于光伏电池组件与组件之间的串联电缆、或组串之间及其组串至直流配电箱(汇流箱)之间的并联电缆、直流配电箱至逆变器之间的电缆。这部分直流电缆的使用环境复杂,要求较高,我们目前所说的光伏电缆主要指这一类电缆。
考虑到我国太阳能充足地区多在西部、沿海地区,因此一些大规模光伏电站也建立在这些地区。在我国的西部及北部地区要求电缆能够承受较低的温度,个别地区极端低温能够达到零下-40℃左右,甚至更低的气温。而在我国的东部及南部地区地表温度很容易达到+70℃以上,考虑导体工作温度高于环境温度并产生热量挥发,同时考虑在屋顶不通风及桥架的散热效果不佳的区域很可能超过+90℃以上,最高温度甚至超过150℃,这就要求电缆的材料温度能够满足电站在极端气温下工作的要求。
而在海边、滩涂等特殊地区,这些地区空气湿度大、盐雾含量较高,就要求电缆必须有较强耐盐雾和酸碱性能。
一些高原地区臭氧含量较高,而臭氧对电缆护层存在一定的腐蚀作用,即加快护层的老化,影响电缆的使用。这就要求在臭氧含量较高的地区,光伏电缆也能长时间正常工作。
光伏电站日照时间均较长,其承受太阳光辐照的强度较大,而太阳光中含有多种射线,特别是紫外线能够加速电缆的绝缘和护层的老化。光伏电站的电缆很多是裸露敷设的,太阳能组件到汇流箱甚至到逆变器的电缆大部分情况下是直接裸露敷设的,这要求电缆必须能够耐受日光及紫外线的辐射,能够保证在日光及紫外线的垂直辐射下长时间正常工作。
且光伏系统是机械、电气设备,可能会用到一些油性物质,如润滑油、燃料油等,可能带到电缆上,有可能对电缆造成不良影响,这就要求光伏电缆具有一定的耐油性能。光伏电缆的多为室外使用,环境比较复杂多变,而且比较恶劣,要保证其能长期安全运行,常规电缆则难以达到此目的。
由于制造技术和产业激励政策,光伏产业得到大幅度增长,据估计2015年我国光伏发电装机容量达到3500万KW,以每1MW需要工程需要50Km电缆,预计未来每年需要50万Km的光伏电缆。
目前市场认可的光伏电缆标准为德国莱茵的TüV 2Pfg 1169/08.2007 光伏系统中使用的电缆要求和美国安全检测实验室公司的UL 4703-2014光伏线调查大纲。两个标准目前都占据市场的一定比例,其中TüV更占有一定优势。两个标准对光伏电缆的要求大体相同,但也有一定的差异。
TüV 和UL标准的对比
项目
TüV 2Pfg 1169/08.2007
UL 4703-2014
结构
导体+绝缘+护套
导体+单层绝缘
导体+多层绝缘
导体+绝缘+护套
额定电压
AC0.6/1KV,DC1.8KV
6000、1000、2000V
材料
导体
镀锡导体
铜(可镀锡、镍、银)
AA8000系列铝合金
铜包铝
绝缘
XLPE
XLPE、EP、EPCV、FEP、CPE
护套
XLPE
XLPE、CPE、PVC
温度等级
90℃
90、105、125、150℃
湿
/
90℃
高温压力(热变形)
140℃
121℃
热老化
绝缘150℃,168hr
护套150℃,168hr
绝缘121℃,168hr
护套110℃,240hr
热延伸
200℃,15min
不要求
低温弯曲试验
-40℃
-40℃
低温冲击试验
-40℃
-40℃
浸水绝缘电阻
/
9/12周
护套表面电阻
EN50395
无要求
湿热试验
1000hr/90℃/85%RH
无要求
绝缘长期耐直流试验
要求
无要求
成品电缆相容性试验
要求
无要求
热收缩试验
要求
无要求
耐酸碱试验
EN60811-2-1
无要求
无卤特性
EN50267-2-2
无要求
动态穿透试验
要求
无要求
成品电缆耐凹痕试验
要求
无要求
耐油测试
无要求
要求
耐臭氧试验
EN50396
要求
耐UV测试
HD605/A1
无要求
热寿命试验
要求
无要求
阻燃
IEC60332-1-2
UL2556 VW-1
光伏电缆目前尚无国家标准,中国电器工业协会'光伏发电系统用电缆'系列标准由江苏晨曦光伏科技有限公司、北京鉴衡认证中心等单位起草,由中国电线电缆标委会归口,于2012年4月18日发布,标准号CEEIAB218。旨在解决我国光伏用电缆没有对应的行业标准或国家标准,而造成的设计、采购、使用、验收无标准可依,电缆的使用寿命无法与组件使用寿命相一致,导致敷设后系统的运行、维护成本增高,发电效率下降等问题。该标准规定了光伏发电系统用电缆的分类,规定了适用于防紫外线、耐臭氧、耐酸碱、抗盐雾和耐环境气候要求的光伏发电系统用交/直流电力电缆、控制电缆、计算机及仪表电缆的使用特性、型号、规格、技术要求和检验要求。标准规定了光伏发电系统用电缆与光伏组件预期25年使用寿命相匹配。满足位于高寒、沙漠、濒海、滩涂、草原、屋顶等不同气候环境下不同类型光伏电站的选用。
中国质量认证中心联合上海电缆研究所(国家电线电缆质量监督检验中心)、中国三峡新能源有限公司以及国内主要的光伏电缆与电缆料生产企业,在参考国外相关标准(TüV 1169 /1990/1940及UL4703标准)、国内相关标准(GB/T 12706,JB/T 10491等)以及国内企标等技术文件的基础上,起草《光伏发电系统专用电缆产品认证技术规范》,并在2013年8月向国家认监委科技标准部申请备案,以期最终为光伏电缆产品认证提供依据。
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