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編者按：隨著光伏能源系統(tǒng)的快速增長，對光伏電纜的需求也越來越大，因此電纜制造商需開發(fā)滿足這些地區(qū)所有相關(guān)法規(guī)的電纜產(chǎn)品。 

全球光伏市場的迅速增長對于電纜制造商來說是一大利好。不過，要成功跟上光伏市場持續(xù)發(fā)展的步伐，必須了解主要的增長區(qū)域、集中在這些區(qū)域增長的原因以及由此帶來的環(huán)境和立法挑戰(zhàn)，Mark Froggatt寫道。

全球太陽能光伏能源系統(tǒng)市場正快速增長，由于所有太陽能項(xiàng)目都要用到大量的電纜，這對電纜制造商來說是一個(gè)相當(dāng)大的機(jī)會。為了在這個(gè)市場上獲得競爭優(yōu)勢，電纜制造商必須了解世界上哪些地區(qū)的需求量最大，并開發(fā)滿足這些地區(qū)所有相關(guān)法規(guī)的電纜產(chǎn)品。了解光伏電纜與低壓（LV）電纜的性能差異對于那些尋求為光伏市場開發(fā)產(chǎn)品的人來說是至關(guān)重要的，因?yàn)檫@些產(chǎn)品的應(yīng)用和條件將產(chǎn)生不同的要求。此外，對光伏線纜產(chǎn)品的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解讀，也是至關(guān)重要的，因?yàn)槊總€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求可能使其不適合特定區(qū)域內(nèi)的項(xiàng)目或應(yīng)用。例如IEC 62930和BS EN 50618，這些標(biāo)準(zhǔn)在電纜產(chǎn)品的測試方法和測試范圍方面有所不同，這意味著電纜制造商需要有的放矢地定義其產(chǎn)品范圍。

本文將討論光伏電纜產(chǎn)品的關(guān)鍵要求，為測試光伏電纜提供適用標(biāo)準(zhǔn)方面的指導(dǎo)，并探討制造商如何在全球太陽能市場蓬勃發(fā)展的背景下生產(chǎn)符合要求的電纜產(chǎn)品。

為什么太陽能產(chǎn)業(yè)在增長？

今天太陽能產(chǎn)業(yè)的快速增長是多種(而不是一種)因素一起驅(qū)動的。隨著時(shí)間的推移，化石燃料的價(jià)格預(yù)計(jì)將持續(xù)上漲，因此，未來通過減少對此類燃料的依賴，在經(jīng)濟(jì)學(xué)上是合理的。同樣重要的是，商業(yè)組織面臨著履行其環(huán)境義務(wù)和建立可持續(xù)的綠色能源策略的壓力。這種壓力不僅來自股東、雇員和貿(mào)易伙伴，還來自政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)制性立法。

相應(yīng)地，主要的能源市場參與者正在引領(lǐng)大型可再生能源項(xiàng)目的發(fā)展；包括亞馬遜、蘋果、英國廣播公司、宜家和聯(lián)合利華在內(nèi)的控股公司都有做重大投資的計(jì)劃。

然而，政府和個(gè)人消費(fèi)者以及許多其他國際企業(yè)也為推動太陽能需求做出了貢獻(xiàn)。據(jù)報(bào)道，太陽能系統(tǒng)裝機(jī)量的穩(wěn)步增長滿足了對太陽能發(fā)電的需求。

包括太陽能在內(nèi)的可再生能源計(jì)劃也為偏遠(yuǎn)和發(fā)展中地區(qū)提供了有價(jià)值的解決方案。向發(fā)展中國家的農(nóng)村地區(qū)提供自給自足的可再生能源，為他們的家庭、學(xué)校、醫(yī)院、商店和工業(yè)提供動力，有助于當(dāng)?shù)鼐用駭[脫貧窮。

總體而言，最新數(shù)據(jù)顯示2017年全球太陽能光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量超過了400吉瓦（如圖一所示）。

