許多國家仍處于學習階段。毫無疑問,為了獲取最佳利潤,業內企業,都需要向那些已在太陽能應用方面具有多年經驗的國家和公司學習。

建造經濟高效的盈利性的光伏發電廠,代表了所有太陽能制造商最重要的目標和核心競爭力。事實上,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系的部件。但所有這些部件(如電纜、連接器、接線盒)應依據招標人的長期投資目標進行選擇。所選部件的高質量可以避免因高昂的維修和維護費用而導致太陽能系統無法盈利。

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

實際上,太陽能系統常常會在惡劣環境條件下使用,如高溫和紫外線輻射。在歐洲,晴天時將導致太陽能系統的現場溫度高達100°C。至此,我們可采用的各種材料有PVC、橡膠、TPE和高質量交叉鏈接材料,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,這將大大影響系統的使用壽命。

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

環境應力

就光伏應用而言,戶外使用的材料應根據紫外線、臭氧、劇烈溫度變化和化學侵蝕情況而定。在該種環境應力下使用低檔材料,將導致電纜護套易碎,甚至會分解電纜絕緣層。所有這些情況都會直接增加電纜系統損失,同時發生電纜短路的風險也會增大,從中長期看,發生火災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,在所屬設備中可抵御惡劣氣候環境和經受機械沖擊。根據國際標準IEC216,RADOX®太陽能電纜,在戶外環境下,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)。

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

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

基于上述種種原因,在太陽能系統中使用專用太陽能電纜和部件是非常有必要的。

抗機械載荷

實際上,在安裝和維護期間,電纜可在屋頂結構的銳邊上布線,同時電纜須承受壓力、彎折、張力、交叉拉伸載荷及強力沖擊。如果電纜護套強度不夠,則電纜絕緣層將會受到嚴重損壞,從而影響整個電纜的使用壽命,或者導致短路、火災和人員傷害危險等問題的出現。

經輻射交叉鏈接的材料,具備較高的機械強度。交叉鏈接工藝改變了聚合物的化學結構,可熔性熱塑材料轉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特性、機械特性和化學特性。

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的問題。如今在德國,50%以上的設備都采用專用于太陽能應用的HUBER+SUHNER RADOX®電纜。

RADOX®:外觀質量

RADOX電纜:

●完美的纜芯同心度

●護套厚度均勻

●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套料決定的,我們稱之為交聯PE,經過輻照加速器輻照以后,電纜料的分子結構會發生改變,從而提供其個方面的性能。抗機械載荷實際上,在安裝和維護期間,電纜可在屋頂結構的銳邊上布線,同時電纜須承受壓力、彎折、張力、交叉拉伸載荷及強力沖擊。如果電纜護套強度不夠,則電纜絕緣層將會受到嚴重損壞,從而影響整個電纜的使用壽命,或者導致短路、火災和人員傷害危險等問題的出現。

電性能

1、直流電阻

成品電纜20℃時導電線芯直流電阻不大于5.09Ω/km。

2、浸水電壓試驗

成品電纜(20m)在(20±5)℃水中浸入時間1h后經5min電壓試驗(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(導電線芯接正極,水接負極)。取出試樣后進行浸水電壓試驗,試驗電壓為交流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、護套表面電阻

成品電纜護套表面電阻應不小于109Ω。

性能試驗

1. 高溫壓力試驗(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套總厚度的50%。并進行AC6.5kV、5min電壓試驗,要求不擊穿。

2、濕熱試驗

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

3、耐酸堿溶液試驗(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,抗拉強度變化率≤±30%,斷裂伸長率≥100%。

4、相容性試驗

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

5、低溫沖擊試驗(GB/T 2951.14-2008中的8.5)

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

6、低溫彎曲試驗(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,試驗后護套表面不應有目力可見裂紋。

7、耐臭氧試驗

試樣長度20cm,干燥器皿內放置16h。彎曲試驗所用試棒直徑為電纜外徑的(2±0.1)倍,試驗箱: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倍試驗箱容積/min。樣品放置試驗箱72h,試驗后護套表面不應有目力可見裂紋。

8、耐氣候性/紫外線試驗

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720h后進行室溫下彎曲試驗。試棒直徑為電纜外徑的4~5倍,試驗后護套表面不應有目力可見裂紋。

9、動態穿透試驗

室溫條件下,切割速度1N/s,切割試驗數:4次,每次繼續試驗樣品須向前挪動25mm,并順時針旋轉90°后進行。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90°處共制作4個凹痕,凹痕深度0.05mm且與銅導線相互垂直。3段樣品分別置于-15℃、室溫、+85℃試驗箱內3h,然后在各自相應的試驗箱內卷繞于芯軸上,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。進行AC0.3kV浸水電壓試驗不擊穿。

11、護套熱收縮試驗(GB/T 2951.13-2008中的11)

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

12、垂直燃燒試驗

成品電纜在(60±2)℃放置4h后,進行GB/T 18380.12-2008規定的垂直燃燒試驗。

13、鹵素含量試驗

PH及導電率

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。空氣流量(0.0157·D2)l·h-1±10%,燃燒舟與燒爐加熱有效區邊緣之間距≥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℃。

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

試驗樣品所產生氣體通過含有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,并達到標線。繪制校準曲線,側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、護套材料機械性能

老化前絕緣抗拉強度≥6.5N/mm2,斷裂伸長率≥125%,護套抗拉強度≥8.0N/mm2,斷裂伸長率≥125%。

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

15、熱延伸試驗

20N/cm2負重下,樣品經(200±3)℃、15min的熱延伸試驗后,絕緣及護套伸長率的中間值應不大于100%,試件從烘箱內取出冷卻后標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不大于25%。

16、熱壽命

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

電纜的選型

在太陽能光伏發電系統中低壓直流輸送部分使用的電纜,因為使用環境和技術要求不同,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㎡等三種規格。這類連接電纜使用雙層絕緣外皮,具有優越的防紫外線、水、臭氧、酸、鹽的侵蝕能力,優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減小損耗,提高效率,增強可靠性。

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,截面積規格根據方陣輸出最大電流而定。

名部位直流電纜截面積依據下列原則確定: 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準,直流1.5KV的單芯線及光伏交流多芯線。