光伏發(fā)電系統(tǒng)中電纜的選擇原則

太陽能技術(shù)將成為未來的綠色能源技術(shù)之一，太陽能或光伏（PV）應(yīng)用日漸廣泛，光伏發(fā)電廠發(fā)展迅速。建造經(jīng)濟(jì)高效的盈利性的光伏發(fā)電廠，代表了所有太陽能制造商最重要的目標(biāo)和核心競爭力。事實(shí)上，盈利能力不僅僅取決于太陽能組件自身的效率或高性能，同時(shí)也與配套的系統(tǒng)部件密切相關(guān)，高質(zhì)量的配套部件可以保證太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、長期的運(yùn)行。 　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電纜的用量及費(fèi)用是配套電氣設(shè)備的基礎(chǔ)，其用量之大超過一般發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)也是影響整個(gè)系統(tǒng)效率的較大因素之一。 　　光伏發(fā)電工程中電纜工程建設(shè)費(fèi)用一般比較大，電纜的合理選型和敷設(shè)方式選擇直接影響著建設(shè)費(fèi)用，所以合理規(guī)劃、正確選擇電纜的型號(hào)和敷設(shè)方式，是電纜設(shè)計(jì)工作的首要環(huán)節(jié)。光伏發(fā)電系統(tǒng)中，正取的電纜選型是降低發(fā)電成本的重要環(huán)節(jié)。 　　1電纜選擇的基本原則 　　光伏發(fā)電的電纜選擇遵循電纜選擇的一般要求，即按照電壓等級、滿足持續(xù)工作允許的電流、短路熱穩(wěn)定性、允許電壓降、經(jīng)濟(jì)電流密度及敷設(shè)環(huán)境條件因素等進(jìn)行選型。 同時(shí)光伏發(fā)電又具有自身的特點(diǎn)，太陽能系統(tǒng)常常會(huì)在惡劣環(huán)境條件下使用，如高溫、嚴(yán)寒和紫外線輻射。 　　所以光伏系統(tǒng)中電纜的選擇需考慮如下因素： 　?。?）電纜的絕緣性能； 　?。?）電纜的耐熱阻燃性能； 　?。?）電纜的防潮，防光(抗輻射）; 　　（4）電纜的敷設(shè)方式； 　　（5）電纜導(dǎo)體的材料（銅芯，鋁合金芯）； 　　（6）電纜截面的規(guī)格。 　　2電纜的選型 　　2.1 光伏發(fā)電電纜類型 　　光伏發(fā)電系統(tǒng)電纜，按照光伏發(fā)電的系統(tǒng)可分為直流電纜及交流電纜，其中組件間串聯(lián)電纜，及組串間并聯(lián)的直流電纜占據(jù)了一半以上的電纜量，經(jīng)逆變器后的使用的為交流電纜。 根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同，光伏發(fā)電系統(tǒng)的電纜可分為： 　　1.直流電纜 　?。?）組件與組件之間的串聯(lián)電纜，這部分應(yīng)該使用有光伏認(rèn)證的專用電纜。 　　(2）組串之間及其組串至直流配電箱（匯流箱）之間的并聯(lián)電纜，可選擇使用稀土鋁合金導(dǎo)體電纜。 　?。?）直流配電箱至逆變器之間電纜，這部分也可以選擇用稀土鋁合金導(dǎo)體電纜。 　　上述電纜均為直流電纜，戶外敷設(shè)較多，需防潮、防暴曬、耐寒、耐熱、抗紫外線，某些特殊的環(huán)境下還需防酸堿等化學(xué)物質(zhì)。其中組件與組件之間的連接電纜通常與組件成套供應(yīng)。 　　2.交流電纜 　?。?）逆變器至升壓變壓器的連接電纜。 　?。?）升壓變壓器至配電裝置的連接電纜。 　　（3）配電裝置至電網(wǎng)或用戶的連接電纜。 　　這里重點(diǎn)闡述光伏并網(wǎng)發(fā)電中直流電纜的選型及敷設(shè)，其原則同樣適應(yīng)于一些其他類型的光伏發(fā)電項(xiàng)目。 　　