這些因素促成了全球大量的商業(yè)增長機(jī)會。2018年1月，GTM研究報(bào)告指出，目前有53個(gè)國家制定了招標(biāo)和拍賣方案，使供應(yīng)鏈能進(jìn)行投標(biāo)以支持即將到來的太陽能項(xiàng)目。研究還發(fā)現(xiàn)，另有29個(gè)國家正在計(jì)劃制定相關(guān)方案，以召集最優(yōu)秀的供應(yīng)商，從而滿足其項(xiàng)目規(guī)格和要求。

這一說法也反映在了國際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）公布的與可再生能源部門就業(yè)相關(guān)的數(shù)字中。2017年，這一數(shù)字在全球達(dá)到1030萬。太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在這些工作崗位中占近340萬個(gè)，并被譽(yù)為所有可再生能源技術(shù)中的最大雇主。

電纜扮演著什么角色，它們的關(guān)鍵要求是什么？

電纜主要用于傳輸從太陽能電池板產(chǎn)生的電能。無論是室內(nèi)安裝還是室外安裝，每種應(yīng)用都因其性能表現(xiàn)而對電纜特性有不同要求，從而影響對材料的要求。

圖2顯示了一個(gè)簡單的家用光伏系統(tǒng)原理，也適用于大型電站。特別需要注意的是，組件之間的相互連接使用的是直流電纜，并傳輸?shù)侥孀兤魃弦詫⒅绷麟娹D(zhuǎn)換成交流電。其中從逆變器接出來的交流電纜通常處在建筑物室內(nèi)并受到保護(hù)，但直流電纜通常處在室外，會受到環(huán)境應(yīng)力和潛在的人為干擾。（見圖2）

雖然與克服這些問題相關(guān)的技術(shù)性與立法性挑戰(zhàn)很大，但這也給那些能克服這些問題的電纜制造商同樣帶來了難得的發(fā)展機(jī)遇。

光伏電纜與低壓電纜有何不同？

安裝光伏系統(tǒng)時(shí)，低壓（LV）和光伏電纜都需要明確規(guī)定。由于這些電纜是為不同的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，因此性能特性也可能不同。例如，低壓電纜適合室內(nèi)或者在受到保護(hù)的環(huán)境下使用，但它們通常不適合室外應(yīng)用。這條規(guī)則的一個(gè)例外是當(dāng)電纜埋在地下時(shí)，因?yàn)楣夥娎|不是為有此要求的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。但是，光伏電纜適用于安裝在電纜槽中，既電纜不接觸地面的應(yīng)用中。如果在使用電纜的環(huán)境中存在嚙齒動物的破壞，這一點(diǎn)尤其有用。

低壓和光伏電纜產(chǎn)品的最高工作溫度也不同。在確定所選產(chǎn)品是否適合特定應(yīng)用時(shí)，應(yīng)在制定規(guī)格階段考慮這一方面。根據(jù)IEC 62930和BS EN 50618標(biāo)準(zhǔn)，為了確保在壽命周期內(nèi)的持續(xù)運(yùn)行，低壓電纜產(chǎn)品的最高連續(xù)工作溫度為90度，而光伏電纜產(chǎn)品則要求120度。光伏電纜必須具有抗臭氧特性，而低壓電纜則無這種要求。雖然低壓和光伏電纜在傳輸電力這一基本功能上是相同的，但根據(jù)電纜設(shè)計(jì)的差異，它們對環(huán)境的響應(yīng)是有所不同的。

哪些規(guī)格適用于光伏電纜？

光伏電纜技術(shù)仍然相對較新，這意味著大多數(shù)應(yīng)用將遵循既定的國際標(biāo)準(zhǔn)，以確保電纜產(chǎn)品達(dá)到高質(zhì)量和安全水平。

太陽能電池板制造商提供的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)保質(zhì)期為25年。因此，有時(shí)也建議將其作為太陽能電纜的生命周期。然而，在不了解工作溫度和條件的情況下，無法準(zhǔn)確給出電纜的額定使用時(shí)間。而光伏標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的耐熱性試驗(yàn)結(jié)果可用于預(yù)測電纜產(chǎn)品的預(yù)期壽命。

