CN104751957A - 一种光伏电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏电缆及其制备方法，其中所述光伏电缆包括导体部及绕包在所述导体部外的隔离层，所述隔离层外依次包覆有至少一层绝缘层和至少一层外护套，所述绝缘层和外护套由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成。采用由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成的绝缘层和外护套，起到双重保护作用，其耐温性能在-40℃-125℃之间；抗臭氧和抗紫外线性能强，并具有无铅、无卤、阻燃的性能，烟雾释放量极低，使用寿命达25年以上；且该光伏电缆既具有良好的机械强度，在弯折、拉伸方面具有良好的性能。

Description

一种光伏电缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆技术领域，更具体地说，涉及一种太阳能发电用的光伏电缆及其制备方法。

背景技术

随着人类环保意识的增强，世界能源结构也正在发生着巨大的变化，即由矿物能源系统向以可再生能源为基础的可持续新能源系统转变。由世界和我国各种可再生能源资源量来看，太阳能是最主要的能源资源，因此太阳能发电应是未来提供大规模发电的主力，是大规模发展的方向。

大多数太阳能企业都在实施光伏发电模式，光伏发电是世界上增幅最快的企业之一。而作为光伏发电的配套产品太阳能发电用光伏电缆的市场前景也极为广阔。

光伏电缆时常暴露在阳光之下，太阳能系统常常会在恶劣环境条件下使用，如高温和紫外线辐射。在一部分地区，晴天时将导致太阳能系统的现场温度高达100℃，所以对光伏电缆的耐高温和抗紫外线性能提出了较高的要求。现有的光伏电缆在高温暴晒、日光辐射和腐蚀等苛刻环境条件下使用时，电缆护套易碎以及电缆绝缘层易分解，甚至发生短路，从而影响整个光伏系统的使用安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述光伏电缆耐温性能差、电缆护套和绝缘层易分解的缺陷，提供一种耐高温和抗紫外线性能好的光伏电缆及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种光伏电缆，包括导体部及绕包在所述导体部外的隔离层，所述隔离层外依次包覆有至少一层绝缘层和至少一层外护套，所述绝缘层和外护套由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成。

在本发明所述的光伏电缆中，所述导体部包括多根导体，多根所述导体扭绞形成所述导体部，多根所述导体的绞合方向为“Z”向。

在本发明所述的光伏电缆中，所述导体部包括位于导体部正中心的第一导体和均匀分布且绕制在位于正中心的所述第一导体四周的多个第二导体。

在本发明所述的光伏电缆中，绕制在位于正中心的第一导体外围的第二导体的绞合节距小于绞合外径的10倍，位于正中心的所述第一导体的绞合节距是第二导体的绞合节距的0.98-0.995倍。

在本发明所述的光伏电缆中，每一所述导体采用直径小于0.41mm的多根镀锡铜单丝束绞而成。

在本发明所述的光伏电缆中，所述隔离层的材料为低烟无卤阻燃高分子材料。

在本发明所述的光伏电缆中，所述改性热塑性弹性体材料按质量份数包括热塑性弹性体90-110份、白炭黑6-10份、阻燃剂2-5份、高温油3-8份和无铅稳定剂4-8份。

在本发明所述的光伏电缆中，，所述改性聚氨酯材料按质量份数包括聚氨酯90-110份、白炭黑6-10份、阻燃剂2-5份、高温油3-8份和无铅化稳定剂4-8份。

在本发明所述的光伏电缆中，所述高温油为偏苯三酸三辛酯，所述无铅化稳定剂为钙锌稳定剂。

本发明还提供了一种光伏电缆的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：使用直径小于0.41mm的多根镀锡铜单丝束绞形成导体；

步骤S2：将步骤S1制得的多根导体扭绞形成导体部；

步骤S3：在所述导体部外绕包隔离层；

步骤S4：在所述隔离层外依次挤包由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成的至少一层绝缘层和至少一层外护套。

