光伏发电系统中电缆的选择原则

太阳能技术将成为未来的绿色能源技术之一，太阳能或光伏（PV）应用日渐广泛，光伏发电厂发展迅速。建造经济高效的盈利性的光伏发电厂，代表了所有太阳能制造商最重要的目标和核心竞争力。事实上，盈利能力不仅仅取决于太阳能组件自身的效率或高性能，同时也与配套的系统部件密切相关，高质量的配套部件可以保证太阳能光伏发电系统高效、稳定、长期的运行。 　　太阳能光伏发电系统中，电缆的用量及费用是配套电气设备的基础，其用量之大超过一般发电系统，同时也是影响整个系统效率的较大因素之一。 　　光伏发电工程中电缆工程建设费用一般比较大，电缆的合理选型和敷设方式选择直接影响着建设费用，所以合理规划、正确选择电缆的型号和敷设方式，是电缆设计工作的首要环节。光伏发电系统中，正取的电缆选型是降低发电成本的重要环节。 　　1电缆选择的基本原则 　　光伏发电的电缆选择遵循电缆选择的一般要求，即按照电压等级、满足持续工作允许的电流、短路热稳定性、允许电压降、经济电流密度及敷设环境条件因素等进行选型。 同时光伏发电又具有自身的特点，太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用，如高温、严寒和紫外线辐射。 　　所以光伏系统中电缆的选择需考虑如下因素： 　　（1）电缆的绝缘性能； 　　（2）电缆的耐热阻燃性能； 　　（3）电缆的防潮，防光(抗辐射）; 　　（4）电缆的敷设方式； 　　（5）电缆导体的材料（铜芯，铝合金芯）； 　　（6）电缆截面的规格。 　　2电缆的选型 　　2.1 光伏发电电缆类型 　　光伏发电系统电缆，按照光伏发电的系统可分为直流电缆及交流电缆，其中组件间串联电缆，及组串间并联的直流电缆占据了一半以上的电缆量，经逆变器后的使用的为交流电缆。 根据应用环境不同，光伏发电系统的电缆可分为： 　　1.直流电缆 　　（1）组件与组件之间的串联电缆，这部分应该使用有光伏认证的专用电缆。 　　(2）组串之间及其组串至直流配电箱（汇流箱）之间的并联电缆，可选择使用稀土铝合金导体电缆。 　　（3）直流配电箱至逆变器之间电缆，这部分也可以选择用稀土铝合金导体电缆。 　　上述电缆均为直流电缆，户外敷设较多，需防潮、防暴晒、耐寒、耐热、抗紫外线，某些特殊的环境下还需防酸碱等化学物质。其中组件与组件之间的连接电缆通常与组件成套供应。 　　2.交流电缆 　　（1）逆变器至升压变压器的连接电缆。 　　（2）升压变压器至配电装置的连接电缆。 　　（3）配电装置至电网或用户的连接电缆。 　　这里重点阐述光伏并网发电中直流电缆的选型及敷设，其原则同样适应于一些其他类型的光伏发电项目。 　　2.2光伏专用电缆 　　光伏发电系统中大量的直流电缆需户外敷设，环境条件恶劣，其电缆材料应根据抗紫外线、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀情况而定。普通材质电缆在该种环境下长期使用，将导致电缆护套易碎，甚至会分解电缆绝缘层。这些情况会直接损坏电缆系统，同时也会增大电缆短路的风险，从中长期看，发生火灾或人员伤害的可能性也更高，大大影响系统的使用寿命。 　　基于上述原因，在太阳能系统中使用光伏专用电缆和部件是非常有必要的。随着光伏产业的不断发展，光伏配套部件市场逐步形成，就电缆而言，已开发出了多种规格的光伏专业电缆产品。 　　如近期研制开发的电子束交叉链接电缆，额定温度为120℃，可抵御恶劣气候环境和经受机械冲击，是太阳能电缆选择的一种。如RADOX电缆是根据国际标准IEC216研制的一种太阳能专用电缆，在户外环境下，使用寿命是橡胶电缆的8倍，是PVC电缆的32倍。太阳能光伏专用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温度变化（列如：从-40℃-125℃）。在欧洲，技术人员通过测试，屋顶上可测得出的温度值高达100-110℃。 　　光伏发电系统安装和运行维护期间，电缆可能在地面以下土壤内、也可能在杂草丛生乱石中、也有可能屋顶结构的锐边上布线、也有可能裸露在空气中，电缆须承受压力、弯折、张力、交叉拉伸载荷及强力冲击。