【光伏电缆】技术简介

               
更新:2020-06-04 15:45:32 星期四
               
摘要:

太阳能技术将成为未来绿色能源技术之一。太阳能或光伏在中国的应用越来越广泛。除了政府支持的光伏发电厂迅速发展外, […]

【光伏电缆】技术简介

 

太阳能技术将成为未来绿色能源技术之一。太阳能或光伏在中国的应用越来越广泛。除了政府支持的光伏发电厂迅速发展外,私人投资者也在积极建厂,并计划将全球销售的太阳能组件投入生产。

 

许多国家仍处于学习阶段。毫无疑问,为了获得最佳利润,业内企业需要向在太阳能应用方面有多年经验的国家和公司学习。

 

建设高性价比、高利润的光伏发电厂,是所有太阳能厂商最重要的目标和核心竞争力。事实上,盈利能力不仅取决于太阳能电池组件本身的效率或高性能,还取决于一系列似乎与电池组件没有直接关系的组件。但所有这些部件(如电缆、连接器、接线盒)应根据招标人的长期投资目标进行选择。选用高质量的元器件,可避免因维护维修费用高而造成的太阳能系统不盈利。

 

例如,人们通常不会将连接光伏组件和逆变器的布线系统视为关键部件,

但是,如果未能采用太阳能应用的专用电缆,将会影响到整个系统的使用寿命。

实际上,太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用,如高温和紫外线辐射。在欧洲,晴天时将导致太阳能系统的现场温度高达100°C。至此,我们可采用的各种材料有PVC、橡胶、TPE和高质量交叉链接材料,但遗憾的是,额定温度为90°C的橡胶电缆,还有即便是额定温度为70°C的PVC电缆也常常在户外使用,显然,这将大大影响系统的使用寿命。

HUBER+SUHNER太阳能电缆的生产已有20多年的历史。欧洲采用此类电缆的太阳能设备也已使用了20余年,而且至今仍然处于很好的工作状态。

 

环境应力

就光伏应用而言,户外使用的材料应根据紫外线、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀情况而定。在该种环境应力下使用低档材料,将导致电缆护套易碎,甚至会分解电缆绝缘层。所有这些情况都会直接增加电缆系统损失,同时发生电缆短路的风险也会增大,从中长期看,发生火灾或人员伤害的可能性也更高。

HUBER+SUHNER RADOX®太阳能电缆是一种电子束交叉链接电缆,额定温度为120°C,在所属设备中可抵御恶劣气候环境和经受机械冲击。根据国际标准IEC216,RADOX®太阳能电缆,在户外环境下,其使用寿命是橡胶电缆的8倍,是PVC电缆的32倍。这些电缆和部件不仅具有最佳的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性,而且能承受更大范围的的温度变化(例如:从–40°C至125°C)。

为应对高温导致的潜在危险,制造商倾向于使用双层绝缘橡胶护套电缆(例如:H07 RNF)。但此类电缆的标准版本仅允许用于最高工作温度为60°C的环境下。而在欧洲,屋顶上即可测得出的温度值却高达100°C。

RADOX®太阳能电缆的额定温度为120°C(可使用20000小时)。这一额定值相当于在90°C的持续温度条件下可使用18年;而当温度低于90°C时,其使用寿命更长。通常,要求太阳能设备的使用寿命应达到20至30年以上。

 

基于上述种种原因,在太阳能系统中使用专用太阳能电缆和部件是非常有必要的。

抗机械载荷

事实上,在安装和维护过程中,电缆可以走在屋盖结构的锐边上,电缆必须承受压力、弯曲、张力、横向拉伸载荷和强烈的冲击。如果电缆护套强度不够,将严重损坏电缆绝缘,影响整个电缆的使用寿命,或造成短路、火灾和人身伤害。

辐射交联材料具有较高的机械强度。交联过程改变了聚合物的化学结构,使可熔热塑性材料转变为不可熔弹性体材料。交联辐射显著改善了电缆绝缘材料的热性能、力学性能和化学性能。

作为全球最大的太阳能市场,德国已遇到所有与电缆选择相关的问题。如今在德国,50%以上的设备都采用专用于太阳能应用的HUBER+SUHNER RADOX®电缆。

外观质量电缆:

· 完美的缆芯同心度

· 护套厚度均匀

· 直径较小 · 缆芯分布不同心

· 电缆直径较大(比RADOX电缆直径大40%)

· 护套厚度不均(造成电缆表面缺陷)

