制定我国光伏电缆标准的意义与建议

吴 江

（江苏省产品质量监督检验研究院，江苏宜江214205）

制定我国光伏电缆标准的意义与建议

吴 江

（江苏省产品质量监督检验研究院，江苏宜江214205）

近年来我国光伏发电产业的兴盛带动了光伏电缆等配套产品的快速发展，而作为光伏发电系统重要组成部分的光伏电缆却缺乏相应的国家标准，导致我国光伏发电系统存在较大的安全隐患。主要介绍了制定我国光伏电缆标准的意义，同时针对我国光伏发电系统使用环境的差异，提出制定适用于不同区域光伏电缆的特殊试验项目。

光伏电缆；国家标准；试验项目

0 引 言

近年来，由于全球气候变暖、生态环境恶化、常规能源短缺等问题，发展可再生能源得到各国政府的重视和支持。在技术进步的推动和各国政府的激励政策驱动下，太阳能光伏发电产业和市场得以迅速发展。从2007年开始，我国的太阳能光伏应用从较低的水平连续4年保持100%以上的年增长率。截至2010年末，我国太阳能光伏发电装机容量已经达到893 MW，位居世界第7。预计到2020年，我国的太阳能光伏发电装机总容量将超过30 000 MW。

光伏发电已带动相关产品，如光伏电缆的迅速发展。通常光伏发电产生的低压直流电需转换为交流电，连接光伏电池与交直流逆变器间的电缆即为光伏电缆。一个光伏组件一般需要2根0.8 m的单芯电缆，或者说，1 MW的光伏发电量需要40～60 km的光伏电缆。由此可以得出，未来10年我国光伏电缆的用量将达到12～20万km。

目前，应用于我国光伏发电系统中的光伏组件、逆变器及蓄电池等部件必须取得国家批准机构的认证。光伏电缆作为光伏发电系统中的重要组件却因缺乏相关国家标准而没有此要求。国内光伏电缆在采购过程中，招标文件中技术规格及要求部分缺乏相关参考依据，采购方通常采用TUV莱茵认证公司标准2 Pfg 1169或UL 4703标准中的技术要求，这样导致电缆生产企业不得不将产品送往TUV或UL等认证机构进行产品测试及认证。这类国外认证机构不但认证费用高昂、认证耗时长，而且他们依据本国使用环境特点进行产品测试，测试项目侧重点各不相同。而我国光伏发电系统使用环境与他们差异很大，按照国外技术要求生产及测试的产品在国内长期使用过程中，难以保证其可靠性，使光伏发电项目安全性存在较大隐患。光伏发电系统的设计使用寿命一般为25年，通常投资巨大，动辄几千万甚至上亿，其运行也直接关系到社会的生产和生活。百年大计，质量第一，光伏发电项目也不例外。质量保证是光伏发电项目的关键，是光伏应用和光伏产业发展的基本前提。因此制定我国光伏电缆标准，不但可以减小电缆生产企业对国外认证机构的依赖，降低生产成本，更能提高光伏发电项目运行的稳定性及可靠性，对我国光伏产业的发展具有战略性意义。

1 光伏电缆标准试验项目探讨

我国地处北半球，南北距离和东西距离都在5 000 km以上。在我国广阔的土地上有着丰富的太阳能资源，我国大多数地区平均日辐射量在4 kW·h/m2以上，西藏日辐射量最高达7 kW·h/m2。与同纬度的其它国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多。按接受太阳能辐射量的大小，我国大致上可以分为以下四类地区（见图1）。

图1 我国太阳能资源分布图

Ⅰ资源丰富带每年6 700 MJ/m2---主要指青藏高原，这是中国太阳能资源最丰富的地区，全年日照时间为3 200～3 300 h，与印度和巴基斯坦北部的太阳能资源相当。特别是西藏，地势高，太阳光的透明度好，太阳辐射总量仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二。

