CN113096876B - 一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，由缆芯、护套框架及设置在缆芯与护套框架之间的导热管组成，缆芯包括多股铜导体绞合内芯和绝缘挤包层，护套框架包括金属筛网层、管套及折线板形成的管式结构，管套通过支撑板连接金属筛网层，折线板通过铰链架连接金属筛网层，支撑板通过弹簧连接折线板；本发明还自制了一种铜填充微孔膜，将其贴合在绝缘挤包层与金属筛网层之间，并提出对应的电镀工艺。本发明采用具有新型鱼鳞状管套结构的护套框架，在其支撑下，将导热管包裹在缆芯外，利用水媒导热，夏季可将屋顶高温导出并用于热水供应，冬季用于保温，既保证光伏电缆的运行稳定性，也提高本发明的适用范围。

Description

一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆
技术领域
本发明涉及光伏电缆技术领域，尤其涉及一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆。
背景技术
屋顶光伏发电技术是一种逐步推广的新能源技术，其中光伏电缆，尤其用于连接屋顶太阳能板与逆变器之间的直流电缆，其性能的保障尤为重要。
但是在炎热的夏季，由于太阳能板的吸光吸热性能，导致其底下屋顶面的温度非常高，往往能够达到100℃左右，其超过一般光伏电缆的工作温度范围（-40℃~90℃）长期使用造成电缆输送能力急剧下降；而到了冬季，低温及积雪的存在又常能够造成光伏吸收效率的大幅下降。
基于以上分析，本申请试图提出一种既可利用太阳能板发热、又能降低线缆运行实际温度的直接敷设式光伏电缆。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，由缆芯、设置在缆芯外的护套框架以及设置在缆芯与护套框架之间的导热管组成，缆芯包括多股的铜导体绞合而成的内芯、及挤包在内芯外的绝缘挤包层，铜导体外表面涂有镀锡层；
护套框架包括金属筛网层、环形分布在金属筛网层外壁上的折线板和设置在金属筛网层外侧的管套，管套设有与折线板对应的条形通孔；
管套通过支撑板固定连接在金属筛网层上，支撑板的一侧固定连接有弹簧，弹簧远离支撑板的一端固定连接在折线板上，折线板的一端通过铰链架连接在金属筛网层上，折线板的另一端伸出管套的条形通孔外，相邻的折线板相互搭接，多块折线板拼接成管式结构，管套位于管式结构的内侧；
折线板具体是折线形的硬质薄板，折线板由内层的铁片骨架及外层的橡胶套包裹而成，且橡胶套的厚度不超过0.3mm；
一圈导热管填充在绝缘挤包层与金属筛网层形成的环形空腔中，导热管外部填充有胶水，保证一定稳固性，导热管内填充有水，导热管的两端分别连接在水循环系统的冷水端和热水端，夏季时可利用屋顶高温将冷水加热，用于热水供应补充，冬季时可在热水端增加水加热装置，用于屋顶电缆铺设部位的加热，可适当升高除积雪温度，并保证缆芯的工作温度位于-10℃以上，即本发明可用于酷寒地域的光伏电缆铺设，从而保证光伏电缆的运行稳定性；
实际铺设过程中仅在屋顶表面设有护套框架，在其余铺设部位仅有缆芯部分，此时导热管也与缆芯分离，两端分别用于连通冷水端和热水端。
优选地，绝缘挤包层均为低密度线性聚乙烯橡胶。
优选地，相邻的折线板成交叉接触，且相邻的折线板的接触面衬有多齿防滑层。
优选地，管套条形通孔的开口处经过圆角处理。
优选地，金属筛网层具体是由铜线或铜带编织而成单层网络结构，铰链架点焊接在该网络结构的节点上。
优选地，绝缘挤包层与导热管之间还垫设有铜填充微孔膜。
本发明还自制了一种铜填充微孔膜，将其贴合在绝缘挤包层外表面，以期起到保护的作用；同时本发明还提供了相应的铜填充微孔膜的制备工艺，包括以下步骤：
1）选取孔径为0.1～10μm的高分子微孔滤膜，浸入浓度为50～100g/L氯化亚铜的纯水溶液中，并添加过量的盐酸，滴加5-10滴的100g/L氯化银溶液，浸渍3-6h；
2）将步骤1）得到的微孔滤膜浸入纯水中，用淡盐水冲洗3-5遍，用试纸擦拭膜表面，晾干备用；
3）将步骤2）得到的干膜浸入电镀液中，在膜的两侧通以相反的电极，电镀1-2h，冲洗几次后，50-70℃下烘干，即得成品的铜填充微孔膜。
