低压铝合金电缆应用于分布式光伏项目的经济性分析

赵晓冬，张丹婷，袁银春，陈辉，刘学成

（浙江正泰新能源开发有限公司，浙江 杭州 310000）

分布式光伏电站须要选择经济合理的电力电缆，这也是建筑工程和输配电网设计经济性的重要考察因素。随着铝合金电缆技术的不断发展进步，优质的铝合金电缆，其电气性能与纯铝相当，机械性能优于铜，完全可以满足分布式光伏项目中低压电缆的使用要求。且相比铜芯电缆，其运输、施工费用和被盗风险等都将大大降低。本文将结合实际光伏发电项目，在满足电气性能条件下，从电缆采购成本及所影响桥架成本，分析比较铝合金低压电缆与铜芯电缆在分布式光伏电站中所占的经济优势。

1 电缆选型对比

低压交直流电缆的选型受压降控制、载流量约束。由于铝合金电缆的导电率比铜导体低，因而须要通过增加截面积、扩大导体的载流量，以实现铝合金电缆与铜芯电缆拥有相同的电气性能，所以相同载流量下的电缆选型，铝芯电缆的线径一般要比铜芯电缆大10%～20%，这是铝合金电缆的一大缺点。但针对光伏发电系统来说，不管是设备的连接还是电缆的布局，这种尺寸差异仍然在设计的可控范围之内。而在电压损失这一方面，要以两个实际项目为数据模型，分析比较两种电缆在满足压降条件下的选型。

以国内某使用集中逆变器方案的分布式光伏发电项目为数据模型：该项目采用295 Wp光伏组件，以20块组件为一串，直流汇流箱按16汇1出（最大输送容量），分别计算不同截面的铜芯电缆、铝合金电缆在满足2%的极限直流压降值下的最远输送距离。

本项目分析中铜芯电缆的电阻率按电阻率按GB 50217—2007《电力工程电缆设计规范》取值，铝合金的电阻率按AA8000系列铝合金（某公司）产品手册取值。不同截面的铜芯电缆、铝合金电缆在满足2%直流极限压降值下的最远输送距离如表1所示。

表1 铝合金电缆和铜芯电缆压降计算对比表（直流电缆）

20 kV及以下三相供电电压的偏差为标称电压的±7%，考虑到实际项目中低压交流电缆一般分2级（假设逆变器至交流汇流箱段1%，交流汇流箱至低压柜段4%）。本次仅对交流汇流箱出线段进行分析。以国内某使用组串逆变器方案的分布式光伏发电项目为基础数据模型：该项目采用295 Wp组件，30 kW组串逆变器，交流汇流箱按4/6汇1出（标准型号），分别计算不同截面的铜芯电缆、铝合金电缆在满足4%的交流极限压降值下的最远输送距离。

本项目分析中铜芯电缆的电阻率按《电力工程电缆设计规范》取值，铝合金的电阻率按AA8000系列铝合金（某公司）产品手册取值。不同截面的铜芯电缆、铝合金电缆在满足2%的直流极限压降值下的最远输送距离如表2所示。

由表2可知，低压交直流电缆限制因素主要为压降控制影响，铝合金的电缆规格会同比增大二、三档不等。特别注意的是：在交流汇流箱输送容量较小，且线路距离较短时，可根据具体项目情况具体分析，适当考虑升一档/两档替换。

表2 铝合金电缆和铜芯电缆压降计算对比表（交流电缆）

在保证一定的载流量、压降的前提下，计算在不同的长度范围内因电缆替换造成的电缆规格升级选型的差异性，如表3所示。

表3 不同长度范围电缆选型对比

2 电缆采购成本对比

2.1 低压直流电缆选型经济性对比

选择一个10 kV并网使用集中逆变器方案的项目，以兰溪双灯2.0 MWp项目为例，该项目以直流16入汇流箱为主，汇流箱传输距离从50～350 m不等。

在同样的电气性能下，载流量和直流压降均满足要求的情况下，铝合金电缆的选型会比铜芯电缆规格大一、二、三档不等，各型号对比统计如表4所示。

表4 项目低压直流电缆选型对比表

该项目各电缆型号数量统计及成本对比如表5所示（电缆均为阻燃铠装电缆，价格来源为某厂家）。

由表5可得，仅就低压直流电缆替换为使用铝合金电缆一项，可使电缆成本节省33.56万元，折算至节省0.168元/W。

表5 项目低压直流电缆成本对比表

2.2 低压交流电缆选型经济性对比

选择一个0.4 kV并网使用组串逆变器方案项目，以宁波羚佑渔具475.2 kWp项目为例，该项目以30 kW组串式逆变器和4/2进交流汇流箱为主，逆变器到交流汇流箱的传输距离在10 m以内，交流汇流箱到并网柜的距离在30～250 m不等。

