科普|家用光伏系統(tǒng)為何要采用銅電纜而不用鋁電纜？

2017-10-30

  在家用光伏系統(tǒng)中，為了降低電量的損耗，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命，建議采用銅電纜。
鋁線比銅線容易起火
在電氣線路中，鋁線起火的危險(xiǎn)要遠(yuǎn)大于銅線。其實(shí)，鋁線的起火不在鋁線自身而是在于鋁線的連接。與銅線相比，鋁線連接起火危險(xiǎn)大的原因有以下幾點(diǎn)：
1)銅鋁接頭易出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕
光伏組件，逆變器和并網(wǎng)開關(guān)之間要用電纜連接，而組件MC4接頭，光伏逆變器輸出接線端子，并網(wǎng)開關(guān)的接線端子都是用銅芯做的，銅和鋁能直接連接，當(dāng)需要連接時(shí)，要采用銅鋁過(guò)渡線夾，銅鋁過(guò)渡接頭再連接。但目前的銅鋁接線頭，一般都是大功率的，而家用分布式光伏一般都是2-30KW之間，采用2.5-10mm銅線，市面上這種銅鋁接線頭非常少。實(shí)際上使用鋁線的安裝商，都是想省成本的，根本不會(huì)去用銅鋁接頭。
銅鋁直接連接，就會(huì)形成了一種化學(xué)電池，這是由于鋁易于失去電子成為負(fù)極，銅難以失去電子成為正極，于是在正負(fù)極之間就形成了一個(gè)1.69V的電動(dòng)勢(shì)，并有一個(gè)很小的電流通過(guò)，腐蝕鋁線，即電化學(xué)腐蝕。這樣就會(huì)引起銅鋁之間接觸不良，接觸電阻增大。當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，將使接頭部位溫度升高，而溫度升高且更加速了接頭腐蝕，增加了接觸電阻，造成惡性循環(huán)，直至燒毀。
2)鋁線表面易在空氣中氧化。
3)易被氯化氫腐蝕。
4)高膨脹系數(shù)。
綜合性能銅比鋁更具優(yōu)勢(shì)
導(dǎo)體性能上，銅具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。從導(dǎo)電性能方面看，鋁導(dǎo)體的導(dǎo)電率只有銅導(dǎo)體的60%左右，鋁合金導(dǎo)體要更差些。在抗氧化腐蝕能力方面，由于銅鋁元素有不同的原子結(jié)構(gòu)，鋁的化學(xué)性能比銅要活潑得多，因此鋁導(dǎo)體的抗氧化腐蝕能力比銅導(dǎo)體要差得多，無(wú)論是純鋁還是鋁合金導(dǎo)體都一樣，因此其起火概率大約為銅導(dǎo)體的10倍左右。在抗電化腐蝕能力方面，鋁的電極電位比銅的要低得多，鋁導(dǎo)體因而很容易被電化腐蝕，特別是在鋁導(dǎo)體與銅導(dǎo)體或其它導(dǎo)體相接觸的情況下。從熱膨脹角度來(lái)看，鋁導(dǎo)體的線性膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于銅導(dǎo)體，無(wú)論是純鋁還是鋁合金導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)基本是一樣的，這會(huì)導(dǎo)致熱脹冷縮后的接觸不良，甚至產(chǎn)生接觸不緊密、氧化發(fā)熱等事故，并且會(huì)惡性循環(huán)。從抗張強(qiáng)度和抗蠕變能力角度看，從極限抗張強(qiáng)度和屈服抗張強(qiáng)度來(lái)比較，銅導(dǎo)體最好，純鋁導(dǎo)體最差，鋁合金相比純鋁有較大的改進(jìn)，但仍不及銅導(dǎo)體。綜合幾個(gè)方面的主要性能來(lái)看，無(wú)論是導(dǎo)電性能、機(jī)械性能還是耐腐蝕性能，均為銅優(yōu)于鋁及鋁合金。
電力電纜的經(jīng)濟(jì)選型主要考慮整個(gè)全生命周期(30)年投資和損耗費(fèi)用之和最小的選項(xiàng)。在線路運(yùn)行過(guò)程，30年的損耗所耗費(fèi)的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于初期投資建設(shè)的費(fèi)用，在經(jīng)濟(jì)效益上，鋁芯電纜具有優(yōu)勢(shì)。但銅導(dǎo)體由于其導(dǎo)電率高、電阻小，平均損耗要低于鋁導(dǎo)體和鋁合金導(dǎo)體。
銅可以回收，當(dāng)銅電纜不再使用后，銅仍然可以回收再生，還有利用價(jià)值，而鋁不能回收利用，當(dāng)鋁電纜不再使用后，沒(méi)有任何價(jià)值。
逆變器的輸出防水接頭，其線徑也是按照銅線來(lái)設(shè)計(jì)的，如果采用鋁線，則需要大一型號(hào)的線。如30KW逆變器，設(shè)計(jì)輸出使用10平方的銅線，用鋁線則需要16平方，線纜面積增加，而防水接線端子面積有限，有可能容不下。