优选地，所述高分子微孔滤膜具体是指带有指状通孔的聚乙烯微滤膜、聚砜微滤膜、聚酰胺微滤膜或醋酸纤维素微滤膜中的任一种。
优选地，所述电镀液中各成分的浓度为：硫酸100g/l，氯化亚铜60～100g/L ，聚乙烯亚胺烷基盐100-450 mg/L，聚乙二500-650mg/L。
优选地，所述步骤3）中电镀采用低电流密度（0.5A/dm2）与高电流密度（3 A/dm2）交替的脉冲式电镀方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明首先将导热管分布在缆芯外，夏季时可利用屋顶高温将冷水加热，用于热水供应补充，冬季时可在热水端增加水加热装置，用于屋顶电缆铺设部位的加热，可适当升高除积雪温度，并保证缆芯（1）的工作温度位于-10℃以上，即本发明既可用于酷寒地域、又可用于沙漠地面以及其他酷热区域的光伏电缆铺设，既保证光伏电缆的运行稳定性，也提高本发明的适用范围；
2.其次本发明采用金属筛网层、管套及折线板形成的管式结构，形成了三层保护作用的护套框架，用来保护缆芯；此种保护结构中导电性的金属筛网层起屏蔽作用，管套及折线板形成的管式结构起绝缘作用，同时折线板还起到导热的作用，当屋顶面内部发热过大时，热经过折线板传递到金属筛网层上，并带到导热管中，用于循环水的换热；在特殊情况如缆芯内部短路或发热过度，还可将缆芯内高热顺利导出电缆外部，起到降温防火的作用；
3.另一方面，折线板形成的管式结构具有密封性，从而使本发明具有防尘防水功能，从而使本发明适用于各种粉尘较重或高潮湿环境。
4.本发明自制的一种铜填充微孔膜，其既具有高分子膜的柔软性，又具有径向的导电导热功能，将其贴合在绝缘挤包层外，增加介电性，能够有效地防止局部缆芯过电压击穿及其造成过热起火的风险，大大提高了电缆的安全性，也扩大了电缆的高电压使用范围。
附图说明
图1为本发明提出的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆的结构示意图；
图2为本发明提出的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆的结构示意图的局部放大图I；
图3为本发明提出的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆的折线板的立体图；
图4为本发明提出的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆的折线板的交叉接触连接的平面示意图。
图中：1缆芯、101铜导体、102绝缘挤包层、2护套框架、201金属筛网层、202折线板、203管套、3支撑板、4弹簧、5铰链架、6多齿防滑层、7铜填充微孔膜、8导热管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-4，一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，由缆芯1、设置在缆芯1外的护套框架2以及设置在缆芯1与护套框架2之间的导热管8组成，缆芯包括多股的铜导体101绞合而成的内芯、及挤包在内芯外的绝缘挤包层102，铜导体101外表面涂有镀锡层；护套框架2包括金属筛网层201、环形分布在金属筛网层201外壁上的折线板202和设置在金属筛网层201外侧的管套203，管套203设有与折线板202对应的条形通孔；管套203通过支撑板3固定连接在金属筛网层201上，支撑板3的一侧固定连接有弹簧4，弹簧4远离支撑板3的一端固定连接在折线板202上，折线板202的一端通过铰链架5连接在金属筛网层201上，折线板202的另一端伸出管套203的条形通孔外，相邻的折线板202相互搭接，多块折线板202拼接成管式结构，管套203位于管式结构的内侧；折线板202具体是折线形的硬质薄板，折线板202由内层的铁片骨架及外层的橡胶套包裹而成，且橡胶套的厚度不超过0.3mm，使折线板202具有一定的导热功能；一圈导热管8填充在绝缘挤包层102与金属筛网层201形成的环形空腔中，导热管8外部填充有胶水，保证一定稳固性，导热管8内填充有水，导热管8的两端分别连接在水循环系统的冷水端和热水端，夏季时可利用屋顶高温将冷水加热，用于热水供应补充，冬季时可在热水端增加水加热装置，用于屋顶电缆铺设部位的加热，可适当升高除积雪温度，并保证缆芯1的工作温度位于-10℃以上，即本发明可用于酷寒地域的光伏电缆铺设，从而保证光伏电缆的运行稳定性；实际铺设过程中仅在屋顶表面设有护套框架2，在其余铺设部位仅有缆芯1部分，此时导热管8也与缆芯1分离，两端分别用于连通冷水端和热水端。