实施本发明的光伏电缆及其制备方法，具有以下有益效果：采用由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成的绝缘层和外护套，起到双重保护作用，其耐温性能在-40℃-125℃之间；抗臭氧和抗紫外线性能强，并具有无铅、无卤、阻燃的性能，烟雾释放量极低，使用寿命达25年以上；且该光伏电缆既具有良好的机械强度，在弯折、拉伸方面具有良好的性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明较佳实施例提供的光伏电缆的剖视图。

具体实施方式

为了解决现有技术的光伏电缆耐温性能差、电缆护套和绝缘层易分解的缺陷，本发明采用由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成所述绝缘层和外护套，其能在恶劣环境条件下使用、耐油和耐化学腐蚀；且抗臭氧和抗紫外线性能强，并具有无铅、无卤、阻燃的性能，烟雾释放量极低；用该种改性材料制成的绝缘层和外护套能通过5000小时的老化试验，在剧烈温度变化和化学侵蚀条件下，不易发生分解和破碎，提高了光伏电缆的使用寿命。

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描写的具体实施方式仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明较佳实施例提供的光伏电缆，包括导体部1、隔离层2、至少一层绝缘层3和至少一层外护套4，且导体部1、隔离层2、绝缘层3和外护套4由内到外依次设置，即隔离层2绕包在导体部1的外侧，隔离层2外又依次包覆至少一层绝缘层3和至少一层外护套4。

导体部1包括多根导体11，该多根导体11扭绞形成导体部1，且多根导体11的绞合方向为“Z”向；具体地导体部1通过将多根导体11捆束在一起并且将多根导体11相对于导体部1的轴中心进行扭绞而成，因此多根导体11成螺旋状地相互缠绕以形成导体部1。

导体部1包括位于导体部1正中心的第一导体和均匀分布且绕制在位于正中心的第一导体四周的多个第二导体，即多根导体11中的其中一根导体11位于导体部1的正中心，其它导体11均匀分布且绕制在位于正中心的导体11外围，即多根导体11大致呈圆周方向排列，然后再进行绞合形成所述导体部1。绕制在位于正中心的第一导体外围的第二导体的绞合节距小于绞合外径的10倍，且位于正中心的第一导体的绞合节距是第二导体的绞合节距的0.98-0.995倍。除了正中心的第一导体以外，其它第二导体的绞合节距均小于导体部1的绞合外径的10倍，而位于正中心的第一导体的绞合节距是第二导体11的绞合节距的0.98-0.995倍；即位于正中心的第一导体的绞合节距小于位于其外围的第二导体的绞合节距，这是由于多根导体11扭绞时，位于正中心的第一导体本身不发生绞合，而是被位于其外围的第二导体扭绞，在保证导体部1受力均匀的前提下采用此绞距。

如图1所示，本实施例中，导体部1包括7根导体11，且该7根导体11均为圆形、尺寸相等。其中一根导体11（即第一导体）位于导体部1的正中心，剩下的6根导体11（即第二导体）均匀地绕制在位于正中心的导体11的外围，从而形成大致为圆周形的导体部1，采用7根导体11扭绞制得的导体部1的横截面形状接近饱满的圆形，结构稳定且每根导体11的受力均匀；并使得成型的导体11表面光亮、节距均匀，导体11外径圆整、均匀，无跳丝、毛刺、断丝、拉细现象。可以理解，导体11的数量并不限于7根，在其它实施例中，可以根据需要自行设计。

本发明的每一导体11（包括第一导体和第二导体）均是由多根镀锡铜单丝束绞而成的，且所采用的镀锡铜单丝的直径小于0.41mm、伸长率高。单丝直径小则制成同样外径的导体11所使用的镀锡铜单丝的数量大，这能有效均匀分散所受的外力；单丝伸长率高说明铜丝软、延展性强，抗弯折能力强。本实施例中，每一导体11是由28根直径小于0.41mm的镀锡铜单丝束绞而成，且导体11具有圆形截面。

