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1、光伏电缆耐候性试验方法的探究（芜湖特种电线电缆产品质量监督检验中心）王显儒光伏电缆是一种电子束交叉链接电缆，在所属设备中可抵御恶劣气候环境和经受机械冲击。使用环境的特殊要求电缆和部件不仅具有最佳的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性，而且能承受更大范围的的温度变化。由于光伏发电系统，特别是系统的 DC 侧，需要安放在阳光照射充足的环境下才能获得更高的工作效率，这就对设备以及连接设备所用电缆的耐候性提出了严格的要求。如将普通电缆用于光伏发电系统，将会对整个系统的工作性能以及寿命产生严重影响。因此，额定工作温度为 90的橡胶电缆、额定工作温度为 70的 PVC 电缆是不能用于光伏发电系统的。光伏电缆通常
2、采用耐候性较好的交联低烟无卤阻燃聚烯烃材料制作护套及绝缘层，但是原材料的选择、加工工艺等差异，会使光伏电缆产品的质量相差甚远。同时，光伏电缆将长时间不间断地暴露在户外工作，常年经受日晒、雨淋、风吹、大气污染等环境影响，其性能容易变坏，主要表现为护套开裂、绝缘层的电阻率下降、导体的导电性能下降、总体机械性能下降等。因此，光伏电缆耐候性已成为生产厂家和用户关注的一项重要指标。1.人工耐候老化试验简介一般光伏电缆标称运行温度为 90，寿命为 2025 年。无论是生产厂家还是质量检测机构，都需要对光伏电缆产品的实际质量情况进行检测试验。将光伏电缆试样暴露在自然环境中是最简单的老化试验方法，但自然气候老
3、化试验通常需要很长的试验时间，实际试验过程中是不可能用这么长的时间去等待一个产品的试验结果。此外，自然情况下的气候环境变化随机性较大，再现性不理想，难以进行重复试验的数据对比。因此，通常采用人工气候加速老化试验方法对试样进行检测检验。所谓人工耐候老化试验，就是通过在试验箱中人工模拟和加强某种或者多种环境因素的方式，将试样暴露在其中，在人工干预的实验室条件下，用较短的时间来获得光伏电缆耐候性数据的方法。光伏电缆的老化，主要是其绝缘及护套材料的老化。 对交联无卤聚烯烃这类高分子材料的老化产生作用的环境因素，主要有高温、潮湿、臭氧、紫外线四种。因此，对光伏电缆产品进行人工耐候老化试验，主要就是在试验
4、箱内人工模拟这四种环境因素，将试样暴露在其中一段时间，以获得光伏电缆的耐候性数据。2.常用的光伏电缆耐候性试验方法目前，国际上流行的光伏电缆标准主要有德国莱茵 TUV 集团的 2Pfg 1169/08.2007光伏系统用电缆要求（Requirements for cables for use in photovoltaic-systems）、美国保险商实验室的 UL4703光伏电缆调查概述（Outline of invetigation for photovoltaic wire），以及相关的 IEC 标准、日本 PSE 认证标准等。然而国内还没有针对光伏电缆的国家标准或行业标准，只有相关企业
5、自己的标准。光伏电缆行业主要采用德国莱茵 TUV 集团内部技术规范文件 2Pfg 1169/08.2007 作为光伏电缆检测标准，其中涉及光伏电缆耐候性检测的主要部分如表 1 所示。按上述技术规范文件要求，需要对待检测的光伏电缆产品采集多组试样，每组试样进行其中一种单项试验，将检测结果与该项测试的要求进行对比，采用单项否定模式对光伏电缆产品的质量进行判别。表 1 2Pfg 1169/08.2007 中关于光伏电缆耐候性检测的主要部分人工模拟和加强单一环境因素来进行加速老化试验，在目前已有较为完善的理论体系和较为成熟的老化理论模型。因此，这种光伏电缆耐候性试验方法的可靠性较高。此外，由于操作简单
6、，这种试验方法已在全球范围特别是欧盟以及我国得到了广泛 的应用。3.光伏电缆耐候性综合试验方法的研究现行的电缆耐候性试验标准（方法），无论是国内针对普通电缆还是国外（国际）针对光伏电缆，绝大多数是采用多组试样单项试验的模式。尽管这种模式体系完善、模型成熟，但由于在这种模式下同一试样只接受单一气候环境因素的影响，存在一定的局限性，难以很好地复原和模拟自然环境对电缆的影响。电缆在相互独立的单一环境因素下进行的单项老化试验，与在现实的气候环境下的自然老化存在较大的差距，试验结果不能很好地反映光伏电缆老化的实际情况。为了获得更接近于实际情况的老化试验结果，同时提高试验效率，现提出一种新的光伏电缆人工气
7、耐候性老化试验方法。3.1 试验的基本要求新方法是将光伏电缆试样连续循环地暴露在规定的湿热、臭氧、紫外线环境中，测定试样在复合环境因素中的老化情况，以判定光伏电缆产品的耐候性。为了使不同实验室在不同时间内进行的试验数据具有可对比性，对本试验规定以下基本要求：（1）实验室室内照明主要来自自然光或普通照明灯具，但不应有阳光直射；气压和空气成分与实验室所在地的大气环境相当。 检测项目 试验条件 试验要求湿热试验 试验温度 90，相对湿度 85 抗张强度变化不超过-30；持续时间 1000h 断裂伸长率变化不超过-30耐臭氧试验试验温度（402），相对湿度（555）持续时间 72h,臭氧浓度（体积分数
