CN101916615A - 太阳能光伏电缆 - Google Patents

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郭大利
范沛菁
马定烽
徐佳
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Abstract

本发明属于电缆领域，尤其是一种应用于光伏太阳能系统的太阳能光伏电缆。它主要包括导体、绝缘层以及护套，所述的绝缘层包括内绝缘层与外绝缘层，内绝缘层采用20℃体积电阻为1.0×1014～9.0×1017Ω·cm，-40℃至125℃的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料；外绝缘层采用20℃体积电阻为1.0×1012～9.0×1015Ω·cm，氧指数在24～46，-40℃至125℃的低烟无卤阻燃辐照交联聚稀烃材料，内绝缘层的厚度为0.1mm至1.3mm，外绝缘层的厚度为0.2mm至1.3mm。本发明的优点在于有效降低了成品的16.7％外径，重量降低了49.1％，绝绝缘层厚度减少量为现有技术的42.5％，提高了耐酸碱性、耐湿热性、耐臭氧、耐紫外性等工作性能，延长了使用寿命。

Description

太阳能光伏电缆
技术领域
本发明属于电缆领域，尤其是一种应用于光伏太阳能系统的太阳能光伏电缆。
背景技术
能源是人类赖于生存与发展的基本资源，随着社会的进步、科技的发展，常规资源消耗日益增大，可利用能源的储量却越来越少。而取之不尽，用之不竭的绿色环保能源------太阳能，已经引起人们极大的兴趣。
21世纪，各国政府特别是欧洲为了推动太阳能行业的发展，采取政府补贴、资助等一系列鼓励政策，加上人们环保意识日益增强，太阳能产业大约以40％的速度递增，在未来几年内将继续保持快速递增的强劲势头。
太阳能光伏电缆在北美市场销售必须符合UL的相关标准；在欧洲市场销售必须符合德国莱茵TUV公司的技术规范2PfG 1169/08.2007的要求。但在实际的生产与应用中，为了满足UL的相关标准就无法满足德国莱茵TUV公司的技术规范2PfG 1169/08.2007的要求，因为UL的相关标准主要指标是阻燃性和绝缘性，TUV主要指标是电缆寿命、热老化和无卤性，然而在国际上还没有一种材料作为绝缘层可以同时满足UL和TUV的要求，所以如果产品只能满足一个要求，就限制了产品的销售区域。因此同一种光伏电缆产品无法在两大市场同时销售，或者只能针对两大市场进行分开销售两种不同的产品，这样不仅增加了企业的研发成本和生产成本，而且不利于光伏组件的研发。太阳能光伏电缆主要用于太阳能光伏组件的接线盒内，世界上各大生产接线盒的公司针对现有的接线盒都在改进，尤其是将接线盒的体积减小、重量减轻，由于太阳能光伏电缆是接线盒的主要零部件之一，所以现有的太阳能光伏电缆的外径、重量直接制约着接线盒的改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种高电气性能、高阻燃性能、高耐环境性以及低烟无卤的太阳能光伏电缆，它相对现有的太阳能光伏电缆外径小、质量轻、优异的电气性，具有很高的耐环境性与环保性。
实现本发明的技术方案如下：
太阳能光伏电缆，它主要包括导体、绝缘层以及护套，所述的绝缘层包括内绝缘层与外绝缘层，内绝缘层采用20℃体积电阻为1.0×1014～9.0×1017Ω·cm，-40℃至125℃的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料；外绝缘层采用20℃体积电阻为1.0×1012～9.0×1015Ω·cm，氧指数在24～46，-40℃至125℃的低烟无卤阻燃辐照交联聚稀烃材料，内绝缘层的厚度为0.1mm至1.3mm，外绝缘层的厚度为0.2mm至1.3mm。绝缘层设计为双层分阶，内绝缘层采用了-40℃至125℃的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层采用了-40℃至125℃的低烟无卤阻燃辐照交联聚稀烃材料，以分阶绝缘降低导体表面的电场强度，降低的程度与内绝缘的介电常数减外绝缘的介电常数有关，相差越大，降低的越多，内绝缘采用20℃体积电阻1.0×1014～9.0×1017Ω·cm；施加600V的48～62HZ正弦波电压，在90℃的水里浸泡12周以上，每周最小绝缘电阻大于3MΩ·km，且在规定的浸水时间后半部分每连续3周中每周的绝缘电阻最大下降速率不得超过4％或在90℃的水里浸泡24至36周，最小绝缘电阻小于3MΩ·km，大于0.075MΩ·km，在规定的浸水时间后半部分每连续3周中每周的绝缘电阻最大下降速率不得超过2％的高绝缘性，高耐水性的-40℃至125℃的挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘采用20℃体积电阻1.0×1012～9.0×1015Ω·cm，具有一定的耐水性，氧指数24～46高阻燃的低烟无卤阻燃辐照交联聚稀烃材料，所以内绝缘的介电常数减外绝缘的介电常数的差大，因此导体表面的电场强度降低大，同时内绝缘层的厚度为0.1mm至1.3mm，外绝缘层的厚度为0.2mm至1.3mm就能满足要求，减小了绝缘层的外径，从而达到减小太阳能光伏电缆外径的目的，绝缘层厚度较现有技术减少量大约为35％，同时挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料与低烟无卤阻燃辐照交联聚稀烃材料具有环保的特性。
