低壓鋁合金電纜應用于分布式光伏項目的經濟性分析

趙曉冬，張丹婷，袁銀春，陳輝，劉學成

（浙江正泰新能源開發有限公司，浙江 杭州 310000）

分布式光伏電站須要選擇經濟合理的電力電纜，這也是建筑工程和輸配電網設計經濟性的重要考察因素。隨著鋁合金電纜技術的不斷發展進步，優質的鋁合金電纜，其電氣性能與純鋁相當，機械性能優于銅，完全可以滿足分布式光伏項目中低壓電纜的使用要求。且相比銅芯電纜，其運輸、施工費用和被盜風險等都將大大降低。本文將結合實際光伏發電項目，在滿足電氣性能條件下，從電纜采購成本及所影響橋架成本，分析比較鋁合金低壓電纜與銅芯電纜在分布式光伏電站中所占的經濟優勢。

1 電纜選型對比

低壓交直流電纜的選型受壓降控制、載流量約束。由于鋁合金電纜的導電率比銅導體低，因而須要通過增加截面積、擴大導體的載流量，以實現鋁合金電纜與銅芯電纜擁有相同的電氣性能，所以相同載流量下的電纜選型，鋁芯電纜的線徑一般要比銅芯電纜大10%～20%，這是鋁合金電纜的一大缺點。但針對光伏發電系統來說，不管是設備的連接還是電纜的布局，這種尺寸差異仍然在設計的可控范圍之內。而在電壓損失這一方面，要以兩個實際項目為數據模型，分析比較兩種電纜在滿足壓降條件下的選型。

以國內某使用集中逆變器方案的分布式光伏發電項目為數據模型：該項目采用295 Wp光伏組件，以20塊組件為一串，直流匯流箱按16匯1出（最大輸送容量），分別計算不同截面的銅芯電纜、鋁合金電纜在滿足2%的極限直流壓降值下的最遠輸送距離。

本項目分析中銅芯電纜的電阻率按電阻率按GB 50217—2007《電力工程電纜設計規范》取值，鋁合金的電阻率按AA8000系列鋁合金（某公司）產品手冊取值。不同截面的銅芯電纜、鋁合金電纜在滿足2%直流極限壓降值下的最遠輸送距離如表1所示。

表1 鋁合金電纜和銅芯電纜壓降計算對比表（直流電纜）

20 kV及以下三相供電電壓的偏差為標稱電壓的±7%，考慮到實際項目中低壓交流電纜一般分2級（假設逆變器至交流匯流箱段1%，交流匯流箱至低壓柜段4%）。本次僅對交流匯流箱出線段進行分析。以國內某使用組串逆變器方案的分布式光伏發電項目為基礎數據模型：該項目采用295 Wp組件，30 kW組串逆變器，交流匯流箱按4/6匯1出（標準型號），分別計算不同截面的銅芯電纜、鋁合金電纜在滿足4%的交流極限壓降值下的最遠輸送距離。

本項目分析中銅芯電纜的電阻率按《電力工程電纜設計規范》取值，鋁合金的電阻率按AA8000系列鋁合金（某公司）產品手冊取值。不同截面的銅芯電纜、鋁合金電纜在滿足2%的直流極限壓降值下的最遠輸送距離如表2所示。

由表2可知，低壓交直流電纜限制因素主要為壓降控制影響，鋁合金的電纜規格會同比增大二、三檔不等。特別注意的是：在交流匯流箱輸送容量較小，且線路距離較短時，可根據具體項目情況具體分析，適當考慮升一檔/兩檔替換。

表2 鋁合金電纜和銅芯電纜壓降計算對比表（交流電纜）

在保證一定的載流量、壓降的前提下，計算在不同的長度范圍內因電纜替換造成的電纜規格升級選型的差異性，如表3所示。

表3 不同長度范圍電纜選型對比

2 電纜采購成本對比

2.1 低壓直流電纜選型經濟性對比

選擇一個10 kV并網使用集中逆變器方案的項目，以蘭溪雙燈2.0 MWp項目為例，該項目以直流16入匯流箱為主，匯流箱傳輸距離從50～350 m不等。

在同樣的電氣性能下，載流量和直流壓降均滿足要求的情況下，鋁合金電纜的選型會比銅芯電纜規格大一、二、三檔不等，各型號對比統計如表4所示。

表4 項目低壓直流電纜選型對比表

該項目各電纜型號數量統計及成本對比如表5所示（電纜均為阻燃鎧裝電纜，價格來源為某廠家）。

由表5可得，僅就低壓直流電纜替換為使用鋁合金電纜一項，可使電纜成本節省33.56萬元，折算至節省0.168元/W。

表5 項目低壓直流電纜成本對比表

2.2 低壓交流電纜選型經濟性對比

選擇一個0.4 kV并網使用組串逆變器方案項目，以寧波羚佑漁具475.2 kWp項目為例，該項目以30 kW組串式逆變器和4/2進交流匯流箱為主，逆變器到交流匯流箱的傳輸距離在10 m以內，交流匯流箱到并網柜的距離在30～250 m不等。

