光伏工程中组件线缆如何管理
在上一期中，我们对恶劣环境下光伏电缆管理的糟糕管理后果、接地风险、常见线缆管理错误及公司在执行线缆管理时会遇到的挑战等进行了详细分析。
各公司关于线缆管理的独门绝技
某有3年大型地面电站工程经验的光伏工程师表示，线缆管理的解决方案主要取决于采购的支架系统。例如使用Schletter支架系统时，该系统已经集成了托架系统，故无需补充额外的电缆桥架。但是使用其他未集成托架的支架系统时，一般在支架后方加装Legrand Cablofil电缆桥架。
另一位业主方工程师表示，由于希望在支架导轨中放置线缆，在斜屋顶项目中会选择SnapNrack支架系统；在平屋顶项目中会尽可能地使用穿线管，再利用垫块使穿线管悬在屋面上方，该方法可以在减少NEC310.15(B)(2)(c)表中的温升需求的同时保证足够的屋顶常规运维空间。在单点支撑或地面电站系统中，一般会使用线缆夹把导线紧固在组件边框上。有时也会把露天的线缆放进分裂柔性波纹塑料穿线管中以增强防护。
还有光伏工程师表示，即使放置与组件背后的阴影中，抗UV的线缆夹也会失效。现在常使用不锈钢线缆夹和Heyco’sSun Bundler产品来绑扎阵列中的线缆，这种解决方案常用于斜屋顶系统、单点支撑系统和地面系统。在平屋顶系统中，则选择PanelClawGrizzlyBear压载支架系统，因为该系统集成了可以保护行间跨接线的压块穿线管；也会考虑Ecolibrium Solar Ecofoot 2支架产品，由于该产品也集成了方便线缆管理的行内和行间线缆夹。
某EPC的工程师表示，在斜屋顶光伏系统中一般会使用兼容光伏直流导线和USE-2的Wiley Electronics Acme Cable Clip ACC线缆夹把线缆紧固于组件边框，也会把直流导线放在Professional Solar Products的组件支撑导轨内或者金属穿线管内。在平屋顶系统中一般使用与斜屋顶系统相同的方法，但是如果导线很多则会使用线缆桥架。对于地面系统，由于线缆管理与选择的支架系统强相关，所以并没有统一的解决方案。
某能源管理公司的工程师声称，由于要么使用线缆夹把导线紧固在组件边框，要么布置在被悬挂在支撑外3尺处的EPDM卡箍紧固的支撑导轨内，所以一般不会绑扎光伏阵列中的线缆。对现有系统进行审计之后，发现最大的问题是EPDM卡箍由于填充过满在缓慢失效。
线缆管理和NEC规范
NEC690.31(B)允许在户外露天环境中使用USE-2和光伏直流单芯线缆进行光伏组件的跨接。另外NEC690.31(D)也允许使用16号和18号线进行组件跨接，虽然当下主流安装商都使用的是10号和12号线。
由于NEC690.31并没有声明如何去安装和管理户外露天环境中使用的导线，所以需要追溯到NEC338查询支撑和紧固方面的安装要求。NEC338.10(B)(4)(b)又指向NEC334.30中关于户外环境紧固和支撑的要求，而且NEC338.24也规定了USE导线的允许弯曲半径。
NEC334.30规定USE导线需要使用钉、扎带、绑带、吊架或者其他类似的装置来支撑和紧固，且安装时应避免对线缆造成损伤。导线与紧固连接的间距不得超过1.4m，且紧固起始位置与所有出线盒、接线盒、配电柜或者其他附件的间距不得超过300mm。有其他工程师指出，上述线缆要求并不能阻止导线在大风地区发生频繁位移使绝缘摩擦导致失效加速。另外，线缆除了需要满足NEC300.4与110.12的最低需求外还需要减少每两只紧固件的间距，增加日常巡检中紧固的次数。
不幸的是NEC392.3(A)表中关于可以敷设于电缆托架的线缆列表并未包含光伏系统中常用的单芯导线。另外，业内机构常说在运维和建造时只允许专业人员入场安装维护电缆托架系统。而且NEC392.3(B)(1)(a)声明不允许在电缆桥架中敷设1/0号线以下的单芯线缆。换言之在满足NEC规范的前提下，电缆托架只能用于不多的光伏应用场景。也有工程师表示现阶段规范并未完全定型，也有其他工程师在给NEC2014的提议中建议允许在用于屋顶系统的电缆托架中使用小号的导线。
NEC2011在690.4和690.31章节中增加了线缆管理的要求。有些关于导线标识、电缆托架和线缆布置的条目变更是为了以减少消防员在屋顶灭火时对带电光伏导线识别的困惑。NEC690.4中的一些变更包括了线缆标识和集群；需要专业人员安装光伏系统装备与导线；在建筑过结构物内的布线路径；双极性光伏系统中各极性导线的隔离。NEC690.31扩展了(E)节，增补了针对安装在室内的光伏直流导线的要求与指导。