参照图1-3，绝缘挤包层102均为低密度线性聚乙烯橡胶，使光伏电缆的缆芯具有足够的弯曲半径和电气性能。
参照图1-3，相邻的折线板202成交叉接触，且相邻的折线板202的接触面衬有多齿防滑层6，参照图1-3，管套203条形通孔的开口处经过圆角处理，保证折线板202被管套203的条形通孔及弹簧4张紧时，折线板202相互之间搭接在一起，从而形成较密封的管式结构。
参照图4，相邻的折线板202成交叉接触，当有局部的折线板202受外部机械力时，只需修复该部的折线板202，大大降低电缆最外层绝缘护套的维修成本。
参照图1-3，金属筛网层201具体是由铜线或铜带编织而成单层网络结构，铰链架5点焊接在该网络结构的节点上。
参照图1，本发明还自制了一种铜填充微孔膜7，将其贴合在绝缘挤包层102外，以期起到介电保护的作用。
铜填充微孔膜7的制备工艺示例，包括以下步骤：
1）选取孔径为0.1～10μm的聚亚砜微滤膜，浸入浓度为70g/L氯化亚铜的纯水溶液中，并添加过量的盐酸，滴加5-10滴的100g/L氯化银溶液，浸渍3-6h；
2）将步骤1）得到的微孔滤膜浸入纯水中，用淡盐水冲洗3-5遍，用试纸擦拭膜表面，晾干备用；
3）将步骤2）得到的干膜浸入电镀液中，电镀液含硫酸100g/l，氯化亚铜85g/L ，聚乙烯亚胺烷基盐320mg/L，聚乙二550mg/L；在膜的两侧通以相反的电极，采用低电流密度（0.5A/dm2）与高电流密度（3 A/dm2）各交替3min的脉冲式电镀方法，持续电镀1-2h，冲洗3次后，50-70℃下烘干，即得成品的铜填充微孔膜7。
本发明自制的一种铜填充微孔膜7，其既具有高分子膜的柔软性，又具有径向的导电导热功能，能够有效地防止缆芯过电压击穿。其防击穿原理在于：利用微滤膜中的微孔通道，填充形成导电性的铜柱，而其余膜表面均为绝缘性，形成点阵式导电结构；当缆芯内部高电压导致很多电子动能瞬间提升到高速状态，此时如果采用纯导电皮容易导致通电危险，如采用纯绝缘皮则容易造成过热起火的风险；基于此，本发明采用点阵式导电结构，当过电压产生的高速电子冲向铜填充微孔膜7时，大部分电子被绝缘膜阻挡并减速，疏通到导电的铜柱上，被带到外侧的金属筛网层201上，从而达到防止局部缆芯过电压击穿及其造成过热起火的风险，大大提高了电缆的安全性，也扩大了电缆的高电压使用范围。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，由缆芯（1）、设置在缆芯（1）外的护套框架（2）以及设置在缆芯（1）与护套框架（2）之间的导热管（8）组成，其特征在于，所述缆芯包括多股的铜导体（101）绞合而成的内芯、及挤包在所述内芯外的绝缘挤包层（102），所述铜导体（101）外表面涂有镀锡层；
所述护套框架（2）包括金属筛网层（201）、环形分布在金属筛网层（201）外壁上的折线板（202）和设置在金属筛网层（201）外侧的管套（203），所述管套（203）设有与折线板（202）对应的条形通孔；
所述管套（203）通过支撑板（3）固定连接在金属筛网层（201）上，所述支撑板（3）的一侧固定连接有弹簧（4），所述弹簧（4）远离支撑板（3）的一端固定连接在折线板（202）上，所述折线板（202）的一端通过铰链架（5）连接在金属筛网层（201）上，所述折线板（202）的另一端伸出管套（203）的条形通孔外，相邻的所述折线板（202）相互搭接，多块所述折线板（202）拼接成管式结构，所述管套（203）位于所述管式结构的内侧；
所述折线板（202）具体是折线形的硬质薄板，所述折线板（202）由内层的铁片骨架及外层的橡胶套包裹而成，且所述橡胶套的厚度不超过0.3mm；