Ⅱ资源较富带每年5 400～6 700 MJ/m2---主要包括新疆、青海、甘肃、内蒙、宁夏、河北西北、海南等地，全年日照时间为3 000～3 200 h，此地区为中国太阳能资源较为丰富地区。

Ⅲ资源一般带每年4 200～5 400 MJ/m2---主要包括东北、长江中下游地区、福建、浙江、广东、广西等地区，全年日照时间2 000～3 000 h，此地区为中国太阳能资源一般地区。

Ⅳ资源贫乏带每年小于4 200 MJ/m2---主要包括四川、贵州两省，该地区雨量大、大雾天气多、晴天较少，年平均日照时间低于2 000 h。这类地区为中国太阳能资源贫乏地区。

然而，同样由于我国幅员辽阔，东西部气候差异相当大，因此在不同区域使用的光伏电缆需要有不同的耐环境性能。国家电线电缆质量监督检验中心（江苏）综合国外标准中光伏电缆测试项目及技术指标要求，并结合我国光伏发电项目使用地区的气候环境特点，建议在我国光伏电缆标准制定过程中按照光伏电缆使用环境特点分别制定试验项目及技术指标，具体建议如下：

1.1 制定适用于Ⅰ类及Ⅱ类地区的太阳能光伏电缆试验项目

这两类地区主要为西部高原地区，气候特征表现为高原山地气候，与东部平原地区相比，日夜温差变化迅速，干燥，日照时间长，紫外线辐射强度大。适用于该类地区的光伏电缆应当具备耐受上述恶劣天气的性能。

（1）耐紫外辐射性能试验

光伏电缆主要指连接光伏电池与交直流逆变器间的电缆，一般暴露于阳光照射下，属于户外电缆中的一种。太阳光特别是紫外线部分，由于能量高，电缆绝缘及护套等高分子材料内部的化学键易发生断裂，致使绝缘性能急剧下降，甚至引发电力事故，造成巨大损失［1］。因此，光伏电缆应具有优异的耐紫外辐射性能才能保证其在长期的户外使用过程中具有较高的可靠性。

UL 4703及2 Pfg 1169对光伏电缆的耐候性能均有具体要求。以2Pfg 1169中规定的光伏电缆的耐候性试验为例，具体试验要求为：温度（63± 3）℃，相对湿度（65±2）%，氙灯光谱中300～400 nm部分波长最小辐射强度为（60±2）W（一般选择60W进行试验），每2 h为一个周期，每个周期前18 min喷淋试样，后102 min干燥试样，试验持续时间720 h。处理结束后对试样进行弯曲试验，要求试样表面护套不开裂。但是这种试验要求相对电缆在实际使用过程中受到的紫外辐射量明显过低，无法体现光伏电缆在实际情况下受紫外线辐射的影响。

以我国紫外辐射较弱的太湖地区为例，紫外辐射瞬时极大值为50 W/m2，300～400 nm波长范围紫外线年辐射总量达到266.45 MJ/m2［2］，相当于在2 Pfg 1169试验条件下进行1230 h的试验。而西北及青藏高原地区的紫外辐射强度相对于太湖地区高出很多，紫外辐射瞬时极大值超过100 W/m2［3］，这种强烈的紫外辐射会极大地加快光伏电缆绝缘护套材料的老化速度，缩短电缆的使用寿命。

因此，在我国使用的光伏电缆产品在某些特殊性能试验项目上不适合使用国外标准中技术要求去考量。建议在制定适用于该类地区的光伏电缆耐紫外辐射性能技术参数时，应考虑提高试验要求中紫外辐射强度，以保证试验结果具有较高的可参考性。

（2）耐高低温交变性能试验

光伏发电系统在白天工作状态下，光伏电缆中有电流通过，导体发热使得电缆温度较高；日落后系统停止工作，电缆温度随环境温度降低。这种冷热的交替使得光伏电缆的绝缘护套材料在长期的使用过程中经历剧烈的热胀冷缩变化，使材料的物理及化学结构发生变化，最终导致材料力学性能及电性能降低。