如果电缆护套强度不够，则电缆绝缘层将会受到损坏，从而影响整个电缆的使用寿命，或者导致短路、火灾和人员伤害危险等问题的出现。 　　2.3 光伏发电电缆导体材料的选择 　　光伏发电使用的直流电缆多数情况下为户外长期工作，受施工条件的限制，电缆连接有两种，一种是采用接插件；另一种是采用螺栓紧固。电缆导体材料可分为铜芯和稀土铝合金芯。传统上多使用铜芯电缆，而随着这几年稀土铝合金电缆的推广使用，我们发现稀土铝合金电缆具有的抗氧化能力比铜电缆要好，抗蠕变性能强，寿命长，稳定性能更好，压降小和电量损耗小的特点；在施工上由于稀土铝合金电缆柔性好，允许的弯度半径小，重量轻，所以拐弯方便，穿管容易；而且稀土铝合金电缆抗疲劳、反复折弯不易断裂，无记忆效应所以接线方便；同时稀土铝合金电缆的机械强度高，能承受较大的机械拉力，给施工敷设带来很大便利，也为机械化施工创造了条件。 　　反之铜芯电缆，由于铜材的化学特性，安装接头时间久了会出现氧化现象（化学反应），易导致故障的发生。另外根据IEC287进行计算，在同样的载流量，铝的截面虽然要大二档，但在生产过程中，通过特殊的紧压技术。使电缆的外径只比铜芯电缆大15%，在铜芯电缆设计的敷设管道内敷设完全没有问题。 　　另稀土铝合金电缆的连锁铠装护套，又可以直接埋地敷设。这在电缆供电领域具有突出的优势。具有可减低事故率、提高供电可靠性、施工运行维护方便等特点。 　　国内目前已有多个光伏电站建设项目使用稀土铝合金电缆。如：西藏10MW光伏电站发电项目、龙源明光风电项目、徐州6兆瓦光伏发电项目、羊八井10MW光伏发电项目、江苏三旗线缆厂房屋顶1兆瓦光伏电站项目等。 　　2.4电缆绝缘护套材料  　　直流回路在运行中常常受到多种不利因素的影响而造成接地，使得系统不能正常运行。如挤压、电缆制造不良、绝缘材料不合格、绝缘性能低、直流系统绝缘老化、或存在某些损失缺陷均可引起接地或成为一种接地隐患。 　　另外户外环境小动物侵入或撕咬也会造成直流接地故障。 　　因此在有条件的前提下可选用铠装、带防鼠剂功能护套的电缆。 　　2.5电缆截面的选择 　　电缆截面的选择应满足允许温升、电压损失、机械强度等要求直流系统电缆按电缆长期允许载流量选择，并按电缆允许压降校验。 　　2.6电压损失 　　通常情况下，线损=电流*电路总线长*电缆电压因子。根据要求，光伏阵列到光伏发电控制器的输电线路压降不允许超过5%，输出支路压降不超过2%。各部分连接电缆大小规格设计，还需遵循以下原则： 　　(1)交流负载的连接：选取电缆的额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍； 　　(2)逆变器的连接：选取电缆的额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.25倍； 　　(3)方阵内部和方阵之间的连接：选取电缆的额定电流为计算所得电缆中最大连续电流的1.56倍； 　　(4)考虑温度对电缆性能的影响； 　　(5)考虑电压降不要超过2%。 　　3电缆敷设 　　3.1电缆敷设分类  　　电缆敷设方式应视工程条件、环境特点和电缆类型、数量等因素，且按满足运行可靠、便于维护的要求和技术经济合理的原则来选择。光伏发电项目直流电缆的敷设主要有直埋敷设、穿管敷设、槽架内敷设、电缆沟敷设、隧道敷设等，交流电缆的敷设与一般电力系统相仿。 　　光伏组件之间、组串至直流汇流箱之间、汇流箱至逆变器之间的直流电缆，其截面规格小、数量多，多为沿组件支架绑扎敷设或穿管直埋敷设进行光伏阵列的导线布设时，在敷设时一般要考虑： 　　（1）组件之间连接电缆及组串与汇流箱之间连接电缆，尽可能利用组件支架作为电缆敷设的通道支撑与固定，从一定意义上可起到降低环境因素的影响； 　　（2）电缆敷设的松紧要适当，光伏场所一般昼夜温差较大，应避免热胀冷缩造成线缆断裂； 　　（3）在建筑物表面的光伏材料电缆引线，要考虑建筑整体美观，敷设位置应避开在墙和支架的锐角边缘布设电缆，以免切、磨损伤绝缘层引起短路，或切断导线引起断路。同时要考虑雷电沿电缆传输的问题。 　　3.2电缆的连接  　　光伏发电系统中的直流线缆多为室外敷设，组件与组件之间的连接方式以接头插接为主。其他的电缆连接与一般电力系统电力连接方式相仿。