太陽能項(xiàng)目建設(shè)的位置特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)要求產(chǎn)品具有壽命長、維護(hù)費(fèi)用低的特性。因此，太陽能行業(yè)受到嚴(yán)格監(jiān)管，以確保產(chǎn)品的可靠性和適用性。作為最低要求，產(chǎn)品必須符合安裝區(qū)域的建筑法規(guī)。

僅僅對光伏電纜產(chǎn)品進(jìn)行熱耐久性測試并不能保證其達(dá)到所需的質(zhì)量和安全水平。不過，通過對產(chǎn)品進(jìn)行獨(dú)立測試并證明其符合適用標(biāo)準(zhǔn)，可以為規(guī)范制定者和最終用戶提供信心。

在與許多從事太陽能技術(shù)的公司進(jìn)行討論之后，我們制定了電纜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并推薦了表一所示的直流電纜應(yīng)進(jìn)行測試的特性列表，以最大限度地利用潛在的機(jī)會。

僅僅由電纜制造商聲明其電纜通過了其內(nèi)部測試是不夠的，他們必須向行業(yè)證明其太陽能產(chǎn)品能滿足與驗(yàn)證上述產(chǎn)品特性所涉及的每個(gè)特定測試相關(guān)的要求。采用測試和認(rèn)證合作伙伴可以為滿足電站運(yùn)營商和相關(guān)機(jī)構(gòu)提供保障。

電纜使用不當(dāng)會縮短項(xiàng)目的壽命，許多太陽能項(xiàng)目正得到地方政府的支持，因此，合理地使用電纜可以讓這些太陽能項(xiàng)目向公眾利益相關(guān)者承諾在財(cái)政投資方面的回報(bào)。雖然一些認(rèn)證機(jī)構(gòu)已經(jīng)制定了自己的光伏電纜產(chǎn)品測試標(biāo)準(zhǔn)，但國際公認(rèn)的、與直流設(shè)備中使用的太陽能電纜產(chǎn)品特別相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)是：IEC 62930:ed 1.0:2017和BS EN 50618:2014。

EN 50618僅適用于使用低煙無鹵（LSHF）材料制成的單芯、交聯(lián)絕緣和護(hù)套的鍍錫銅軟導(dǎo)體的電纜產(chǎn)品，而IEC 62930則將此范圍擴(kuò)展到使用或不使用LSHF材料制造的單芯交聯(lián)絕緣電力電纜產(chǎn)品。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了測試光伏電纜產(chǎn)品的嚴(yán)格要求，反映了電纜產(chǎn)品將將要面對的挑戰(zhàn)性條件。

雖然這些標(biāo)準(zhǔn)具有相似的關(guān)鍵要求，但在允許的材料和可測試的導(dǎo)體尺寸范圍方面存在顯著差異，我們將在下一節(jié)討論。

如何才能制造出符合太陽能光伏系統(tǒng)要求的電纜？

在技術(shù)層面上，如今化合物和擠壓工藝的創(chuàng)新可以幫助電纜制造商滿足太陽能行業(yè)的獨(dú)特規(guī)格需求。許多電纜制造商正與項(xiàng)目指定方密切合作，以生產(chǎn)符合設(shè)計(jì)要求的電纜。

為了生產(chǎn)能滿足太陽能光伏系統(tǒng)要求的電纜產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足IEC 62930:ED 1.0:2017和BS EN 50618:2014的要求。接下來我們將更詳細(xì)地探討這些具體要求，其中每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對某些材料的使用重點(diǎn)都互不相同。

第一個(gè)要求是針對與二級設(shè)備一起使用的電纜產(chǎn)品。在IEC 61140中二級設(shè)備定義為不需要安全接地的雙絕緣設(shè)備，通常二級設(shè)備適用于電視機(jī)、DVD播放機(jī)和電動工具等電器。BS EN 50618適用于測試這些類型的電纜產(chǎn)品；但是，IEC 62930沒有對此作出規(guī)定。因此，使用帶有二級設(shè)備的光伏電纜產(chǎn)品的任何電器應(yīng)按照BS EN 50618進(jìn)行測試。