所述的绝缘层的厚度为0.5mm至2.3mm。保证了太阳能光伏电缆的外径相比现有技术而减小。
所述的导体为多股绞合的退火软铜丝或镀锡退火软铜丝。20℃退火软铜丝最大电阻率：0.01707Ω·mm2/m；20℃镀锡退火软铜丝最大电阻率：0.01770Ω·mm2/m，保证了导体的导电效果。
所述的护套耐温等级为-40℃～125℃的挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料。该护套具有耐紫外线、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、耐高温的特性，能适应多种温候的环境条件，保证电缆的使用寿命与效果。
所述的内绝缘层为挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，所述的外绝缘层为挤出型低烟无卤阻燃辐照交联聚稀烃材料，内绝缘层与外绝缘层之间粘连。内绝缘层与外绝缘层之间粘连而不易分离，内绝缘层与外绝缘层采用高精度机头和免调钨钢模具，双机头共挤；加在线红外线动态外径测试仪和在线动态偏芯测试仪，保证了生产的稳定性和产品质量，有效降低了生产成本。
所述的导体同一截面最大外径与最小外径之差与平均外径比值小于等于15％。
所述的护套厚度为0.5mm至1.5mm。护套与导体及绝缘层结合时保证了太阳能光伏电缆的整体外径的减小。
所述的退火软铜丝或镀锡退火软铜丝的单丝最小伸长率为20％，其最大单丝外径为0.41mm。
所述的导体的绞合方式为一次束绞或复合绞。该导体具有低电阻的特点。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1、电缆电缆具有较高机械强度和良好的柔软性，电缆弯曲半径为电缆外径的6倍；
2、成品长期工作温度为-40～90℃，最高工作温度为120℃。电缆的正常使用寿命为25年以上；
3、成品具有无卤特性，满足IEC 60754-1和IEC 60754-2要求，卤含量不大于5mg/g，pH值不小于4.3，电导率不大于10μS/mm；
4、成品具有环保性，其中铅、汞、六价铬、聚溴联苯和聚溴二苯醚的含量低于.1％(1000ppm)，镉含量低于0.01％(100ppm)，HCL≤0.5％，HBr≤0.5％；F≤0.1％，所有部件符合RoHS要求；
5、成品具有高阻燃性能，通过IEC 60332-1单根垂直燃烧要求和UL1581的VW-1垂直燃烧要求；
6、成品适合在干燥和潮湿环境使用，尤其在90℃的水中可长期工作；也可在-40℃的环境中长期工作；
7、成品具有耐酸碱性、耐湿热性、耐臭氧、耐紫外性；
8、成品具有高的电气绝缘性，20℃绝缘电阻常数3670MΩ·Km；
9、成品同时满足符合UL4703和德国莱茵TUV公司的技术规范2PfG1169/08.2007的要求，即同时具备高阻燃性、高绝缘性、电缆使用寿命厂、抗热老化和无卤性的特点；
10、有效降低了成品的相对现有技术大约15％外径，每公里绝缘重量较现有技术降低了大约35％，绝缘层厚度减少量大约为现有技术的35％；护套重量较现有技术大约降低了10％。
11、在本发明应用于光伏电池的接线盒中时，能有效地大幅降低接线盒重量以技体积，同时节省了电缆本身以及接线盒的生产成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图中，1、导体，2、内绝缘层，3、外绝缘层，4、护套。
具体实施方式
如图1所示，太阳能光伏电缆，它主要包括导体1、护套4以及内绝缘层2与外绝缘层3，内绝缘层2采用了-40℃至125℃的挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层3采用了-40℃至125℃的挤出型低烟无卤阻燃辐照交联聚稀烃环料，它们粘连，不易分离，内绝缘层与外绝缘层采用高精度机头和免调钨钢模具，双机头共挤，在线红外线动态外径测试仪和在线动态偏芯测试仪，保证了生产的稳定性和产品质量，有效降低了生产成本，其中内绝缘采用20℃体积电阻1.0×1014～9.0×1017Ω·cm；施加600V的48～62HZ正弦波电压，在90℃的水里浸泡12周以上，每周最小绝缘电阻大于3MΩ·km，且在规定的浸水时间后半部分每连续3周中每周的绝缘电阻最大下降速率不得超过4％或在90℃的水里浸泡24至36周，最小绝缘电阻小于3MΩ·km，大于0.075MΩ·km，在规定的浸水时间后半部分每连续3周中每周的绝缘电阻最大下降速率不得超过2％的高绝缘性，高耐水性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘采用20℃体积电阻1.0×1012～9.0×1015Ω·cm，具有一定的耐水性，氧指数24～46高阻燃的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，内绝缘层的厚度为0.1mm至1.3mm，外绝缘层的厚度为0.2mm至1.3mm，内绝缘层与外绝缘层组成的绝缘层的厚度在0.5mm至2.3mm；导体1为多根或多股绞合的退火软铜丝或镀锡退火软铜丝，20℃退火软铜丝最大电阻率；0.01707Ω·mm2/m(本电阻率高与国家标准)；20℃镀锡退火软铜丝最大电阻率；0.01770Ω·mm2/m(本电阻率高与国家标准)，绞合导体椭圆度规定：绞合导体同一截面最大外径与最小外径之差与平均外径比值不得大于15％，其中最大单丝外径0.41mm，绞合方式分为一次束绞与复合绞，单丝最小伸长率为20％；护套4选择-40℃至125℃等级的耐紫外性、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，护套的厚度为0.5mm到1.5mm。
