通過光伏電站價值提升策略的分析，先后對逆變器選型、融資設計、運維部署、自清潔組件應用等進行了系統(tǒng)分析，同樣電纜的選型和設計也是需要我們予以關注和重視的一個環(huán)節(jié)。目前業(yè)界對于光伏直流端電纜還是主要以銅電纜為主。筆者通過與安徽凌宇電纜科技有限公司總工程師余進通過長期的交流，認為或許在未來電站電纜選型中鋁合金也會有一片天地。

　　我國對太陽能的利用具有天然的優(yōu)勢

　　首先，國土幅員廣袤，在西部光熱資源豐富的地方，分布的大多是荒漠、戈壁灘等不利于其他開發(fā)價值的土地；

　　第二，我國產業(yè)制造的成本優(yōu)勢?？梢赃@樣說：如果沒有中國制造，這個世界應用平價太陽能電的時間，將會起碼延后10年以上的年限。我國太陽能光伏電站的建設熱潮已到來，并將在相當長時間里，越來越熱。下文將主要針對直流電纜的一些特性，并結合光伏電站的國內建設運營現(xiàn)狀，提出一種高安全且更據(jù)經濟性電纜選型方案。在整個光伏電站系統(tǒng)中，直流電纜占電纜的比重很高，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行也起著相當重要的作用。光伏電站所處的環(huán)境大多比較惡劣，且多數(shù)情況下無人值守，產品需要達到25年以上的使用壽命。因此，產品的設計標準要求應該更高。太陽能光伏電站的直流傳輸用線，一般分兩個部分，即太陽能組件之間以及到匯流箱的連接用線，這部分電纜有專門的要求及規(guī)范，我國基本采用德國標準委員會的（TUV）萊茵認證PV型電纜，產品成熟且共識；另一部分是直流匯流箱到逆變器之間的直流干線傳輸用線。這部分電纜占整個直流電纜的比重2/3以上，通常用一般交聯(lián)低壓電纜代替使用。但實際上直流電纜的使用特性和交流還是有很大的區(qū)別。下文中的直流電纜主要是指這部分電纜。

　　光伏系統(tǒng)直流干線電纜的使用特性及要求

　　直流干線是光伏組件系統(tǒng)經匯流箱匯流后到逆變器的傳輸用線。如果說逆變器是整個方陣系統(tǒng)的心臟，那么直流干線系統(tǒng)就是一條條主動脈。由于，直流干線系統(tǒng)采用不接地方案，如果電纜發(fā)生接地故障，將會給系統(tǒng)甚至設備帶來相比交流大得多的危害，因此，光伏系統(tǒng)工程師對直流電纜的認識，要比其他行業(yè)電氣工程師更為謹慎。綜合各種電纜事故分析，我們得出電纜的接地故障占整個電纜故障的90-95%。

　　接地故障的主要原因有三種。第一，電纜制造缺陷，為非合格產品；第二，運行環(huán)境惡劣、自然老化、以及遭受外力破壞；第三，安裝不規(guī)范，接線粗糙。接地故障的根本原因卻只有一個---電纜的絕緣材料。光伏電站的直流干線運行環(huán)境比較惡劣。我國大型地面電站一般都在西部，這些地方一般都是荒漠、鹽堿地以及晝間溫差大，鼠害也比較嚴重，環(huán)境也會非常潮濕。電纜地埋敷設，電纜溝的填挖要求比較高；分布式電站電纜的運行環(huán)境也不比上述地面的要好，電纜會承受很高的溫度，有技術人員測控，屋頂溫度甚至能達到100-110℃的高溫，電纜的防火阻燃要求，以及高溫對電纜的絕緣擊穿電壓影響很大。因此，光伏電站直流干線電纜的選型設計要考慮以下幾點：

　　1、 電纜的絕緣性能

　　2、 電纜的防潮、防寒以及耐候性

　　3、 電纜的耐熱阻燃性能

　　4、 電纜的敷設方式

　　5、 電纜的導體材料（銅芯、鋁合金芯、鋁芯）

　　6、 電纜的截面規(guī)格

　　目前，我國光伏電站的直流干線電纜，大多采用一般低壓交流電纜來代替，常用型號為ZR-YJV22 0.6/1kv、ZRYJY23 0.6/1kv，電纜大多數(shù)為銅芯電纜，也有些電站逐步開始采用鋁合金導體的電纜，但電纜的絕緣材料基本還是按1kv低壓電纜的標準生產。也就是說，我們的光伏系統(tǒng)工程師對直流電纜厲害關系有認識，但對電纜的技術方案并沒有過多重視。

