光伏發電系統中怎么選擇電纜

太陽能技術將成為未來的綠色能源技術之一，太陽能或光伏（PV）應用日漸廣泛，光伏發電廠發展迅速。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，同時也與配套的系統部件密切相關，高質量的配套部件可以保證太陽能光伏發電系統高效、穩定、長期的運行。

　　太陽能光伏發電系統中，電纜的用量及費用是配套電氣設備的基礎，其用量之大超過一般發電系統，同時也是影響整個系統效率的較大因素之一。

　　光伏發電工程中電纜工程建設費用一般比較大，電纜的合理選型和敷設方式選擇直接影響著建設費用，所以合理規劃、正確選擇電纜的型號和敷設方式，是電纜設計工作的首要環節。光伏發電系統中，正取的電纜選型是降低發電成本的重要環節。

　　1電纜選擇的基本原則

　　光伏發電的電纜選擇遵循電纜選擇的一般要求，即按照電壓等級、滿足持續工作允許的電流、短路熱穩定性、允許電壓降、經濟電流密度及敷設環境條件因素等進行選型。

同時光伏發電又具有自身的特點，太陽能系統常常會在惡劣環境條件下使用，如高溫、嚴寒和紫外線輻射。

　　所以光伏系統中電纜的選擇需考慮如下因素：

　　（1）電纜的絕緣性能；

　　（2）電纜的耐熱阻燃性能；

　　（3）電纜的防潮，防光(抗輻射）;

　　（4）電纜的敷設方式；

　　（5）電纜導體的材料（銅芯，鋁合金芯）；

　　（6）電纜截面的規格。

　　2電纜的選型

　　2.1 光伏發電電纜類型

　　光伏發電系統電纜，按照光伏發電的系統可分為直流電纜及交流電纜，其中組件間串聯電纜，及組串間并聯的直流電纜占據了一半以上的電纜量，經逆變器后的使用的為交流電纜。

根據應用環境不同，光伏發電系統的電纜可分為：

　　1.直流電纜

　　（1）組件與組件之間的串聯電纜，這部分應該使用有光伏認證的專用電纜。

　　(2）組串之間及其組串至直流配電箱（匯流箱）之間的并聯電纜，可選擇使用稀土鋁合金導體電纜。

　　（3）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體電纜。

　　上述電纜均為直流電纜，戶外敷設較多，需防潮、防暴曬、耐寒、耐熱、抗紫外線，某些特殊的環境下還需防酸堿等化學物質。其中組件與組件之間的連接電纜通常與組件成套供應。

　　2.交流電纜

　　（1）逆變器至升壓變壓器的連接電纜。

　　（2）升壓變壓器至配電裝置的連接電纜。

　　（3）配電裝置至電網或用戶的連接電纜。

　　這里重點闡述光伏并網發電中直流電纜的選型及敷設，其原則同樣適應于一些其他類型的光伏發電項目。

　　2.2光伏專用電纜

　　光伏發電系統中大量的直流電纜需戶外敷設，環境條件惡劣，其電纜材料應根據抗紫外線、臭氧、劇烈溫度變化和化學侵蝕情況而定。普通材質電纜在該種環境下長期使用，將導致電纜護套易碎，甚至會分解電纜絕緣層。這些情況會直接損壞電纜系統，同時也會增大電纜短路的風險，從中長期看，發生火災或人員傷害的可能性也更高，大大影響系統的使用壽命。

　　基于上述原因，在太陽能系統中使用光伏專用電纜和部件是非常有必要的。隨著光伏產業的不斷發展，光伏配套部件市場逐步形成，就電纜而言，已開發出了多種規格的光伏專業電纜產品。

　　如近期研制開發的電子束交叉鏈接電纜，額定溫度為120℃，可抵御惡劣氣候環境和經受機械沖擊，是太陽能電纜選擇的一種。如RADOX電纜是根據國際標準IEC216研制的一種太陽能專用電纜，在戶外環境下，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，技術人員通過測試，屋頂上可測得出的溫度值高達100-110℃。