隔离层2包覆在导体部1外侧，并由低烟无卤阻燃高分子材料重叠绕包在导体部1外形成，且隔离层2的重叠程度为其宽度的16%-24%，低烟无卤阻燃高分子材料具有高阻燃的特性，强度高、被动燃烧时发烟少，这样绕包能够使得其效果更大化，使用寿命也更长。

绝缘层3包覆在隔离层2外侧，外护套4又进一步包覆在绝缘层3的外侧，从而形成在隔离层2外依次挤包绝缘层3和外护套4的光伏电缆。本发明中，绝缘层3和外护套4均至少为一层，即包覆在隔离层2外侧的绝缘层3并不限于一层，可以为两层及两层以上，且多层绝缘层2之间紧密粘附；包覆在绝缘层3外侧的外护套4也不限于一层，也可为两层及两层以上，在此不做限定。绝缘层3和外护套4均由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成，这种热塑性弹性体改性材料或改性聚氨酯材料是以相应的热塑性弹性体或聚氨酯为主料，并添加了一些辅助材料混制而成，改善了绝缘层3和外护套4的热学特性、机械特性和化学特性，使其对于紫外线、臭氧腐蚀和大温差具有良好的耐受性，使光伏电缆耐环境能力增强，提高了使用寿命。

改性热塑性弹性体材料按质量份数包括热塑性弹性体90-110份、白炭黑6-10份、阻燃剂2-5份、高温油3-8份和无铅稳定剂4-8份；改性聚氨酯材料按质量份数包括聚氨酯90-110份、白炭黑6-10份、阻燃剂2-5份、高温油3-8份和无铅化稳定剂4-8份。即改性热塑性弹性体材料和改性聚氨酯材料中除了主料不同以外，其它辅助材料是相同的，高温油为偏苯三酸三辛酯，无铅化稳定剂为钙锌稳定剂。其中，钙锌稳定剂具有相当好的热稳定性、光稳定性和透明性，且不含铅盐类等有毒物质；偏苯三酸三辛酯是一种环保增塑剂，增速效果好，并具有良好的耐光、耐热、耐老化性能；白炭黑主要用来防护紫外线，以免护套材料被紫外线杀伤而造成老化；阻燃剂优选为氢氧化铝或氢氧化镁，且均为纳米级或微米级，具有优异的阻燃效果。可以理解，在其它实施例中，高温油、阻燃剂和无铅化稳定剂也可采用其它物质，对此不作限定。

采用以上配比的改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料作为光伏电缆的绝缘层3和外护套4，其耐温性能在-40℃-125℃之间，能在恶劣环境条件下使用、耐油和耐化学腐蚀；且抗臭氧和抗紫外线性能强，并具有无铅、无卤、阻燃的性能，烟雾释放量极低；用该种改性材料制成的绝缘层3和外护套4能通过5000小时的老化试验，在剧烈温度变化和化学侵蚀条件下，不易发生分解和破碎，提高了光伏电缆的使用寿命。

本发明的光伏电缆，采用由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成的绝缘层3和外护套4，起到双重保护作用，其耐温性能在-40℃-125℃之间；抗臭氧和抗紫外线性能强，并具有无铅、无卤、阻燃的性能，烟雾释放量极低；且该光伏电缆具有良好的机械强度，在弯折、拉伸方面具有良好的性能；该光伏电缆可用于连接太阳能电池板、蓄电池或其它集电单元如光伏组件和逆变器的布线系统，在高温暴晒、日光辐射和腐蚀等苛刻环境条件下的使用寿命长达25年。

本发明的另一方面，提供了一种光伏电缆的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤S1：使用直径小于0.41mm的多根镀锡铜单丝束绞形成导体11；

步骤S2：将步骤S1制得的多根导体11扭绞形成导体部1；

步骤S3：在所述导体部1外绕包隔离层2；

步骤S4：在所述隔离层2外依次挤包由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成的至少一层绝缘层3和至少一层外护套4。