在尋求了解具體特性和每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的著重點(diǎn)時(shí)，進(jìn)一步考慮的是電纜導(dǎo)體的尺寸。其中BS EN 50618僅規(guī)定導(dǎo)體尺寸范圍在1.5到240m2之間，而IEC 62930允許的范圍更大，為1.5到400m2之間。值得注意的是，即使電纜產(chǎn)品的直徑很大，由于被絕緣層、墊層和鋼絲鎧裝所包圍，導(dǎo)體的尺寸也可能很小。因此，決定哪些標(biāo)準(zhǔn)電纜產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行測試，不應(yīng)僅僅基于導(dǎo)體尺寸。

標(biāo)準(zhǔn)之間的主要區(qū)別在于允許測試的材料，例如BS EN 50618只允許測試使用LSHF材料制造的電纜產(chǎn)品。這些類型的電纜產(chǎn)品在遭遇火災(zāi)時(shí)釋放的煙霧和腐蝕性氣體較低。它們通常被指定用于公共建筑，因?yàn)榭梢越档蛯舶踩斐傻娘L(fēng)險(xiǎn)。相比之下，IEC 62930允許測試有或沒有LSHF的材料，包括pvc電纜產(chǎn)品。當(dāng)這種材料燃燒時(shí)會產(chǎn)生濃煙和有毒煙霧，PVC或改性PVC更適合客戶要求。例如，PVC電纜產(chǎn)品可能更適合從太陽能電池板向水處理設(shè)施輸送電力，因?yàn)樗鼈儽萀SHF產(chǎn)品具有更高的耐化學(xué)腐蝕性。

作為IEC 62930和BS EN 50618的一部分，耐熱性試驗(yàn)是強(qiáng)制要求的。該測試旨在確定電纜的使用壽命，包括測試溫度高達(dá)120°C下的任何光伏電纜產(chǎn)品達(dá)20000小時(shí)，以模擬產(chǎn)品在運(yùn)行中的性能。當(dāng)這些標(biāo)準(zhǔn)最初制定時(shí)，熱耐久性試驗(yàn)引起了一些爭議，因?yàn)槠渲饕胧┦亲C明電纜在達(dá)到規(guī)定閾值之前將運(yùn)行多長時(shí)間；所有這些測試都是在受控條件下進(jìn)行的。由于許多光伏電纜產(chǎn)品是在極端條件下安裝的，因此，該試驗(yàn)的結(jié)果可能不如更為成熟的試驗(yàn)（如用于檢查護(hù)套和絕緣材料在高溫下是否耐壓的熱壓力試驗(yàn)）具有決定性。盡管如此，提交用于耐熱性試驗(yàn)的電纜產(chǎn)品可進(jìn)一步幫助證明電纜質(zhì)量。

雖然電纜產(chǎn)品可以成功通過耐熱性試驗(yàn)，但也應(yīng)考慮其他特性將如何受到其運(yùn)行條件的影響。例如，太陽能電池板通常安裝在沿海或沙漠地區(qū)，那里的溫度可能會迅速下降，這可能會導(dǎo)致電纜破裂或彎曲，因?yàn)闇囟认陆档搅诉@些電纜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作溫度值。如果電纜產(chǎn)品是使用劣質(zhì)材料生產(chǎn)的，它們可能會吸收大量的水分，通過減少電纜產(chǎn)品所能攜帶的電流而降低電纜產(chǎn)品的性能。這些例子表明，需要對光伏電纜進(jìn)行廣泛的性能測試，以驗(yàn)證在規(guī)定條件下安裝的質(zhì)量和適用性。

全球需求的分布情況？

作為太陽能光伏系統(tǒng)的早期使用者，德國在2015年之前的十年里一直被公認(rèn)為太陽能安裝的領(lǐng)導(dǎo)者，之后被中國超越（見圖3）。2012年，中國的太陽能裝機(jī)量開始迅猛增長，到2017年，中國太陽能新裝機(jī)總量甚至超過了后面9個(gè)主要國家的總和。同時(shí)，相對較新的日本和美國也超過了德國，并一直在以更高的安裝速度跟進(jìn)。數(shù)據(jù)顯示，如今全球都競相推出可再生能源的激勵(lì)政策。因此，規(guī)范制定者、買方、電纜分銷商和制造商必須注意使用符合國際和當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，以確保所提供的產(chǎn)品在商業(yè)上是適用的。