在同樣的電氣性能下，載流量和交流壓降均滿足要求的情況下，鋁合金電纜的選型會比銅芯電纜規格大一檔或平檔不等，各型號對比統計如表6所示。

表6 低壓交流電纜選型對比表

該項目各電纜型號數量統計及成本對比如表7所示(電纜均為阻燃鎧裝電纜，價格來源為某廠家)。

由表7可得，僅就低壓交流電纜替換使用鋁合金電纜一項，可使電纜成本節省7.31萬元，折算節省0.154元/W。

表7 低壓交流電纜成本對比表

3 不同電纜類型選擇對橋架選型的影響和成本變化的對比

在分布式光伏系統中，屋面直流電纜的敷設通常采用橋架敷設。鋁合金電纜的轉彎半徑比銅芯電纜小，相同條件下可減小橋架安裝布局的空間，更易于敷設。可是同樣的應用場景下，在同時滿足載流量和壓降的要求時，直流鋁合金電纜的選型規格或比銅芯電纜高1～2個檔位，交流鋁芯電纜的選型規格或比銅芯電纜高1～3個檔位，因此須要在橋架的經濟選擇上綜合考慮轉彎半徑和電纜直徑兩個問題。低壓直流電纜目前的常規選型為銅芯70/95/120 mm2，如替換使用鋁合金電纜，在滿足技術性能條件下與選用銅芯電纜時橋架的選型進行對比（設一段橋架內須要敷設10根阻燃鎧裝電纜，橋架填充率按不大于40%）。對比數據如表8、表9所示。

由表8、表9可知，低壓直流鋁合金電纜在升一檔時，橋架的選型可基本與銅芯時保持一致，價格影響很小；低壓直流鋁合金電纜在升兩檔時，橋架的選型除在70檔升至120檔有一定的差值外（成本增加44%），其余規格均與銅芯時價格相差不大。

表8 直流鋁合金電纜比銅芯電纜高一檔時的橋架選型對比

表9 直流鋁合金電纜比銅芯電纜高二檔時的橋架選型對比

低壓交流電纜目前的常規選型為銅芯95/120/150 mm2，如替換使用鋁合金電纜，在滿足技術性能條件下與選用銅芯電纜時橋架的選型進行對比（設一段橋架內須要敷設10根阻燃鎧裝電纜，橋架填充率按不大于40%）。對比數據如表10、表11、表12所示。

表10 交流鋁合金電纜比銅芯電纜高一檔時的橋架選型對比

表11 交流鋁合金電纜比銅芯電纜高二檔時的橋架選型對比

表12 交流鋁合金電纜比銅芯電纜高三檔時的橋架選型對比

由表10、表11、表12可知，低壓交流鋁合金電纜在升一檔時，橋架的選型規格平均可降低一個規格，單位成本價格下降約25%；低壓直流鋁合金電纜在升兩、三檔時，橋架的選型影響均不大，價格也基本與銅芯時持平。

低壓直流、交流電纜替換使用鋁合金電纜對橋架的規格選型、安裝費用整體影響很小，不是電纜替換的關鍵影響因素，酌情考慮即可。

4 結束語

分布式光伏發電項目中，在滿足電氣性能條件下，低壓交直流鋁合金電纜的選型會比銅芯電纜規格大一、二、三檔不等，但由于鋁合金與銅芯電纜的單價成本差異，鋁合金電纜依舊占有一定成本優勢。而由電纜截面增大所引起的橋架成本變化對于整個光伏系統影響不大，且結合鋁合金材料自身強大的抗腐蝕能力，更輕更柔韌的特性，能彌補傳統銅芯電纜具有記憶效應和高反彈性能等的不足，極大地方便了工程的運輸和施工的安裝。綜合考慮各種因素，在光伏發電系統中鋁合金電纜的發展空間還是很大的。針對具體的工程項目，鋁合金電纜則還須要從成本、安裝、施工費用等各個方面做進一步的研究。相信隨著科技的發展，鋁合金的工藝水平不斷提高，它的應用必將更加完善，進而能推進光伏發電行業的進一步發展。