在光伏组件为期40~50年或者更长的寿命期内都足以产生致命的电压与电流-30伏以上的电压就可以使人触电和30~50毫安的电流就足以使人停止心跳。这些暴露在恶劣环境中的导线甚至是电缆托架都需要在整个生命周期中维持初装的安全水平以杜绝安全隐患。
表1：NEC2008与2011规范中关于线缆管理的比较
NEC规范的延伸
遵从NEC规范可以为线缆管理打一个好的基础，但是作为工程人员也一定会考虑额外的方法以确保安全可靠的施工。一些没有在规范中明示的实践经验包括：在导线穿入箱体的入口处使用漏斗环，尽可能地使布置的导线避免日晒，每两只紧固件之间的间距应不超过4.5英尺且在运维时进行专门的巡检。
线缆管理系统的维护需要包括现场检视，必要的情况下更新导线标签，检查导线的支撑和保护系统的性能是否良好。在导线可能受到物理损伤的部位，需要检查损伤和绝缘变色情况。常规巡检时也可以检查动物寄生的情况。如果看到了巢穴，毛发或者排泄物，那么阵列中很可能寄宿着会带来麻烦的小动物。
即使工程师们对塑料线缆夹的使用仍有争议，但是施工材料的选择和抗UV的重要性是毋庸置疑的。
满足NEC最低要求时的考量
某工程师声明，应尽量避免抗UV材料的暴晒。光伏系统中使用的材料在暴晒的过程中会加速失效。合理使用组件以及环境物体的阴影可以使系统中的元器件更持久耐用。质量上乘的抗UV塑料线缆夹和不锈钢线缆夹很可能是线缆管理的首选配件。虽然塑料线缆夹随着使用会逐渐失效，但是后期运维也有必要对暴露在环境中的线缆系统进行适当维护。
USE-2与光伏直流线缆都可以选择绝缘为彩色的型号，常见的颜色包括白色、红色和绿色，在选择此类彩色绝缘的线缆时应当稍加留意。当这些彩色绝缘的线缆在通过了720小时的加速老化试验，增加了‘SunlightResistant’的标记之后，彩色绝缘线缆的绝缘中的炭黑含量不会多过黑色绝缘线缆。炭黑是线缆抗UV物质的主要成分之一，所以炭黑含量少的彩色绝缘线缆在同样40~50年的光伏系统工况下的性能表现会不如高炭黑含量的黑色缘线缆。
类似的，即使PVC或者其他热塑料绝缘的线缆在通过了720小时的加速老化试验，但是像夹套UF线缆和液密非金属穿线管这样的PVC绝缘器件在炎热暴晒的西南室外环境中也失效的很快。因此，用于光伏系统环境中的导线需要使用含有交联聚乙烯的黑色热固性绝缘体。这样的绝缘体一般标记为XLPE或者XLP。也请注意光伏系统在40~50年的寿命中可能要承受2400小时的UV照射，但是每次720小时的加速老化试验中的UV实验约等于1500~2000小时UV照射。
即使是最好的塑料线缆夹，也应尽量不予使用。线缆需要使用金属线缆夹紧固在组件边框，紧固时应回避锐利边角或者垫EPDM橡胶以阻隔与穿线管卡的接触。每2个线缆紧固件的最大间距为12英寸，以防止其位移。最后还应该注意针对小动物的防护，但是保护方案不能对光伏阵列的散热与冷却产生影响。1/2英寸孔的镀锌铁丝网可以有效的解决小动物防护的问题。
总结
在合规的布线方法、材料和产品选择上仍存在非常多的挑战，装备制造商也在针对这些工程中存在的难题对产品进行改进。生产商聆听业内的反馈以差异化自己的产品，扩张市场份额的同时也能为业内提供物美价廉并且安全可靠的产品，从而为光伏系统25年的使用寿命提供更可靠的保障。
每当问起如何改进线缆管理，各地经验丰富的设计者和安装商都期待组件，支架和辅件生产商的发挥。通过各方长久的沟通与磨合，我们相信可以找到足以保障光伏系统安全可靠的线缆管理解决方案。
线缆管理解决方案展望
可能解决组件引线长度问题的方案包括：使用只有接头没有引线或者一根引线与一个接头搭配的接线盒，或对横向安装和竖向安装的组件分别定制不同长度的引线。组件生产商应当深入工程现场勘查这些实实在在的问题。如果安装商积极协调组件生产商和支架生产商，引线长度引起的问题也可以迎刃而解。
如果有一款适用于平屋顶的通过UL认证的顶部开敞导轨系统就最好不过了，这款产品便于安装，造价低廉，更能满足NEC规范。
我们需要一款适用于组件横向安装的高性价比线缆管理解决方案。即使组件横向安装会使线缆管理变得非常头疼，但是现阶段的主流项目组件都是横向安装的。
首先我们应当理清规范对于线缆吊架、线缆托架与辅助线缆槽的差别。我们需要一种在屋顶环境可以合理布置大量小线径线缆的实用方案。最近也见识到很多商用屋顶项目中被拉扯了好几百尺的光伏直流线缆，而且有些线缆被直接放在了屋顶表面，这些线缆既没有被释放应力也没有相应的物理保护。如果现在拥有更成熟的线缆管理解决方案，我们一定可以减少这样的线缆施工陋习，进而降低火灾发生的概率。