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許多國家仍處于學(xué)習(xí)階段。毫無疑問,為了獲取最佳利潤,業(yè)內(nèi)企業(yè),都需要向那些已在太陽能應(yīng)用方面具有多年經(jīng)驗(yàn)的國家和公司學(xué)習(xí)。

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,也離不開一系列表面看來與組件無直接關(guān)系的部件。但所有這些部件(如電纜、連接器、接線盒)應(yīng)依據(jù)招標(biāo)人的長期投資目標(biāo)進(jìn)行選擇。所選部件的高質(zhì)量可以避免因高昂的維修和維護(hù)費(fèi)用而導(dǎo)致太陽能系統(tǒng)無法盈利。

例如,人們通常不會將連接光伏組件和逆變器的布線系統(tǒng)視為關(guān)鍵部件,但是,如果未能采用太陽能應(yīng)用的專用電纜,將會影響到整個系統(tǒng)的使用壽命。

實(shí)際上,太陽能系統(tǒng)常常會在惡劣環(huán)境條件下使用,如高溫和紫外線輻射。在歐洲,晴天時將導(dǎo)致太陽能系統(tǒng)的現(xiàn)場溫度高達(dá)100°C。至此,我們可采用的各種材料有PVC、橡膠、TPE和高質(zhì)量交叉鏈接材料,但遺憾的是,額定溫度為90°C的橡膠電纜,還有即便是額定溫度為70°C的PVC電纜也常常在戶外使用,顯然,這將大大影響系統(tǒng)的使用壽命。

HUBER+SUHNER太陽能電纜的生產(chǎn)已有20多年的歷史。歐洲采用此類電纜的太陽能設(shè)備也已使用了20余年,而且至今仍然處于很好的工作狀態(tài)。

環(huán)境應(yīng)力

就光伏應(yīng)用而言,戶外使用的材料應(yīng)根據(jù)紫外線、臭氧、劇烈溫度變化和化學(xué)侵蝕情況而定。在該種環(huán)境應(yīng)力下使用低檔材料,將導(dǎo)致電纜護(hù)套易碎,甚至?xí)�分解電纜絕緣層。所有這些情況都會直接增加電纜系統(tǒng)損失,同時發(fā)生電纜短路的風(fēng)險也會增大,從中長期看,發(fā)生火災(zāi)或人員傷害的可能性也更高。

HUBER+SUHNER RADOX®太陽能電纜是一種電子束交叉鏈接電纜,額定溫度為120°C,在所屬設(shè)備中可抵御惡劣氣候環(huán)境和經(jīng)受機(jī)械沖擊。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC216,RADOX®太陽能電纜,在戶外環(huán)境下,其使用壽命是橡膠電纜的8倍,是PVC電纜的32倍。這些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的溫度變化(例如:從–40°C至125°C)。

為應(yīng)對高溫導(dǎo)致的潛在危險,制造商傾向于使用雙層絕緣橡膠護(hù)套電纜(例如:H07 RNF)。但此類電纜的標(biāo)準(zhǔn)版本僅允許用于最高工作溫度為60°C的環(huán)境下。而在歐洲,屋頂上即可測得出的溫度值卻高達(dá)100°C。

RADOX®太陽能電纜的額定溫度為120°C(可使用20000小時)。這一額定值相當(dāng)于在90°C的持續(xù)溫度條件下可使用18年;而當(dāng)溫度低于90°C時,其使用壽命更長。通常,要求太陽能設(shè)備的使用壽命應(yīng)達(dá)到20至30年以上。

基于上述種種原因,在太陽能系統(tǒng)中使用專用太陽能電纜和部件是非常有必要的。

抗機(jī)械載荷

實(shí)際上,在安裝和維護(hù)期間,電纜可在屋頂結(jié)構(gòu)的銳邊上布線,同時電纜須承受壓力、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,則電纜絕緣層將會受到嚴(yán)重?fù)p壞,從而影響整個電纜的使用壽命,或者導(dǎo)致短路、火災(zāi)和人員傷害危險等問題的出現(xiàn)。

經(jīng)輻射交叉鏈接的材料,具備較高的機(jī)械強(qiáng)度。交叉鏈接工藝改變了聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu),可熔性熱塑材料轉(zhuǎn)換為非可熔性彈性體材料,交叉鏈接輻射顯著改善了電纜絕緣材料的熱學(xué)特性、機(jī)械特性和化學(xué)特性。