在步骤S1中，具体包括三个子步骤：选料、拉丝和绞合。选料：根据制备不同电缆的要求选择使用的导体材料，如选用电工镀锡圆铜杆作为导体材料。拉丝：将导体材料进行拉丝、退火处理得到直径小于0.41mm的镀锡铜单丝。绞合：将拉丝得到的多根镀锡铜单丝束绞形成导体11。

步骤S2：将步骤S1制得的多根导体11捆束在一起并且将多根导体11相对于导体部1的轴中心进行扭绞形成导体部1，因此多根导体11成螺旋状地相互缠绕以形成导体部1。

步骤S3：在步骤S2制得的导体部1外重叠绕包隔离层2，且该隔离层2采用低烟无卤阻燃高分子材料，隔离层2的重叠程度为其宽度的16%-24%，低烟无卤阻燃高分子材料具有高阻燃的特性，强度高、被动燃烧时发烟少，这样绕包能够使得其效果更大化，使用寿命也更长。

步骤S4：利用挤出机，把改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料经过预热、螺杆旋转搅动熔融，在隔离层2外依次挤包包覆至少一层绝缘层3和至少一层外护套4。改性热塑性弹性体材料按质量份数包括热塑性弹性体90-110份、白炭黑6-10份、阻燃剂2-5份、高温油3-8份和无铅稳定剂4-8份；改性聚氨酯材料按质量份数包括聚氨酯90-110份、白炭黑6-10份、阻燃剂2-5份、高温油3-8份和无铅化稳定剂4-8份，其中温油为偏苯三酸三辛酯，无铅化稳定剂为钙锌稳定剂，阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁。

实施例1

导体制备：使用直径为0.3mm的多根镀锡铜单丝束绞形成导体11；导体部制备：将制得的多根导体11扭绞形成导体部1，且扭绞的方向为“Z”向；绕包隔离层：在导体部1外绕包一层隔离层2，且隔离层2采用低烟无卤阻燃高分子材料制成；挤包绝缘层和外护套：利用挤出机，在隔离层2外挤包一层绝缘层3和一层外护套4。其中绝缘层3采用改性热塑性弹性体材料制成，该改性热塑性弹性体材料按质量份数包括90份热塑性弹性体、10份白炭黑、4份氢氧化铝、6份偏苯三酸三辛酯和8份钙锌稳定剂。外护套4采用改性聚氨酯材料制成，该改性聚氨酯材料按质量份数包括110份聚氨酯、8份白炭黑、5份氢氧化镁、8份偏苯三酸三辛酯和6份钙锌稳定剂。

实施例2

导体制备：使用直径为0.4mm的多根镀锡铜单丝束绞形成导体11；导体部制备：将制得的多根导体11扭绞形成导体部1，且扭绞的方向为“Z”向；绕包隔离层：在导体部1外绕包一层隔离层2，且隔离层2采用低烟无卤阻燃高分子材料制成；挤包绝缘层和外护套：利用挤出机，在隔离层2外挤包一层绝缘层3和两层外护套4。其中绝缘层3采用改性聚氨酯材料制成，该改性聚氨酯体材料按质量份数包括90份聚氨酯、6份白炭黑、4份氢氧化铝、6份偏苯三酸三辛酯和4份钙锌稳定剂。两层外护套4也均采用改性聚氨酯材料制成，该改性聚氨酯材料按质量份数包括100份聚氨酯、7份白炭黑、2份氢氧化镁、3份偏苯三酸三辛酯和8份钙锌稳定剂。

实施例3

导体制备：使用直径为0.35mm的多根镀锡铜单丝束绞形成导体11；导体部制备：将制得的多根导体11扭绞形成导体部1，且扭绞的方向为“Z”向；绕包隔离层：在导体部1外绕包一层隔离层2，且隔离层2采用低烟无卤阻燃高分子材料制成；挤包绝缘层和外护套：利用挤出机，在隔离层2外挤包两层绝缘层3和一层外护套4。其中两层绝缘层3均采用改性热塑性弹性体材料制成，该改性热塑性弹性体材料按质量份数包括110份热塑性弹性体、6份白炭黑、5份氢氧化镁、3份偏苯三酸三辛酯和6份钙锌稳定剂。一层外护套4采用改性聚氨酯材料制成，该改性聚氨酯材料按质量份数包括105份聚氨酯、10份白炭黑、5份氢氧化镁、5份偏苯三酸三辛酯和7份钙锌稳定剂。