　　直流電纜的絕緣特性

　　1， 交流電纜的場強應力分布是均衡的，電纜絕緣材料著重的是電介質常數(shù)，電介質是不受溫度影響的；而直流電纜的應力分布是電纜絕內層為最大，受電纜絕緣材料的電阻系數(shù)影響，絕緣材料有負溫度系數(shù)現(xiàn)象，即溫度增高，電阻變??；電纜在運行時，線芯損耗會使溫度升高，電纜的絕緣材料的電阻系數(shù)會隨之變化，也將導致絕緣層的電場應力隨之變化，也就是說，同樣厚度的絕緣層，由于溫度升高，其擊穿電壓隨之變小。對于一些分布式電站的直流干線，由于環(huán)境溫度的高低變化，電纜的絕緣材料老化的速度比地埋敷設的電纜大得多，這點尤其應得到注意。

　　2， 電纜絕緣層生產過程中，不可避免地會溶入一些雜質，它們具有相對較小的絕緣電阻率，沿絕緣層徑向分布是不均勻的，這樣也將導致不同部位的體積電阻率不同，在直流電壓下，電纜絕緣層的電場也會不同，這樣，絕緣體積電阻率最小處會老化更快，成為最先被擊穿的隱患點。而交流電纜則不會有這種現(xiàn)象。通俗地說，交流電纜的材料受應力沖擊是整體的均衡的，而直流電纜絕緣應力總是在最弱處沖擊最大。所以，電纜制造環(huán)節(jié)中的交直流電纜應該有不同管理和標準。

　　3， 交聯(lián)聚乙烯絕緣的電纜在交流電纜中已經廣泛使用，它具有非常優(yōu)良的介質性能和物理性能，性價比非常高，但作為直流電纜，其有一個很難解決的空間電荷問題，這點在高壓直流電纜中備受重視。聚合物作直流電纜絕緣時，絕緣層中有大量的局部陷阱，造成絕緣內部空間電荷集聚，空間電荷對絕緣材料的影響，主要體現(xiàn)在電場畸變效應和非電場畸變效應兩個方面，這兩種影響對絕緣材料的危害很大。所謂空間電荷，是指宏觀物質的一個結構單元中超過電中性的那部分電荷，在固體中，正或負空間電荷被束縛于某種局域能級而以束縛極化子態(tài)的形式提供極化效應。所謂空間電荷極化，就是當在電介質中含有自由離子時，由于離子移動，在正電極一側的界面上積累負離子，在負電極一側的界面上積累正離子過程。在交流電場中，材料正負電荷的遷移無法跟上工頻電場的快速變化，因此不會產生空間電荷效應；而直流電場中，電場按電阻率大小分布，將形成空間電荷并影響電場分布，聚乙烯絕緣中有大量的局部態(tài)，空間電荷效應特別嚴重。交聯(lián)聚乙烯絕緣層是化學交聯(lián)而成，是整體型交聯(lián)結構，屬于非極性高聚物，從電纜整個結構上看，電纜本身就像一個較大的電容器，直流輸電停止后，相當于已將一個電容器充電完成，雖然導體線芯有接地處理，但是，沒能有效進行放電，大量的直流電能仍然存在于電纜中，也就是所謂的空間電荷，這些空間電荷不會像交流電力電纜那樣隨介質損耗而消耗掉，而是在電纜缺陷處富集；交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，隨著使用時間的延長或頻繁斷停以及電流強弱變化而聚集越來越多的空間電荷，加快絕緣層老化速度，從而影響使用壽命。

　　所以，直流電纜的絕緣性能和交流電纜差別還是很大。

　　國內光伏電站直流電纜現(xiàn)狀

　　筆者曾經斷言：8-10年后將是國內光伏電站直流電纜故障高發(fā)期。為什么這樣說呢？理由如下：

　　1、 國內光伏系統(tǒng)工程師對直流干線電纜的重視度不夠。由于認為電壓低，且直流電無負荷傳輸，無磁感應損耗，固定敷設，因此，認為相比較交流電纜使用壽命更長。且德國光伏電站系統(tǒng)中也有很多使用普通交流電纜替代。（同樣型號的電纜德國的絕緣材料要比我國的貴6、8千元每噸）