作為全球最大的太陽能市場,德國已遇到所有與電纜選擇相關(guān)的問題。如今在德國,50%以上的設(shè)備都采用專用于太陽能應(yīng)用的HUBER+SUHNER RADOX®電纜。

RADOX®:外觀質(zhì)量

RADOX電纜:

●完美的纜芯同心度

●護(hù)套厚度均勻

●直徑較小.纜芯分布不同心

●電纜直徑較大(比RADOX電纜直徑大40%)

●護(hù)套厚度不均(造成電纜表面缺陷)

光伏電纜的特性是由其電纜專用絕緣料和護(hù)套料決定的,我們稱之為交聯(lián)PE,經(jīng)過輻照加速器輻照以后,電纜料的分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變,從而提供其個方面的性能�？箼C(jī)械載荷實(shí)際上,在安裝和維護(hù)期間,電纜可在屋頂結(jié)構(gòu)的銳邊上布線,同時電纜須承受壓力、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,則電纜絕緣層將會受到嚴(yán)重?fù)p壞,從而影響整個電纜的使用壽命,或者導(dǎo)致短路、火災(zāi)和人員傷害危險等問題的出現(xiàn)。

電性能

1、直流電阻

成品電纜20℃時導(dǎo)電線芯直流電阻不大于5.09Ω/km。

2、浸水電壓試驗(yàn)

成品電纜(20m)在(20±5)℃水中浸入時間1h后經(jīng)5min電壓試驗(yàn)(交流6.5kV或直流15kV)不擊穿。

3、長期耐直流電壓

樣品長5m,放入(85±2)℃的含3%氯化鈉(NaCl)的蒸餾水中(240±2)h,兩端露出水面30cm。線芯與水間加直流0.9kV電壓(導(dǎo)電線芯接正極,水接負(fù)極)。取出試樣后進(jìn)行浸水電壓試驗(yàn),試驗(yàn)電壓為交流1kV,要求不擊穿。

4、絕緣電阻

成品電纜20℃時絕緣電阻不小于1014Ω·cm,

成品電纜90℃時絕緣電阻不小于1011Ω·cm。

5、護(hù)套表面電阻

成品電纜護(hù)套表面電阻應(yīng)不小于109Ω。

性能試驗(yàn)

1. 高溫壓力試驗(yàn)(GB/T 2951.31-2008)

溫度(140±3)℃,時間240min, k=0.6,壓痕深度不超過絕緣與護(hù)套總厚度的50%。并進(jìn)行AC6.5kV、5min電壓試驗(yàn),要求不擊穿。

2、濕熱試驗(yàn)

樣品在溫度90℃、相對濕度85%的環(huán)境下放置1000h,冷卻至室溫后與試驗(yàn)前相比,抗拉強(qiáng)度變化率≤-30%,斷裂伸長率的變化率≤-30%。

3、耐酸堿溶液試驗(yàn)(GB/T 2951.21-2008)

兩組樣品分別浸于濃度為45g/L的草酸溶液和濃度為40g/L的氫氧化鈉溶液中,溫度為23℃,時間168h,與浸溶液前相比,抗拉強(qiáng)度變化率≤±30%,斷裂伸長率≥100%。

4、相容性試驗(yàn)

電纜整體經(jīng)7×24h,(135±2)℃老化后,絕緣老化前后抗拉強(qiáng)度變化率≤±30%,斷裂伸長率變化率≤±30%;護(hù)套老化前后抗拉強(qiáng)度變化率≤-30%,斷裂伸長率變化率≤±30%。

5、低溫沖擊試驗(yàn)(GB/T 2951.14-2008中的8.5)

冷卻溫度-40℃,時間16h,落錘質(zhì)量1000g,撞擊塊質(zhì)量200g,下落高度100mm,表面不應(yīng)有目力可見裂紋。

6、低溫彎曲試驗(yàn)(GB/T 2951.14-2008中的8.2)

冷卻溫度(-40±2)℃,時間16h,試棒直徑為電纜外徑的4~5倍,繞3~4圈,試驗(yàn)后護(hù)套表面不應(yīng)有目力可見裂紋。

7、耐臭氧試驗(yàn)