　　光伏發電系統安裝和運行維護期間，電纜可能在地面以下土壤內、也可能在雜草叢生亂石中、也有可能屋頂結構的銳邊上布線、也有可能裸露在空氣中，電纜須承受壓力、彎折、張力、交叉拉伸載荷及強力沖擊。如果電纜護套強度不夠，則電纜絕緣層將會受到損壞，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。

　　2.3 光伏發電電纜導體材料的選擇

　　光伏發電使用的直流電纜多數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。電纜導體材料可分為銅芯和稀土鋁合金芯。傳統上多使用銅芯電纜，而隨著這幾年稀土鋁合金電纜的推廣使用，我們發現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，壽命長，穩定性能更好，壓降小和電量損耗小的特點；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、反復折彎不易斷裂，無記憶效應所以接線方便；同時稀土鋁合金電纜的機械強度高，能承受較大的機械拉力，給施工敷設帶來很大便利，也為機械化施工創造了條件。

　　反之銅芯電纜，由于銅材的化學特性，安裝接頭時間久了會出現氧化現象（化學反應），易導致故障的發生。另外根據IEC287進行計算，在同樣的載流量，鋁的截面雖然要大二檔，但在生產過程中，通過特殊的緊壓技術。使電纜的外徑只比銅芯電纜大15%，在銅芯電纜設計的敷設管道內敷設完全沒有問題。

　　另稀土鋁合金電纜的連鎖鎧裝護套，又可以直接埋地敷設。這在電纜供電領域具有突出的優勢。具有可減低事故率、提高供電可靠性、施工運行維護方便等特點。

　　國內目前已有多個光伏電站建設項目使用稀土鋁合金電纜。如：西藏10MW光伏電站發電項目、龍源明光風電項目、徐州6兆瓦光伏發電項目、羊八井10MW光伏發電項目、江蘇三旗線纜廠房屋頂1兆瓦光伏電站項目等。

　　2.4電纜絕緣護套材料 

　　直流回路在運行中常常受到多種不利因素的影響而造成接地，使得系統不能正常運行。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。

　　另外戶外環境小動物侵入或撕咬也會造成直流接地故障。

　　因此在有條件的前提下可選用鎧裝、帶防鼠劑功能護套的電纜。

　　2.5電纜截面的選擇

　　電纜截面的選擇應滿足允許溫升、電壓損失、機械強度等要求直流系統電纜按電纜長期允許載流量選擇，并按電纜允許壓降校驗。

　　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。根據要求，光伏陣列到光伏發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格設計，還需遵循以下原則：

　　(1)交流負載的連接：選取電纜的額定電流為計算所得電纜中最大連續電流的1.25倍；

　　(2)逆變器的連接：選取電纜的額定電流為計算所得電纜中最大連續電流的1.25倍；

　　(3)方陣內部和方陣之間的連接：選取電纜的額定電流為計算所得電纜中最大連續電流的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

　　3.1電纜敷設分類 

　　電纜敷設方式應視工程條件、環境特點和電纜類型、數量等因素，且按滿足運行可靠、便于維護的要求和技術經濟合理的原則來選擇。光伏發電項目直流電纜的敷設主要有直埋敷設、穿管敷設、槽架內敷設、電纜溝敷設、隧道敷設等，交流電纜的敷設與一般電力系統相仿。

　　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，其截面規格小、數量多，多為沿組件支架綁扎敷設或穿管直埋敷設進行光伏陣列的導線布設時，在敷設時一般要考慮：

　　（1）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的通道支撐與固定，從一定意義上可起到降低環境因素的影響；

　　（2）電纜敷設的松緊要適當，光伏場所一般晝夜溫差較大，應避免熱脹冷縮造成線纜斷裂；

　　（3）在建筑物表面的光伏材料電纜引線，要考慮建筑整體美觀，敷設位置應避開在墻和支架的銳角邊緣布設電纜，以免切、磨損傷絕緣層引起短路，或切斷導線引起斷路。同時要考慮雷電沿電纜傳輸的問題。

　　3.2電纜的連接 

　　光伏發電系統中的直流線纜多為室外敷設，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電力連接方式相仿。