2.2光伏專用電纜 　　光伏發(fā)電系統(tǒng)中大量的直流電纜需戶外敷設(shè)，環(huán)境條件惡劣，其電纜材料應(yīng)根據(jù)抗紫外線、臭氧、劇烈溫度變化和化學(xué)侵蝕情況而定。普通材質(zhì)電纜在該種環(huán)境下長期使用，將導(dǎo)致電纜護(hù)套易碎，甚至?xí)纸怆娎|絕緣層。這些情況會(huì)直接損壞電纜系統(tǒng)，同時(shí)也會(huì)增大電纜短路的風(fēng)險(xiǎn)，從中長期看，發(fā)生火災(zāi)或人員傷害的可能性也更高，大大影響系統(tǒng)的使用壽命。 　　基于上述原因，在太陽能系統(tǒng)中使用光伏專用電纜和部件是非常有必要的。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，光伏配套部件市場逐步形成，就電纜而言，已開發(fā)出了多種規(guī)格的光伏專業(yè)電纜產(chǎn)品。 　　如近期研制開發(fā)的電子束交叉鏈接電纜，額定溫度為120℃，可抵御惡劣氣候環(huán)境和經(jīng)受機(jī)械沖擊，是太陽能電纜選擇的一種。如RADOX電纜是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC216研制的一種太陽能專用電纜，在戶外環(huán)境下，使用壽命是橡膠電纜的8倍，是PVC電纜的32倍。太陽能光伏專用電纜和部件不僅具有最佳的耐風(fēng)雨性、耐紫外線和臭氧侵蝕性，而且能承受更大范圍的溫度變化（列如：從-40℃-125℃）。在歐洲，技術(shù)人員通過測試，屋頂上可測得出的溫度值高達(dá)100-110℃。 　　光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝和運(yùn)行維護(hù)期間，電纜可能在地面以下土壤內(nèi)、也可能在雜草叢生亂石中、也有可能屋頂結(jié)構(gòu)的銳邊上布線、也有可能裸露在空氣中，電纜須承受壓力、彎折、張力、交叉拉伸載荷及強(qiáng)力沖擊。如果電纜護(hù)套強(qiáng)度不夠，則電纜絕緣層將會(huì)受到損壞，從而影響整個(gè)電纜的使用壽命，或者導(dǎo)致短路、火災(zāi)和人員傷害危險(xiǎn)等問題的出現(xiàn)。 　　2.3 光伏發(fā)電電纜導(dǎo)體材料的選擇 　　光伏發(fā)電使用的直流電纜多數(shù)情況下為戶外長期工作，受施工條件的限制，電纜連接有兩種，一種是采用接插件；另一種是采用螺栓緊固。電纜導(dǎo)體材料可分為銅芯和稀土鋁合金芯。傳統(tǒng)上多使用銅芯電纜，而隨著這幾年稀土鋁合金電纜的推廣使用，我們發(fā)現(xiàn)稀土鋁合金電纜具有的抗氧化能力比銅電纜要好，抗蠕變性能強(qiáng)，壽命長，穩(wěn)定性能更好，壓降小和電量損耗小的特點(diǎn)；在施工上由于稀土鋁合金電纜柔性好，允許的彎度半徑小，重量輕，所以拐彎方便，穿管容易；而且稀土鋁合金電纜抗疲勞、反復(fù)折彎不易斷裂，無記憶效應(yīng)所以接線方便；同時(shí)稀土鋁合金電纜的機(jī)械強(qiáng)度高，能承受較大的機(jī)械拉力，給施工敷設(shè)帶來很大便利，也為機(jī)械化施工創(chuàng)造了條件。 　　反之銅芯電纜，由于銅材的化學(xué)特性，安裝接頭時(shí)間久了會(huì)出現(xiàn)氧化現(xiàn)象（化學(xué)反應(yīng)），易導(dǎo)致故障的發(fā)生。另外根據(jù)IEC287進(jìn)行計(jì)算，在同樣的載流量，鋁的截面雖然要大二檔，但在生產(chǎn)過程中，通過特殊的緊壓技術(shù)。使電纜的外徑只比銅芯電纜大15%，在銅芯電纜設(shè)計(jì)的敷設(shè)管道內(nèi)敷設(shè)完全沒有問題。 　　另稀土鋁合金電纜的連鎖鎧裝護(hù)套，又可以直接埋地敷設(shè)。這在電纜供電領(lǐng)域具有突出的優(yōu)勢。具有可減低事故率、提高供電可靠性、施工運(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn)。 　　