　　2、 除了少數(shù)專用電纜廠家外，大多數(shù)電纜制造企業(yè)對直流電纜的認識都不夠，對直流電纜的制造工藝無相應的管理。用這些企業(yè)的普通交流電纜做直流使用，一定期限后，發(fā)生電纜故障是大概率的。

　　3、 光伏電站對經濟性的追求，以及第三方采購使得更不能很好的掌控質量。國內大約有7、8千家電纜制造企業(yè)，且95%以上都是些小型加工企業(yè)，電纜產品的技術區(qū)分度本身就不高，因此招標采購大多數(shù)以價格定奪，比其他行業(yè)更為嚴重過剩的局面，使得很多產品的銷售價格低于成本，這也就是電纜產品的歷次國家抽查合格率不高的原因。由于光伏電站電纜的無負荷傳輸，電纜承載的電流并不大，電纜的安全故障不會立馬發(fā)生，留下僅是很難防范的隱患。

　　4、 直流電纜的被擊穿總是發(fā)生在絕緣最薄弱處或缺陷處，其缺陷除了外觀上的缺陷外，還包括絕緣材料的物理性空間缺陷；光伏電站的特性總是日出而作日落而息，電纜的電容性，使得“缺陷”被不斷放大，直到被擊穿。我們來看看萊茵標準組件直流電纜的電性能試驗值：電氣性能

　　● 耐電壓試驗(成品電纜型式試驗) -- 交流耐壓

　　試驗方法：EN50395或GB/T3048

　　結果：6.5kV/5min.不擊穿。 或

　　-- 直流耐壓(成品電纜型式試驗)

　　試驗方法：EN50395或GB/T3048

　　結果：15kV/5min.不擊穿。

　　● 成品耐火花電壓試驗

　　試驗方法：EN50395或GB/T3048

　　結果：10kV不擊穿。

　　● 絕緣電阻試驗(成品電纜型式試驗)

　　試驗方法： EN50395或GB/T5013.2

　　結果： 20℃時絕緣電阻≥1014Ω.cm，90℃時絕緣電阻≥1011Ω.cm

　　上面的電纜的耐壓標準相當于交流電纜的18/30KV級別，絕緣電阻的要求值是對電纜緣材料電阻率的高標準要求，而0.6/1kv的交流電纜是沒有上述要求的。

　　直流電纜絕緣缺陷改進

　　我們針對光伏電站的直流電纜絕緣特性，可做以下幾種絕緣改良：

　　1、 采用乙丙橡膠絕緣。乙丙橡膠雖然沒有交聯(lián)聚乙烯那樣高的電性能，但是其絕緣機理上能克服直流電纜的一些缺陷，且有較好機械性能防老化性能，但價格較高。

　　2、 對于分布式電站的直流電纜，可采用改性的輻照交聯(lián)聚乙烯，除了有較高的機械性能、電性能外，材料耐溫性能特出，最高可達120℃。該產品用電子加速器輻照電纜，是輻射加工，該技術它集合電子技術、高能核物理技術、真空技術、計算機技術、輻射化學技術和電線電纜制造技術于一體。由電子加速器生產的高能電子束，作用在聚合物內部，使聚合物的分子結構發(fā)生變化，由原來的線性大分子變成不溶的三維網(wǎng)狀結構，改變了聚乙烯高分子的空間缺陷，從而使材料具有特殊的耐熱性、耐化學性、耐輻射性、高阻燃性、高強度性。其產品的主要特點有：

　　a、產品耐熱性好：輻照交聯(lián)可顯著提高電纜的耐熱性。如聚乙烯材料經輻照交聯(lián)后長期允許工作溫度可從60~70℃提高到90~150℃，短路溫度由160℃提高到250℃。

　　b、提高了電纜的載流量：輻照交聯(lián)電線電纜比普通電線電纜的單位導體截面載流量提高20％左右。

　　c、 具有優(yōu)良的絕緣性能和電氣性能。

　　d、機械強度高，耐老化性和化學穩(wěn)定性、耐環(huán)境應力開裂性能好。

　　e、安全性高，使用壽命延長，可達到40年。但是價格比較貴，設備投資大。

　　3、 地面電站電纜溝敷設的直流電纜，可采用純凈度高的聚乙烯交聯(lián)料，電纜的絕緣厚度加厚0.2-0.3cm，如：

　　由于，地面敷設的電纜散熱性能比較好，增大截面并不過多影響電纜的載流量的變化，而增大絕緣的厚度使電纜的耐受強度提高，延長使用壽命。優(yōu)質的聚乙烯交聯(lián)料，應該是在潔凈度非常高的生產環(huán)境下制造，生產過程中防塵、防靜電及其他污雜。目前國內聚乙烯電纜料的質量非?？皯n，大多是一些小型加工企業(yè)。國內優(yōu)質電纜交聯(lián)料企業(yè)有上海新上化高分子、浙江萬馬高分子等，其產品質量接近進口材料性能。