实施事例1，太阳能光伏电缆的规格为1.5mm2和2.5mm2，其导体1采用镀锡退火软铜丝，单丝直径为0.25mm，最小伸长率为20％，多根单丝一次束绞形成导体1，内绝缘层2采用厚度0.1～0.3mm的高绝缘性、高耐水性的挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层3采用厚度0.20～0.40mm的高阻燃性、较高绝缘性的挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，他们之间粘连组成绝缘层，绝缘层平均厚度为0.5mm，护套4选择-40℃至125℃等级的耐紫外性、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，其平均厚度为0.5mm。
实施事例2，太阳能光伏电缆的规格为4.Omm2和6.Omm2，其导体1采用镀锡退火软铜丝，单丝直径为0.30mm，最小伸长率为20％，多根单丝一次束绞形成导体1，内绝缘层2采用厚度0.25～0.45mm的高绝缘性、高耐水性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层3采用厚度0.35～0.55mm的高阻燃性、较高绝缘性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，他们之间粘连组成绝缘层，绝缘层平均厚度为0.80mm，护套选择-40℃至125℃等级的耐紫外性、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，其平均厚度为0.8mm。
实施事例3，太阳能光伏电缆的规格为1Omm2，其导体1采用镀锡退火软铜丝，单丝直径为0.40mm，最小伸长率为25％，多根单丝一次束绞形成导体1，内绝缘层2采用厚度0.40～0.70mm的高绝缘性、高耐水性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层3采用厚度0.50～0.80mm的高阻燃性、较高绝缘性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，他们之间粘连组成绝缘层，绝缘层平均厚度为1.2mm，护套选择-40℃至125℃等级的耐紫外性、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，其平均厚度为1.2mm。
实施事例4，高性能太阳能光伏电缆的规格为16mm2，其导体1采用镀锡退火软铜丝，单丝直径为0.40mm，最小伸长率为25％，多股退火软铜丝通过复合绞形成导体1，内绝缘层2采用厚度0.60～0.90mm的高绝缘性、高耐水性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层3采用厚度0.70～1.0mm的高阻燃性、较高绝缘性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，他们之间粘连组成绝缘层，绝缘层平均厚度为1.6mm，护套选择-40℃至125℃等级的耐紫外性、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，其平均厚度为1.4mm。
实施事例5，太阳能光伏电缆的规格为25mm2和35mm2，其导体1采用镀锡退火软铜丝，单丝直径为0.40mm，最小伸长率为25％，多股退火软铜丝通过复合绞形成导体1，内绝缘层2采用厚度1.0～1.3mm的高绝缘性、高耐水性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层3采用厚度1.0～1.3mm的高阻燃性、较高绝缘性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，他们之间粘连组成绝缘层，绝缘层平均厚度为2.3mm，护套选择-40℃至125℃等级的耐紫外性、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，其平均厚度为1.5mm。