國內(nèi)目前已有多個(gè)光伏電站建設(shè)項(xiàng)目使用稀土鋁合金電纜。如：西藏10MW光伏電站發(fā)電項(xiàng)目、龍?jiān)疵鞴怙L(fēng)電項(xiàng)目、徐州6兆瓦光伏發(fā)電項(xiàng)目、羊八井10MW光伏發(fā)電項(xiàng)目、江蘇三旗線纜廠房屋頂1兆瓦光伏電站項(xiàng)目等。 　　2.4電纜絕緣護(hù)套材料  　　直流回路在運(yùn)行中常常受到多種不利因素的影響而造成接地，使得系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。如擠壓、電纜制造不良、絕緣材料不合格、絕緣性能低、直流系統(tǒng)絕緣老化、或存在某些損失缺陷均可引起接地或成為一種接地隱患。 　　另外戶外環(huán)境小動(dòng)物侵入或撕咬也會(huì)造成直流接地故障。 　　因此在有條件的前提下可選用鎧裝、帶防鼠劑功能護(hù)套的電纜。 　　2.5電纜截面的選擇 　　電纜截面的選擇應(yīng)滿足允許溫升、電壓損失、機(jī)械強(qiáng)度等要求直流系統(tǒng)電纜按電纜長期允許載流量選擇，并按電纜允許壓降校驗(yàn)。 　　2.6電壓損失 　　通常情況下，線損=電流*電路總線長*電纜電壓因子。根據(jù)要求，光伏陣列到光伏發(fā)電控制器的輸電線路壓降不允許超過5%，輸出支路壓降不超過2%。各部分連接電纜大小規(guī)格設(shè)計(jì)，還需遵循以下原則： 　　(1)交流負(fù)載的連接：選取電纜的額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)電流的1.25倍； 　　(2)逆變器的連接：選取電纜的額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)電流的1.25倍； 　　(3)方陣內(nèi)部和方陣之間的連接：選取電纜的額定電流為計(jì)算所得電纜中最大連續(xù)電流的1.56倍； 　　(4)考慮溫度對電纜性能的影響； 　　(5)考慮電壓降不要超過2%。 　　3電纜敷設(shè) 　　3.1電纜敷設(shè)分類  　　電纜敷設(shè)方式應(yīng)視工程條件、環(huán)境特點(diǎn)和電纜類型、數(shù)量等因素，且按滿足運(yùn)行可靠、便于維護(hù)的要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的原則來選擇。光伏發(fā)電項(xiàng)目直流電纜的敷設(shè)主要有直埋敷設(shè)、穿管敷設(shè)、槽架內(nèi)敷設(shè)、電纜溝敷設(shè)、隧道敷設(shè)等，交流電纜的敷設(shè)與一般電力系統(tǒng)相仿。 　　光伏組件之間、組串至直流匯流箱之間、匯流箱至逆變器之間的直流電纜，其截面規(guī)格小、數(shù)量多，多為沿組件支架綁扎敷設(shè)或穿管直埋敷設(shè)進(jìn)行光伏陣列的導(dǎo)線布設(shè)時(shí)，在敷設(shè)時(shí)一般要考慮： 　?。?）組件之間連接電纜及組串與匯流箱之間連接電纜，盡可能利用組件支架作為電纜敷設(shè)的通道支撐與固定，從一定意義上可起到降低環(huán)境因素的影響； 　　（2）電纜敷設(shè)的松緊要適當(dāng)，光伏場所一般晝夜溫差較大，應(yīng)避免熱脹冷縮造成線纜斷裂； 　?。?）在建筑物表面的光伏材料電纜引線，要考慮建筑整體美觀，敷設(shè)位置應(yīng)避開在墻和支架的銳角邊緣布設(shè)電纜，以免切、磨損傷絕緣層引起短路，或切斷導(dǎo)線引起斷路。同時(shí)要考慮雷電沿電纜傳輸?shù)膯栴}。 　　3.2電纜的連接  　　光伏發(fā)電系統(tǒng)中的直流線纜多為室外敷設(shè)，組件與組件之間的連接方式以接頭插接為主。其他的電纜連接與一般電力系統(tǒng)電力連接方式相仿。