希望打入太陽能市場的電纜制造商在設(shè)計(jì)電纜時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮終端用戶的要求，因?yàn)橛糜隍?yàn)證電纜質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)會針對不同類型的材料。如上所述，BS EN 50618僅適用于LSHF電纜產(chǎn)品，而IEC 62930則允許不使用這些材料生產(chǎn)，這可以指導(dǎo)制造商識別其現(xiàn)有產(chǎn)品種類中哪些最適合特定市場。根據(jù)電纜產(chǎn)品需要滿足的規(guī)格和市場上最受歡迎的標(biāo)準(zhǔn)，來制定產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)決策。

例如，如果選定市場中的建筑物有很高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，或電纜產(chǎn)品將安裝在封閉空間內(nèi)，則應(yīng)使用LSHF電纜產(chǎn)品，以將建筑物內(nèi)居民在火災(zāi)中暴露在有毒煙霧和氣體中的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。反之，如果電纜產(chǎn)品設(shè)計(jì)用于建筑物外部，就像許多光伏電纜產(chǎn)品一樣，其對電纜產(chǎn)品的要求也有所改變。在這種情況下，pvc可能被認(rèn)為是一種更適合使用的材料，因?yàn)樗萀SHF具有更高的耐磨性和耐久性。

總結(jié)

本文揭示了影響太陽能光伏市場快速增長的多種因素。隨著時(shí)間的推移和知識的迅速發(fā)展，我們看到太陽能工業(yè)用電纜的質(zhì)量和性能有了很大的提高。但在最近幾年，某些方面卻并沒有如預(yù)期的那么好，因此隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，我們也可以期待用于制造電纜的技術(shù)不斷進(jìn)步，以確?？煽康漠a(chǎn)品進(jìn)入市場。這種增長為外部直流電纜創(chuàng)造了健康的需求，也帶來了克服與滿足市場需求相關(guān)的挑戰(zhàn)。這些制造商可以通過與baseC合作獲得獨(dú)立的產(chǎn)品認(rèn)證和批準(zhǔn)，證明供應(yīng)到市場的產(chǎn)品符合所有必要的法規(guī)，從而在這一過程中獲得競爭優(yōu)勢。

投資電纜制造商的潛在回報(bào)是可觀的；正如Walid Halty（Dvinci Energy，F(xiàn)orbes，2018年5月）評論的：“如今，太陽能是最具可持續(xù)盈利前景的技術(shù)之一，它已經(jīng)將整個(gè)行業(yè)變成了淘金熱。”

作者簡介

馬克·弗羅格特是英國電纜認(rèn)證服務(wù)公司basec的技術(shù)總監(jiān)。他于2019年6月加入basec的管理團(tuán)隊(duì)，此前曾擔(dān)任basec的非執(zhí)行董事。此外，他還曾在Draka擔(dān)任技術(shù)銷售經(jīng)理，在Nexans擔(dān)任市場開發(fā)經(jīng)理，最近在British Cables Company（以前是BT Cables）擔(dān)任技術(shù)經(jīng)理。他擁有化學(xué)與管理研究專業(yè)的理學(xué)學(xué)士學(xué)位。在basec任職期間，Mark主要負(fù)責(zé)basec測試、認(rèn)證和相關(guān)服務(wù)的總體技術(shù)政策、應(yīng)用和運(yùn)營，同時(shí)不斷提高技術(shù)能力和業(yè)務(wù)機(jī)會。basec是領(lǐng)先的電纜產(chǎn)品認(rèn)證提供商，包括電氣、機(jī)械、材料、化學(xué)、防火和防煙性能特性的綜合測試。

原標(biāo)題：全球新興市場對光伏電纜的關(guān)鍵要求