国外光伏电缆标准对该试验项目均没有做出要求，而在我国Ⅰ类及Ⅱ类地区使用的太阳能光伏电缆，因该地区气候特征几乎每天都要经历高低温交变的过程，因此建议在该类地区使用的光伏电缆增加该试验项目要求。

（3）防老鼠啃咬性能试验

每年因老鼠对电缆的啃咬造成的电力事故在电缆运行事故中占有很高的比例。据统计，美国城市火灾约有四分之一是由老鼠啃坏电线电缆而造成的；意大利全国动力系统的事故中，约有三分之一是由老鼠引起的；我国每年因老鼠咬噬电线电缆造成的直接经济损失达数亿元，间接经济损失不可估量。如2000年，上海某特大企业一根敷设不久的中压电力电缆因老鼠啃咬引起爆炸，使得三座转炉全面停产，32天后才恢复生产，造成巨大的经济损失。光伏电缆通常裸露在地表，很容易遭到老鼠破坏，而我国西北及青藏地区为鼠灾多发地区，因此用于该类地区的光伏电缆需要具有优良的防鼠能力，而国外标准对这一性能均没有做出具体要求。为保证光伏发电系统运行稳定性，建议国内光伏电缆标准中应对光伏电缆防鼠啃咬性能做出具体要求。

1.2 制定适用于Ⅲ类及Ⅳ类地区的太阳能光伏电缆试验项目

我国东部沿海地区是国内经济较为发达的地带，也是光伏发电项目应用发展最为迅速的地区。目前沿海地区光伏发电项目主要应用于写字楼及高档智能小区。该类地区气候特征表现为海洋性气候，天气变化多样，比内地潮湿多雨，受台风灾害频繁，空气中含有盐雾，因此适用于该类地区的光伏电缆应当具备耐受上述恶劣天气的性能。

（1）耐湿热性能试验

我国太阳能资源Ⅲ类及Ⅳ类地区主要为东部沿海及南部地区，该类地区雨量多，空气中湿度大，因此在该类地区使用的光伏电缆需要有较强的耐湿热性能。水分对高分子材料的作用主要有：使高分子发生溶胀，使界面产生径向的拉应力，加速水的吸收；溶胀作用使分子间距增大，产生物理增塑作用；水向高分子材料的吸湿性扩散，产生渗透压而使材料内部产生微小裂纹或缝隙，加大吸湿量；水助长裂纹的扩散，导致材料破裂；水解导致大分子断链［4］。湿热老化试验是一种人工模拟环境试验，它是用湿热试验设备产生一定的湿热环境条件，来模拟产品在储存、运输和使用过程中可能遇到的湿热环境条件，以考核产品的湿热环境适应性。建议适用于我国Ⅲ类及Ⅳ类地区光伏电缆考虑加入耐湿热性能试验项目。

（2）耐盐雾及酸碱性能试验

盐雾腐蚀是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀。盐雾是指含氯化物的大气，它的主要腐蚀成分是海洋中的氯化物盐---氯化钠，因此应用于我国沿海地区的光伏电缆应具有优良的耐盐雾性能。另外，沿海经济发达地区大气污染较为严重，空气中酸性气体及碱性气体浓度相对较高，与雨水结合后生成酸性或碱性溶液，造成对光伏电缆较强的腐蚀。同样，适用于该类地区的光伏电缆需要具有优良的耐酸耐碱性能。建议在该类地区使用的光伏电缆应增加耐盐雾及耐酸碱性能试验项目。

（3）低烟无卤阻燃耐火性能试验

因人口密集、土地资源紧张，我国东部沿海地区的光伏发电项目主要应用于建筑物屋顶或墙面。通常把封装好的光伏组件安装在建筑物的屋顶或墙面，再与逆变器、蓄电池、控制器、负载等装置组成一个发电系统。电线电缆大多采用塑料和橡胶作为绝缘和护套材料，这些材料均为可燃性材料，一旦发生火灾，火焰将快速蔓延，严重危害人民生命及财产安全。我国仅由电缆引起的火灾损失，每年高达几十亿元人民币。因此，随着电线电缆的阻燃问题越来越引起关注，人们开始研究各种阻燃防火材料［5-7］。