　　4、 對于分布式電站的電纜護套要求耐溫90℃以上，地面或光伏農業(yè)電纜護套內加防水層。優(yōu)質電纜護套對電纜絕緣的保護非常重要。

　　5、 直流電纜生產管理應注意三點，第一、原料投放時保持潔凈，無雜物混入；第二、生產線溫度和時間嚴格控制；第三、當出現(xiàn)故障報警時，應就故障點截斷分頭，絕不允許修補。

　　以上改進方案無疑會增大電纜的采購成本。

　　稀土鋁合金導體

　　鋁合金導體大概是上世紀六十年代末誕生，它是作為改良鋁導體的缺陷而研發(fā)的，我國鋁合金導體研發(fā)起于2004年，成熟于2010年，目前這種新型導體的優(yōu)越性和經濟性越來越被重視了，最新的國家電纜標準及導體標準（GB/T12706-2008\GB/T3956-2008）均已涵蓋鋁合金導體。稀土鋁合金導體的優(yōu)越性能如下：

　　1、 電性能。稀土鋁合金的導體的電導率在61.4%左右，達到優(yōu)質鋁導體的電導率。其耐熱、散熱性能超過鋁，因此是優(yōu)良的導體。

　　2、 抗蠕變性能 鋁合金導體的抗蠕變性能大大超過鋁導體，是鋁的300%，是銅的150%，蠕變的危害在電纜接頭故障中經常體現(xiàn)，另外，對于安裝制造過程中吸收更多應力的鋁導體，蠕變會使長期使用的電纜導體產生晶裂，危害電纜運行。

　　3、 高延伸率與低反彈力 鋁合金導體的高延伸率（20-35%）和低反彈性能（比銅導體低40%以上），使電纜在制造安裝等環(huán)節(jié)受外力的損害大大降低，據(jù)統(tǒng)計資料，約有15%的電纜故障是由安裝因素直接造成。

　　4、 防腐性能 稀土鋁合金導體的防腐性能大大優(yōu)于鋁，其化學惰性可媲美銅導體。在含硫介質中其防腐性能優(yōu)于銅導體。 鋁合金導體的表面組成很復雜，合金的多種專有金屬元素配比，主要是為達到合金體相間均衡，這種均衡的相間作用力，進一步阻擋金屬被氧化。稀土元素的強還原性，使得相間作用力被打破時，稀土元素“犧牲”自己，形成另一種中間合金。稀土鋁合金導體的主要組成：鋁鐵中間合金、富鈰稀土中間合金和鈧鋁中間合金及其他。

　　5、 連接性能 鋁合金的連接是導體開發(fā)的一個重要內容，特制的端子，嚴格的規(guī)范，使得電纜接頭的一些通常缺陷被杜絕，保證電纜使用安全。

　　6、 經濟性 一公斤鋁合金導體相當于兩公斤銅導體的傳輸能量，而鋁合金導體的價格不到銅的一半，更多的成本是精加工成本，因此，綜合起來鋁合金導體的價格僅相當于同樣電力載荷的銅導體1/3，具有極大的經濟性。

　　當然，鋁合金導體也有缺陷，綜合起來有這么幾點：

　　1、 鋁合金導體要比銅導體外徑粗，這樣對空間制約的場所，鋁合金電纜不太適用。

　　2、 很多設備連接用電纜，因為接口問題，鋁合金導體不太適用。

　　3、 高頻電纜鋁合金性能比銅導體差

　　4、 截面小于10mm2的用電纜，鋁合金導體由于抗拉強度比銅低而性能不如銅導體

　　5、 消防耐火電纜不適合鋁合金導體

　　從鋁合金導體的優(yōu)越性和缺陷性分析，光伏電站直流干線的導體選型非常適合鋁合金導體。

　　直流干線電纜經濟選型

　　從上文的論述我們知道，采用稀土鋁合金導體，電纜的絕緣和護套等材料進行優(yōu)化設計，電纜的整體經濟性比較好，全壽命期的故障概率相比會更低。以下是幾種上述要求選型的電纜方案