实施例4

导体制备：使用直径为0.2mm的多根镀锡铜单丝束绞形成导体11；导体部制备：将制得的多根导体11扭绞形成导体部1，且扭绞的方向为“Z”向；绕包隔离层：在导体部1外绕包一层隔离层2，且隔离层2采用低烟无卤阻燃高分子材料制成；挤包绝缘层和外护套：利用挤出机，在隔离层2外挤包两层绝缘层3和两层外护套4。其中两层绝缘层3和两层外护套4均采用改性热塑性弹性体材料制成，该改性热塑性弹性体材料按质量份数包括100份热塑性弹性体、8份白炭黑、2份氢氧化铝、8份偏苯三酸三辛酯和4份钙锌稳定剂。

本发明的光伏电缆的制备方法，工艺简单、降低了生产成本，不需要购进新的设备，有利于推广使用；且采用该方法制得的光伏电缆，其耐温性能在-40℃-125℃之间；抗臭氧和抗紫外线性能强，并具有无铅、无卤、阻燃的性能，烟雾释放量极低，使用寿命达25年以上；且该光伏电缆既具有良好的机械强度，在弯折、拉伸方面具有良好的性能。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种光伏电缆，其特征在于，包括导体部（1）及绕包在所述导体部（1）外的隔离层（2），所述隔离层（2）外依次包覆有至少一层绝缘层（3）和至少一层外护套（4），所述绝缘层（3）和外护套（4）由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成。

2.根据权利要求1所述的光伏电缆，其特征在于，所述导体部（1）包括多根导体（11），多根所述导体（11）扭绞形成所述导体部（1），多根所述导体（11）的绞合方向为“Z”向。

3.根据权利要求2所述的光伏电缆，其特征在于，所述导体部（1）包括位于所述导体部（1）正中心的第一导体和均匀分布且绕制在位于正中心的所述第一导体四周的多个第二导体。

4.根据权利要求3所述的光伏电缆，其特征在于，绕制在位于正中心的第一导体外围的第二导体的绞合节距小于绞合外径的10倍，位于正中心的所述第一导体的绞合节距是第二导体的绞合节距的0.98-0.995倍。

5.根据权利要求2所述的光伏电缆，其特征在于，每一所述导体（11）采用直径小于0.41mm的多根镀锡铜单丝束绞而成。

6.根据权利要求1所述的光伏电缆，其特征在于，所述隔离层（2）的材料为低烟无卤阻燃高分子材料。

7.根据权利要求1所述的光伏电缆，其特征在于，所述改性热塑性弹性体材料按质量份数包括热塑性弹性体90-110份、白炭黑6-10份、阻燃剂2-5份、高温油3-8份和无铅稳定剂4-8份。

8.根据权利要求1所述的光伏电缆，其特征在于，所述改性聚氨酯材料按质量份数包括聚氨酯90-110份、白炭黑6-10份、阻燃剂2-5份、高温油3-8份和无铅化稳定剂4-8份。

9.根据权利要求7或8所述的光伏电缆，其特征在于，所述高温油为偏苯三酸三辛酯，所述无铅化稳定剂为钙锌稳定剂。

10.一种光伏电缆的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：使用直径小于0.41mm的多根镀锡铜单丝束绞形成导体（11）；

步骤S2：将步骤S1制得的多根导体（11）扭绞形成导体部（1）；

步骤S3：在所述导体部（1）外绕包隔离层（2）；

步骤S4：在所述隔离层（2）外依次挤包由改性热塑性弹性体材料或改性聚氨酯材料制成的至少一层绝缘层（3）和至少一层外护套（4）。