光伏电缆的特性取决于其特殊的绝缘材料和护套材料,我们称之为交联聚乙烯。辐照促进剂辐照后,电缆材料的分子结构会发生变化,从而在各个方面提供其性能。机械承载力实际上,在安装和维护过程中,电缆可以在屋盖结构的锐边上走线,而电缆必须承受压力、弯曲、张力、横向拉伸荷载和强烈的冲击。如果电缆护套强度不够,将严重损坏电缆绝缘,影响整个电缆的使用寿命,或造成短路、火灾和人身伤害。

电性能

1. 直流电阻

成品电缆20℃时导电线芯直流电阻不大于5.09Ω/km。

2 浸水电压试验

成品电缆(20m)在(20±5)℃水中浸入时间1h后经5min电压试验(交流6.5kV或直流15kV)不击穿。

3 长期耐直流电压

样品长5m,放入(85±2)℃的含3%氯化钠(NaCl)的蒸馏水中(240±2)h,两端露出水面30cm。线芯与水间加直流0.9kV电压(导电线芯接正极,水接负极)。取出试样后进行浸水电压试验,试验电压为交流1kV,要求不击穿。

4 绝缘电阻

成品电缆20℃时绝缘电阻不小于1014Ω·cm,

成品电缆90℃时绝缘电阻不小于1011Ω·cm。

5 护套表面电阻

成品电缆护套表面电阻应不小于109Ω。

性能试验

1. 高温压力试验(GB/T 2951.31-2008)

温度(140±3)℃,时间240min, k=0.6,压痕深度不超过绝缘与护套总厚度的50%。并进行AC6.5kV、5min电压试验,要求不击穿。

2 湿热试验

样品在温度90℃、相对湿度85%的环境下放置1000h,冷却至室温后与试验前相比,抗拉强度变化率≤-30%,断裂伸长率的变化率≤-30%。

3 耐酸碱溶液试验(GB/T 2951.21-2008)

两组样品分别浸于浓度为45g/L的草酸溶液和浓度为40g/L的氢氧化钠溶液中,温度为23℃,时间168h,与浸溶液前相比,抗拉强度变化率≤±30%,断裂伸长率≥100%。

4 相容性试验

电缆整体经7×24h,(135±2)℃老化后,绝缘老化前后抗拉强度变化率≤±30%,断裂伸长率变化率≤±30%;护套老化前后抗拉强度变化率≤-30%,断裂伸长率变化率≤±30%。

5 低温冲击试验(GB/T 2951.14-2008中的8.5)

冷却温度-40℃,时间16h,落锤质量1000g,撞击块质量200g,下落高度100mm,表面不应有目力可见裂纹。

6 低温弯曲试验(GB/T 2951.14-2008中的8.2)

冷却温度(-40±2)℃,时间16h,试棒直径为电缆外径的4~5倍,绕3~4圈,试验后护套表面不应有目力可见裂纹。

7 耐臭氧试验

试样长度20cm,干燥器皿内放置16h。弯曲试验所用试棒直径为电缆外径的(2±0.1)倍,试验箱:温度(40±2)℃,相对湿度(55±5)%,臭氧浓度(200±50)×10-6%,空气流量:0.2~0.5倍试验箱容积/min。样品放置试验箱72h,试验后护套表面不应有目力可见裂纹。

8 耐气候性/紫外线试验

每个周期:洒水18min,氙灯干燥102min,温度(65±3)℃,相对湿度65%,波长300~400nm条件下的最小功率:(60±2)W/m2。持续720h后进行室温下弯曲试验。试棒直径为电缆外径的4~5倍,试验后护套表面不应有目力可见裂纹。

9 动态穿透试验

室温条件下,切割速度1N/s,切割试验数:4次,每次继续试验样品须向前挪动25mm,并顺时针旋转90°后进行。记录弹簧钢针与铜线接触瞬间的穿透力F,所得均值≥150·Dn1/2 N(4mm2截面Dn=2.5mm)

10 耐凹痕

取3段样品,每段样品上相隔25mm,并旋转90°处共制作4个凹痕,凹痕深度0.05mm且与铜导线相互垂直。3段样品分别置于-15℃、室温、+85℃试验箱内3h,然后在各自相应的试验箱内卷绕于芯轴上,芯轴直径为(3±0.3)倍电缆最小外径。每个样品至少一个刻痕位于外侧。进行AC0.3kV浸水电压试验不击穿。

11 护套热收缩试验(GB/T 2951.13-2008中的11)