試樣長度20cm,干燥器皿內(nèi)放置16h。彎曲試驗(yàn)所用試棒直徑為電纜外徑的(2±0.1)倍,試驗(yàn)箱:溫度(40±2)℃,相對濕度(55±5)%,臭氧濃度(200±50)×10-6%,空氣流量:0.2~0.5倍試驗(yàn)箱容積/min。樣品放置試驗(yàn)箱72h,試驗(yàn)后護(hù)套表面不應(yīng)有目力可見裂紋。

8、耐氣候性/紫外線試驗(yàn)

每個周期:灑水18min,氙燈干燥102min,溫度(65±3)℃,相對濕度65%,波長300~400nm條件下的最小功率:(60±2)W/m2。持續(xù)720h后進(jìn)行室溫下彎曲試驗(yàn)。試棒直徑為電纜外徑的4~5倍,試驗(yàn)后護(hù)套表面不應(yīng)有目力可見裂紋。

9、動態(tài)穿透試驗(yàn)

室溫條件下,切割速度1N/s,切割試驗(yàn)數(shù):4次,每次繼續(xù)試驗(yàn)樣品須向前挪動25mm,并順時針旋轉(zhuǎn)90°后進(jìn)行。記錄彈簧鋼針與銅線接觸瞬間的穿透力F,所得均值≥150·Dn1/2 N(4mm2截面Dn=2.5mm)

10、耐凹痕

取3段樣品,每段樣品上相隔25mm,并旋轉(zhuǎn)90°處共制作4個凹痕,凹痕深度0.05mm且與銅導(dǎo)線相互垂直。3段樣品分別置于-15℃、室溫、+85℃試驗(yàn)箱內(nèi)3h,然后在各自相應(yīng)的試驗(yàn)箱內(nèi)卷繞于芯軸上,芯軸直徑為(3±0.3)倍電纜最小外徑。每個樣品至少一個刻痕位于外側(cè)。進(jìn)行AC0.3kV浸水電壓試驗(yàn)不擊穿。

11、護(hù)套熱收縮試驗(yàn)(GB/T 2951.13-2008中的11)

樣品切取長度L1=300mm,在120℃烘箱內(nèi)放置1h后取出至室溫冷卻,重復(fù)5次這樣的冷熱循環(huán),最后冷卻至室溫,要求樣品熱收縮率≤2%。

12、垂直燃燒試驗(yàn)

成品電纜在(60±2)℃放置4h后,進(jìn)行GB/T 18380.12-2008規(guī)定的垂直燃燒試驗(yàn)。

13、鹵素含量試驗(yàn)

PH及導(dǎo)電率

樣品置放:16h,溫度(21~25)℃,濕度(45~55)%。試樣二個,各(1000±5)mg,碎至0.1mg以下的微粒�？諝饬髁�(0.0157·D2)l·h-1±10%,燃燒舟與燒爐加熱有效區(qū)邊緣之間距≥300mm,燃燒舟處的溫度須≥935℃,離燃燒舟300m處(順空氣流動方向)溫度須≥900℃。

試驗(yàn)樣品所產(chǎn)生氣體通過含有450ml(PH值6.5±1.0;導(dǎo)電率≤0.5μS/mm)蒸餾水的氣體洗瓶收集,試驗(yàn)周期:30min。要求:PH≥4.3;導(dǎo)電率≤10μS/mm。

重要元素的含量

Cl及Br含量

樣品置放:16h,溫度(21~25)℃,濕度(45~55)%。試樣二個,各(500~1000)mg,碎至0.1mg。

空氣流量(0.0157·D2)l·h-1±10%,樣品被均勻加熱40min至(800±10)℃,并保持20min。

試驗(yàn)樣品所產(chǎn)生氣體通過含有220ml/個 0.1M氫氧化鈉溶液的氣體洗瓶吸取;將兩個氣體洗瓶的液體注入量瓶,同時應(yīng)用蒸餾水清洗氣體洗瓶及其附件并注入量瓶加至1000ml,冷卻至室溫后,用吸管將200ml被測溶液滴入量瓶中,加入濃硝酸4ml,20ml 0.1M硝酸銀,3ml硝基苯,然后攪拌至白色絮狀物沉積;加入40%硫酸銨水溶液及幾滴硝酸溶液予以完全混合,用磁性攪拌器攪拌,加入硫氫酸銨滴定溶液。