一圈所述导热管（8）填充在绝缘挤包层（102）与金属筛网层（201）形成的环形空腔中，所述导热管（8）外部填充有胶水，保证一定稳固性，所述导热管（8）内填充有水，所述导热管（8）的两端分别连接在水循环系统的冷水端和热水端，夏季时可利用屋顶高温将冷水加热，用于热水供应补充，冬季时可在热水端增加水加热装置，用于屋顶电缆铺设部位的加热，可适当升高除积雪温度，并保证缆芯（1）的工作温度位于-10℃以上，即该光伏直流电缆可用于酷寒地域的光伏电缆铺设，从而保证光伏电缆的运行稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，其特征在于，所述绝缘挤包层（102）均为低密度线性聚乙烯橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，其特征在于，相邻的所述折线板（202）成交叉接触，且相邻的所述折线板（202）的接触面衬有多齿防滑层（6）。
4.根据权利要求1所述的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，其特征在于，所述管套（203）条形通孔的开口处经过圆角处理。
5.根据权利要求1所述的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，其特征在于，所述金属筛网层（201）具体是由铜线或铜带编织而成单层网络结构，所述铰链架（5）点焊接在该网络结构的节点上。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，其特征在于，所述绝缘挤包层（102）与导热管（8）之间还垫设有铜填充微孔膜（7）。
7.根据权利要求6所述的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，其特征在于，所述铜填充微孔膜（7）的制备工艺包括以下步骤：
1）选取孔径为0.1～10μm的高分子微孔滤膜，浸入浓度为50～100g/L氯化亚铜的纯水溶液中，并添加过量的盐酸，滴加5-10滴的100g/L氯化银溶液，浸渍3-6h；
2）将步骤1）得到的微孔滤膜浸入纯水中，用淡盐水冲洗3-5遍，用试纸擦拭膜表面，晾干备用；
3）将步骤2）得到的干膜浸入电镀液中，在膜的两侧通以相反的电极，电镀1-2h，冲洗几次后，50-70℃下烘干，即得成品的铜填充微孔膜（7）。
8.根据权利要求7所述的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，其特征在于，所述高分子微孔滤膜具体是指带有指状通孔的聚乙烯微滤膜、聚砜微滤膜、聚酰胺微滤膜或醋酸纤维素微滤膜中的任一种。
9.根据权利要求7所述的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，其特征在于，所述电镀液中各成分的浓度为：硫酸100g/l，氯化亚铜60～100g/L ，聚乙烯亚胺烷基盐100-450mg/L，聚乙二500-650mg/L。
10.根据权利要求7所述的一种可用于屋顶直接敷设的光伏直流电缆，其特征在于，所述步骤3）中电镀采用0.5A/dm2的低电流密度与3 A/dm2的高电流密度交替的脉冲式电镀方法。
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GR01 Patent grant
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Denomination of invention: A photovoltaic DC cable that can be directly laid on the roof

Effective date of registration: 20230116

Granted publication date: 20221220

Pledgee: Wuwei Silver Village bank LLC

Pledgor: ANHUI DUJIANG CABLE GROUP Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980031297