样品切取长度L1=300mm,在120℃烘箱内放置1h后取出至室温冷却,重复5次这样的冷热循环,最后冷却至室温,要求样品热收缩率≤2%。

12 垂直燃烧试验

成品电缆在(60±2)℃放置4h后,进行GB/T 18380.12-2008规定的垂直燃烧试验。

13 卤素含量试验

PH及导电率

样品置放:16h,温度(21~25)℃,湿度(45~55)%。试样二个,各(1000±5)mg,碎至0.1mg以下的微粒。空气流量(0.0157·D2)l·h-1±10%,燃烧舟与烧炉加热有效区边缘之间距≥300mm,燃烧舟处的温度须≥935℃,离燃烧舟300m处(顺空气流动方向)温度须≥900℃。

试验样品所产生气体通过含有450ml(PH值6.5±1.0;导电率≤0.5μS/mm)蒸馏水的气体洗瓶收集,试验周期:30min。要求:PH≥4.3;导电率≤10μS/mm。

重要元素的含量

Cl及Br含量

样品置放:16h,温度(21~25)℃,湿度(45~55)%。试样二个,各(500~1000)mg,碎至0.1mg。

空气流量(0.0157·D2)l·h-1±10%,样品被均匀加热40min至(800±10)℃,并保持20min。

试验样品所产生气体通过含有220ml/个 0.1M氢氧化钠溶液的气体洗瓶吸取;将两个气体洗瓶的液体注入量瓶,同时应用蒸馏水清洗气体洗瓶及其附件并注入量瓶加至1000ml,冷却至室温后,用吸管将200ml被测溶液滴入量瓶中,加入浓硝酸4ml,20ml 0.1M硝酸银,3ml硝基苯,然后搅拌至白色絮状物沉积;加入40%硫酸铵水溶液及几滴硝酸溶液予以完全混合,用磁性搅拌器搅拌,加入硫氢酸铵滴定溶液。

要求:两个样品测试值的均值:HCL≤0.5%;HBr≤0.5%;

每个样品测试值≤两个样品测试值的均值±10%。

F含量

25~30mg样品材料放入1L氧气容器中,滴2~3滴烷醇,加入5ml 0.5M氢氧化钠溶液。使样块燃尽,将残留物通过轻微的冲洗倒入50ml的量杯中。

将5ml缓冲液混合于样品溶液及冲洗液中,并达到标线。绘制校准曲线,侧得样品溶液的氟浓度,通过计算获得样品中的氟百分比含量。

要求:≤0.1%。

14 绝缘、护套材料机械性能

老化前绝缘抗拉强度≥6.5N/mm2,断裂伸长率≥125%,护套抗拉强度≥8.0N/mm2,断裂伸长率≥125%。

经(150±2)℃、7×24h老化后,绝缘及护套老化前后抗拉强度变化率≤-30%,绝缘及护套老化前后断裂伸长率变化率≤-30%。

15 热延伸试验

20N/cm2负重下,样品经(200±3)℃、15min的热延伸试验后,绝缘及护套伸长率的中间值应不大于100%,试件从烘箱内取出冷却后标记线间距离的增加量的中间值对试件放入烘箱前该距离的百分比应不大于25%。

16 热寿命

根据EN 60216-1、EN60216-2阿列纽斯曲线进行,温度指数为120℃。时间5000h。绝缘及护套断裂伸长率保留率:≥50%。之后进行室温下弯曲试验。试棒直径为电缆外径的2倍,试验后护套表面不应有目力可见裂纹。要求寿命:25年。

 

电缆的选型

在太阳能光伏发电系统中低压直流输送部分使用的电缆,因为使用环境和技术要求不同,对不同部件的连接有不同的要求,总体要考虑的因素有:电缆的绝缘性能、耐热阻燃性能、搞老化性能及线径规格等。具体要求如下:

1、太阳能电池组件与组件之间的连接电缆,一般使用组件接线盒附带的连接电缆直接连接,长度不够时还可以使用专用延长电缆。依据组件功率大小的不同,该类连接电缆有截面积为2.5m㎡、4.0m㎡、6.0m㎡等三种规格。这类连接电缆使用双层绝缘外皮,具有优越的防紫外线、水、臭氧、酸、盐的侵蚀能力,优越的全天候能力和耐磨损能力。

2、蓄电池与逆变器之间的连接电缆,要求使用通过UL测试的多股软线,尽量就近连接。选择短而粗的电缆可使系统减小损耗,提高效率,增强可靠性。

3、电池方阵与控制器或直流接线箱之间的连接电缆,也要求使用通过UL测试的多股软线,截面积规格根据方阵输出最大电流而定。

直流电缆在指定位置的截面积应按下列原则确定:一般情况下,太阳能电池组件与组件之间、电池与电池之间的连接电缆的额定电流,交流负载之间为每根电缆最大连续工作电流的1.25倍;太阳能电池阵列与阵列之间、电池(组)与逆变器之间连接电缆的额定电流一般选用每根电缆最大连续工作电流的1.5倍。

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