要求:兩個樣品測試值的均值:HCL≤0.5%;HBr≤0.5%;

每個樣品測試值≤兩個樣品測試值的均值±10%。

F含量

25~30mg樣品材料放入1L氧氣容器中,滴2~3滴烷醇,加入5ml 0.5M氫氧化鈉溶液。使樣塊燃盡,將殘留物通過輕微的沖洗倒入50ml的量杯中。

將5ml緩沖液混合于樣品溶液及沖洗液中,并達(dá)到標(biāo)線。繪制校準(zhǔn)曲線,側(cè)得樣品溶液的氟濃度,通過計算獲得樣品中的氟百分比含量。

要求:≤0.1%。

14、絕緣、護(hù)套材料機(jī)械性能

老化前絕緣抗拉強(qiáng)度≥6.5N/mm2,斷裂伸長率≥125%,護(hù)套抗拉強(qiáng)度≥8.0N/mm2,斷裂伸長率≥125%。

經(jīng)(150±2)℃、7×24h老化后,絕緣及護(hù)套老化前后抗拉強(qiáng)度變化率≤-30%,絕緣及護(hù)套老化前后斷裂伸長率變化率≤-30%。

15、熱延伸試驗(yàn)

20N/cm2負(fù)重下,樣品經(jīng)(200±3)℃、15min的熱延伸試驗(yàn)后,絕緣及護(hù)套伸長率的中間值應(yīng)不大于100%,試件從烘箱內(nèi)取出冷卻后標(biāo)記線間距離的增加量的中間值對試件放入烘箱前該距離的百分比應(yīng)不大于25%。

16、熱壽命

根據(jù)EN 60216-1、EN60216-2阿列紐斯曲線進(jìn)行,溫度指數(shù)為120℃。時間5000h。絕緣及護(hù)套斷裂伸長率保留率:≥50%。之后進(jìn)行室溫下彎曲試驗(yàn)。試棒直徑為電纜外徑的2倍,試驗(yàn)后護(hù)套表面不應(yīng)有目力可見裂紋。要求壽命:25年。

電纜的選型

在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中低壓直流輸送部分使用的電纜,因?yàn)槭褂铆h(huán)境和技術(shù)要求不同,對不同部件的連接有不同的要求,總體要考慮的因素有:電纜的絕緣性能、耐熱阻燃性能、搞老化性能及線徑規(guī)格等。具體要求如下:

1、太陽能電池組件與組件之間的連接電纜,一般使用組件接線盒附帶的連接電纜直接連接,長度不夠時還可以使用專用延長電纜。依據(jù)組件功率大小的不同,該類連接電纜有截面積為2.5m㎡、4.0m㎡、6.0m㎡等三種規(guī)格。這類連接電纜使用雙層絕緣外皮,具有優(yōu)越的防紫外線、水、臭氧、酸、鹽的侵蝕能力,優(yōu)越的全天候能力和耐磨損能力。

2、蓄電池與逆變器之間的連接電纜,要求使用通過UL測試的多股軟線,盡量就近連接。選擇短而粗的電纜可使系統(tǒng)減小損耗,提高效率,增強(qiáng)可靠性。

3、電池方陣與控制器或直流接線箱之間的連接電纜,也要求使用通過UL測試的多股軟線,截面積規(guī)格根據(jù)方陣輸出最大電流而定。

名部位直流電纜截面積依據(jù)下列原則確定: 太陽能電池組件與組件之間的連接電纜、蓄電池與蓄電池之間的連接電纜、交流負(fù)載的連接電纜,一般選取的電纜額定電流為各電纜中最大連續(xù)工作電流的1.25倍;太陽能電池方陣與方陣之間的連接電纜、蓄電池(組)與逆變器之間的連接電纜,一般選取的電纜額定電流為各電纜中最大連續(xù)工作電流的1.5倍。

光伏電纜配套其他光伏組件出口歐洲,其電纜則必須符合德國TUV萊茵頒發(fā)的TUV MARK證書。在2012年底,TUV萊茵德國推出了與光伏組件配套的一系列新標(biāo)準(zhǔn),直流1.5KV的單芯線及光伏交流多芯線。