8、） 无开裂 （20050） 6-10耐候性/抗紫外线试验试验持续时间 720h，测试温度 63，相对湿度 65,在 300-400nm 条件下的最小功率（602）W/ ，喷水/干燥 无开裂2m周期 18min/102min（2）试验箱应满足整个试验的各项要求，并能够检测所提供的环境是否符合规定的要求，同时试验箱本身应不受该环境的影响以致影响试验结果（如内壁应由耐腐蚀材料制造）；空气进入试验箱的方式应使空气流过试件表面，然后从试验箱顶部排出；潮湿可以通过凝露或喷淋两种方式获得，未经净化的水不能重复使用；应保持试验区域内任意两点在任何时间内的环境差异尽量小。 （3）同一待试验的光伏电缆产品试样 1
9、0 个，随机分组排列，分为 A、B 两组，每组 5 个试样，分别编号为 A1、A2、A3、A4、A5，B1、B2、B3、B4、B5，其中 A 组试样进行复合环境试验，B 组试样作为存放试样进行参照对比；每一试样两端均进行耐腐蚀预处理，有效试验区域内不允许有任何电缆出厂后的添加物；所采用的工具、手段等应符合相关的规定；组试样垂直悬挂在试验箱中部，所采用的手段应不影响试样的有效试验区域，悬挂应尽可能快，使试验箱的开门时间尽可能短，每一试样与其他任何试样以及试验箱内壁之间的距离应不小于 20mm，且试样所占试验箱的容积应不大于 2。3.2 试验程序新方法中的 A 组试样的试验程序为：(1)A 组的五
10、个试样 A1、A2、A3、A4、A5 同时在同一试验箱内进行湿热试验。试验箱内温度为 90，相对湿度为 85， 试样在此环境中暴露 100h。(2)A 组试样再同时在同一试验箱内进行耐臭氧试验。试验箱内温度为（402），相对湿度为（555），臭氧浓度（体积分数）为（20050) ，试样在此环境中暴露 12h。8-10(3)A 组试样再同时在同一试验箱内进行抗紫外线试验。试验箱内黑标准温度为63，相对湿度为 65，在 300400nm 波长范围内的最小辐照强度为（602）W/ ，潮湿/干燥周期为 18min/102min，试验在此环境中暴露2m120h。 (4)以上步骤为个周期，每个步骤完成后试
11、样应在普通环境下静置 1h。试验可重复以上步骤，以实现多个周期循环试验。3.3 试验结果评价试验后，对 A、B 两组试样同时进行下列检查测试：护套外观、绝缘层的电阻率、导体的导电性、抗张强度、断裂伸长率。对比 A、B 两组试样的测试结果，判断光伏电缆耐候性情况。由于在这种新的光伏电缆耐候性复合式试验方法中，A 组试样经过了湿热、臭氧、紫外线照射等多种气候环境因素的循环影响，因此相比传统的单一气候环境因素试验方法，试验结果更贴近于自然环境对光伏电缆的影响。与此同时，设置 B 组试样放置在普通环境中，作为参照数据与 A 组的试验结果进行对比，对光伏电缆耐候性更具有针对性。并且，这种复合式的环境因素
12、对试样进行老化影响，试样老化的速度大大提高，从而提高了产品检测的效率。4.结束语目前，常用的光伏电缆耐候性试验方法已经经过了大量的实践验证，理论体系相对完善，老化模型相对成熟。然而，用单一的气候环境因素来模拟与还原自然环境对光伏电缆老化的影响，其试验结果与光伏电缆在自然环境中的实际老化情况有较大差距。比较而言，新的复合式人工气候加速老化试验，用多种气候环境因素循环影响试样，试验结果更接近自然环境对光伏电缆老化的影响。但由于目前在世界范围内对光伏电缆在复合气候环境因素下的老化情况研究还不是很深入，缺少完善的理论体系与成熟的老化模型作为支撑，使其在实际生产中的应用还有待进一步的研究总结。参考文献1
13、 HUBER+SUHNER 公司.太阳能电缆技术指标分析J中国电子商情.2006(11)：45-462 DE TOURREIL C. Natural and accelerated climatic aging of polymer Materaials for HV insulationC/Proceedings of IEEE int Symp Electr Insul.USA:IEEE Press,1982:233-2373 WOHLGEMUTH J H,CUNNINGHAM D W,AMIN D.et al.Using accelerated tests and field data to predict module reliability and lifetimeC/Proceedings of the 23rd EU PVSEC.2008:2663-26694 2Pfg 1169/08.2007 Requirements for cables for use in photovoltaic-systemsS.T V:sn2007.U5 代康，吴东艳，漆钜虹。光伏电缆技术简介C/中国通信学会 2010 年光伏电缆学术年会论文集。2010:438-455.