在同样的电气性能下，载流量和交流压降均满足要求的情况下，铝合金电缆的选型会比铜芯电缆规格大一档或平档不等，各型号对比统计如表6所示。

表6 低压交流电缆选型对比表

该项目各电缆型号数量统计及成本对比如表7所示(电缆均为阻燃铠装电缆，价格来源为某厂家)。

由表7可得，仅就低压交流电缆替换使用铝合金电缆一项，可使电缆成本节省7.31万元，折算节省0.154元/W。

表7 低压交流电缆成本对比表

3 不同电缆类型选择对桥架选型的影响和成本变化的对比

在分布式光伏系统中，屋面直流电缆的敷设通常采用桥架敷设。铝合金电缆的转弯半径比铜芯电缆小，相同条件下可减小桥架安装布局的空间，更易于敷设。可是同样的应用场景下，在同时满足载流量和压降的要求时，直流铝合金电缆的选型规格或比铜芯电缆高1～2个档位，交流铝芯电缆的选型规格或比铜芯电缆高1～3个档位，因此须要在桥架的经济选择上综合考虑转弯半径和电缆直径两个问题。低压直流电缆目前的常规选型为铜芯70/95/120 mm²，如替换使用铝合金电缆，在满足技术性能条件下与选用铜芯电缆时桥架的选型进行对比（设一段桥架内须要敷设10根阻燃铠装电缆，桥架填充率按不大于40%）。对比数据如表8、表9所示。

由表8、表9可知，低压直流铝合金电缆在升一档时，桥架的选型可基本与铜芯时保持一致，价格影响很小；低压直流铝合金电缆在升两档时，桥架的选型除在70档升至120档有一定的差值外（成本增加44%），其余规格均与铜芯时价格相差不大。

表8 直流铝合金电缆比铜芯电缆高一档时的桥架选型对比

表9 直流铝合金电缆比铜芯电缆高二档时的桥架选型对比

低压交流电缆目前的常规选型为铜芯95/120/150 mm²，如替换使用铝合金电缆，在满足技术性能条件下与选用铜芯电缆时桥架的选型进行对比（设一段桥架内须要敷设10根阻燃铠装电缆，桥架填充率按不大于40%）。对比数据如表10、表11、表12所示。

表10 交流铝合金电缆比铜芯电缆高一档时的桥架选型对比

表11 交流铝合金电缆比铜芯电缆高二档时的桥架选型对比

表12 交流铝合金电缆比铜芯电缆高三档时的桥架选型对比

由表10、表11、表12可知，低压交流铝合金电缆在升一档时，桥架的选型规格平均可降低一个规格，单位成本价格下降约25%；低压直流铝合金电缆在升两、三档时，桥架的选型影响均不大，价格也基本与铜芯时持平。

低压直流、交流电缆替换使用铝合金电缆对桥架的规格选型、安装费用整体影响很小，不是电缆替换的关键影响因素，酌情考虑即可。

4 结束语

分布式光伏发电项目中，在满足电气性能条件下，低压交直流铝合金电缆的选型会比铜芯电缆规格大一、二、三档不等，但由于铝合金与铜芯电缆的单价成本差异，铝合金电缆依旧占有一定成本优势。而由电缆截面增大所引起的桥架成本变化对于整个光伏系统影响不大，且结合铝合金材料自身强大的抗腐蚀能力，更轻更柔韧的特性，能弥补传统铜芯电缆具有记忆效应和高反弹性能等的不足，极大地方便了工程的运输和施工的安装。综合考虑各种因素，在光伏发电系统中铝合金电缆的发展空间还是很大的。针对具体的工程项目，铝合金电缆则还须要从成本、安装、施工费用等各个方面做进一步的研究。相信随着科技的发展，铝合金的工艺水平不断提高，它的应用必将更加完善，进而能推进光伏发电行业的进一步发展。