为了提高电线电缆的阻燃性能，通常添加卤系阻燃剂来获得阻燃电缆材料，但这种阻燃电缆材料在燃烧时会产生大量烟雾和卤化氢气体，容易使人窒息而死，造成二次灾难。同时，欧盟已经明确禁止使用含有卤素的阻燃电缆。

因此，为保证光伏发电项目的正常工作及保护人身财产安全，应用于这类光伏发电项目的光伏电缆必须具有优良的环保阻燃性能。建议应用于这类光伏发电项目的光伏电缆需检验其低烟无卤阻燃性能。

2 结束语

光伏电缆对绝缘护套材料性能的要求较高，但其结构却很简单，对生产设备及工艺要求也不复杂，而其利润却相对于其它电缆常规产品高出不少。部分电缆生产企业几年前已经开始按照国外标准尝试生产光伏电缆，其产量在逐年增加。尽管全球光伏产业在最近几年因金融危机遭受巨大冲击，然而面对气候环境及能源安全的挑战，大力发展新能源已经在全球范围内形成了共识。

据国家能源局发展规划司人士透露，已上报国务院审批的《新兴能源产业振兴规划》为2011年至2020年间的中国新能源开发利用和传统能源的升级变革做出了具体部署规划，拟在这10年内，以开放市场吸引内外资的方式，累计增加直接投资5万亿元人民币，发展中国新兴能源产业，这为太阳能光伏产业发展提供了难得的机遇。随着光伏发电产业技术的不断发展及国家政策的大力支持，我们有理由相信光伏电缆行业将迎来跨越式的增长。

然而，到目前为止我国仍然没有光伏电缆相关标准出台，制定光伏电缆国家标准不但可以提高光伏发电项目运行的稳定性及可靠性，更可以形成具有自主知识产权的光伏电缆产品，对国外产品设置技术壁垒，减小国外产品对我国市场的冲击，扶持我国电缆生产企业健康发展。

［1］ 赵翮选，赵书荣，王联章，等.高海拔地区紫外辐射对硅橡胶复合绝缘子老化的影响［J］.华北电力技术，2009（3）：10-13.

［2］ 张运林，秦伯强.太湖地区太阳紫外辐射的初步研究［J］.气象科学，2002，22（1）：93-99.

［3］ 李 春.拉萨紫外线指数预报方法［Z］.专业气象服务.

［4］ 张家宜.高分子材料老化寿命的评定方法［J］.特种橡胶制品，2011，32（3）：62-64.

［5］ 柳先友，雷 华.多组分协效低烟无卤阻燃电缆料及电缆加工研究［J］.工程塑料应用，2008，36（2）：46-49.

［6］ 孙大沂.无卤阻燃电缆材料的开发［J］.绝缘材料通信，1994（32）：15-19.

［7］ 朱中柱.国外电线电缆近期发展综述［J］.电线电缆，1994（3）：1-2.

The Significance and Suggestion of Establishm ent of Chinese Photovoltaic Cables Standard

WU Jiang
（Jiangsu Provincial Supervising&Testing Research Institute for Product Quality，Yixing 214205，China）

With the development of photovoltaic industry in China，photovoltaic related products such as photovoltaic cables have developed rapidly in recent years.However，as an important part of photovoltaic system，it is a safety hazard that there is no national standard of photovoltaic cables.Itmainly introduced the significance of establishment of Chinese photovoltaic cable standard，and pointout some special test items for photovoltaic cables to be used in different areas in China.

photovoltaic cable；national standards；testing items

TM246.9

A

1672-6901（2013）03-0001-04

2012-09-19

吴 江（1984-），男，硕士，助理工程师.

作者地址：江苏宜兴市环科园绿园路500号［214205］.