实施事例6，太阳能光伏电缆的规格为4.0mm2和6.0mm2，其导体1采用退火软铜丝，单丝直径为0.30mm，最小伸长率为20％，多根单丝一次束绞形成导体1，内绝缘层2采用厚度0.45～0.65mm的高绝缘性、高耐水性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层3采用厚度0.55～0.75mm的高阻燃性、较高绝缘性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，他们之间粘连组成绝缘层，绝缘层平均厚度为1.2mm，护套选择-40℃～125℃等级的耐紫外性、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，其平均厚度为0.8mm。
实施事例8，太阳能光伏电缆的规格为10mm2，其导体1采用退火软铜丝，单丝直径为0.40mm，最小伸长率为25％，多根单丝一次束绞形成导体1，内绝缘层2采用厚度0.15～0.35mm的高绝缘性、高耐水性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层3采用厚度0.15～0.35mm的高阻燃性、较高绝缘性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，他们之间粘连组成绝缘层，绝缘层平均厚度为0.5mm，护套选择-40℃～125℃等级的耐紫外性、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，其平均厚度为1.5mm。
实施事例9，太阳能光伏电缆的规格为16mm2，其导体1采用退火软铜丝，单丝直径为0.4mm，最小伸长率为25％，多股退火软铜丝通过复合绞形成导体1，内绝缘层2采用厚度1.0～1.3mm的高绝缘性、高耐水性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，外绝缘层3采用厚度1.0～1.3mm的高阻燃性、较高绝缘性的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，他们之间粘连组成绝缘层，绝缘层平均厚度为2.3mm，护套选择-40℃至125℃等级的耐紫外性、高阻燃、耐酸碱、耐湿热、挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，其平均厚度为0.6mm。
不同规格可采用不同单丝直径的退火软铜丝或镀锡退火软铜丝，也可采用一次束绞或复合绞；一次束绞绞合节距为：绞合导体外径8～16倍；复合绞绞合节距为：复绞单元为一次束绞，绞合节距为复绞单元外径8～16倍；复绞导体的复绞单元的绞合节距为该层复绞导体外径8～16倍；绝缘和护套厚度为以上尺寸的任意组合。
产品主要应用于太阳能发电组件中的接线盒，由于接线盒是粘接在太阳能电池背板上，所以要求接线盒的重量尽量轻，体积尽量小；而占整个接线盒重量大约40％的电缆重量的改进就非常重要。本发明在保证性能的基础上，有效的减少了绝缘厚度和电缆重量；而随着绝缘厚度的减少，电缆外径就变小，从而为接线盒上连接器、防水螺丝和接线盒等部件的减小提供了有利的条件和空间。
以上举例只是对本发明的其中几个实施事例的枚举，本发明包括但不限于以上实施事例，任何在本发明基础上进行的改进都属于本发明所保护的内容。

Claims (9)

1.太阳能光伏电缆，它主要包括导体、绝缘层以及护套，其特征在于：所述的绝缘层包括内绝缘层与外绝缘层，内绝缘层采用20℃体积电阻为1.0×1014～9.0×1017Ω·cm，-40℃至125℃的低烟无卤辐照交联聚稀烃材料；外绝缘层采用20℃体积电阻为1.0×1012～9.0×1015Ω·cm，氧指数在24～46，-40℃至125℃的低烟无卤阻燃辐照交联聚稀烃材料，内绝缘层的厚度为0.1mm至1.3mm，外绝缘层的厚度为0.2mm至1.3mm。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏电缆，其特征在于：所述的绝缘层的厚度为0.5mm至2.3mm。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏电缆，其特征在于：所述的导体为多股绞合的退火软铜丝或镀锡退火软铜丝。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏电缆，其特征在于：所述的护套耐温等级为-40℃～125℃的挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏电缆，其特征在于：所述的内绝缘层为挤出型低烟无卤辐照交联聚稀烃材料，所述的外绝缘层为挤出型低烟无卤阻燃辐照交联聚稀烃材料，内绝缘层与外绝缘层之间粘连。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏电缆，其特征在于：所述的导体同一截面最大外径与最小外径之差与平均外径比值小于等于15％。
7.根据权利要求1或3所述的太阳能光伏电缆，其特征在于：所述的护套厚度为0.5mm至1.5mm。
8.根据权利要求3述的太阳能光伏电缆，其特征在于：所述的退火软铜丝或镀锡退火软铜丝的单丝最小伸长率为20％，其最大单丝外径为0.41mm。
9.根据权利要求3所述的太阳能光伏电缆，其特征在于：所述的导体的绞合方式为一次束绞或复合绞。
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