　　1、 EHLF、EHLVF22(DC0.9/1.5KV)電纜采用乙丙橡皮絕緣混合彈性體護套直流干線電纜。此型電纜型號比較適合超熱帶地區(qū)。電纜價格較貴，相當于等同載荷銅電纜的90%以上。乙丙橡皮的性能非常優(yōu)越，目前鐵路機車牽引用直流電纜的最佳絕緣材料方案，乙丙橡皮絕緣電纜還可以用于核電站核島外圍的K3類電纜使用，產品使用壽命大于30年。電纜的彎曲半徑很小，材料的耐候性性能優(yōu)越。

　　2、 YJHLF82、FS-YJHLF22(DC0.9/1.5KV)電纜絕緣加厚處理，采用優(yōu)質交聯(lián)聚乙烯料，護套為防寒耐溫彈性體。鎧裝層為鋁鎂合金的連鎖鎧裝型電纜適用于西部荒漠、山坡地等；FS代表防水型，適合光伏農業(yè)大棚、沿海灘涂及其他電纜容易浸水的等電站選用。連鎖鎧裝具有優(yōu)良的抗拉抗壓強度，且施工簡單，特別適合不利挖掘電纜溝或簡單地埋處理的場合，鎧裝層的非磁性材料，電纜不會產生渦流，散熱好，因此載流量相比鋼帶鎧裝有提升。連鎖鎧裝電纜，實際上是電纜外層加裝一層金屬波紋管鎧裝，鎧裝外層擠注PVC護套，這樣可以露天敷設，產品性價比非常高，等同載荷此型電纜的采購價格相當于銅電纜的75%-80%，其施工成本節(jié)省非?？捎^。FS型價格相當于銅電纜的65%左右。

　　3、 FZ-YJHLF、FZYJHLF22(DC0.9/1.5KV)電纜絕緣經電子輻照而成，因此具有非常優(yōu)良的性能，特別適合分布式電站的直流干線使用，價格上相當于等同載荷電纜的70%左右。

　　稀土鋁合金直流電纜參數(shù)： 稀土鋁合金直流電纜與銅電纜導體換算表：

　　上表中數(shù)值為國家標準值，實際生產中鋁合金導體電阻要小于上表。

　　光伏企業(yè)怎樣采購優(yōu)質電纜

　　電線電纜屬于材料型產品，一般是通過招投標來確定供應商，但電纜招投標的弊端很大，由于電纜的技術指標基本一樣，且隱性技術含量并不被重視，招投標時技術條件不具有排斥性和排除性，因為大家所依據(jù)的指標都是一樣的，因此，價格只能作為重要的選擇依據(jù)。招標能采購到價格優(yōu)越的電纜，但很難采購到性價比優(yōu)越的電纜。電纜的檢測耗時長，且電纜是長期使用型產品，產品的優(yōu)越并不能立馬顯現(xiàn)。優(yōu)質的電纜是高安全長壽命電纜，從宏觀上看，盡管價格不夠優(yōu)越，但整體的性價比更高，實際上也就更具經濟性。對于光伏投資企業(yè)來說，電纜的規(guī)格種類并不多，且每個項目基本差不多，產品的價格性能指標比較透明，這樣，比較適合戰(zhàn)略合作伙伴的供應商管理體系。這種管理辦法的好處是把產品的質量管控交給對方。由于長期的合作前提，供應商為了維護這種客戶關系，再加上約定的高違約成本，使得客觀上供應商在產品的質量管控和服務上的積極性主動性更高。這種供應商管理方法，在世界上比較普遍，特別是一些跨國公司。

　　伴隨著最近國家能源局即將出臺的分布式光伏政策，特別是“二選一”的模式以及分布式電站定義的擴大，國內必將迎來分布式光伏電站投資建設的熱潮，預計從第三季度將開始活躍起來，且浙江省和山東省將成為分布式光伏電站的前沿戰(zhàn)場。從電站價值來說，度電成本是衡量電價價值的唯一標準，對于投資商而言，如何極大程度的降低度電成本就顯得尤為重要，通過對電站設備選型嚴格監(jiān)控把控，可以實現(xiàn)電站價值提升的硬保障，與此同時軟保障也很重要，這主要體現(xiàn)在投資分布式光伏電站之前，是否對項目標的物定和業(yè)主開展了完整且有限的現(xiàn)場調研，主要體現(xiàn)在屋頂面積、荷載、用電量、電價、業(yè)主資信情況，業(yè)主所從事行業(yè)發(fā)展情景等要素。