现场 | 山西一家庭屋顶光伏电站起火

随着全球能源短缺和环境污染问题日益突出,太阳能光伏产业发展迅速,近几年,我国光伏发电产业蓬勃发展,特别是屋顶光伏电站的建设数量在不断地增加,其消防安全问题显得尤为重要。据欧、美、日等光伏发达国家的经验,潜在的火灾风险也随之而来,屋顶光伏电站频频发生起火事故。

昨日,微信圈一则“山西户用光伏电站逆变器着火了!”令业内一片哗然,据了解:起火原因是使用了劣质逆变器,引起直流拉弧,最终导致内部器件自燃。

微信图片_20170504122556

步入5月以来,气温一天天升高。众所周知,光伏组件非常怕热!一般来说,光伏组件的峰值功率温度系数-0.38~-0.44%/℃之间。温度每升高1℃,光伏组件的输出功率会降低0.38~0.44%,不仅影响了发电量,还极易诱发火灾。

对于逆变器以及汇流箱的安全问题,欧美国家和日本都有严格的规定,中国是世界光伏逆变器组装大国,并非没有能力完成高质量产品的生产。事实上,低质量的内销产品与高品质外销产品可能并存在同一工厂中。

下游客户即电站业主贪图便宜,对逆变器单瓦压价压的太厉害,企业也是迫不得已,在模块上没有更多的成本操作空间,只能在器件上算些成本账,这种偷梁换柱的做法似乎已经成了逆变器行业的潜规则。

这种成本上的差距自然就导致了质量上的差距。电感器性能下降、电容器不稳定、塑料器件变脆劣化、寿命缩短、器件绝缘性能下降、散热性能下降、半导体器件失效,则是劣质逆变器种下的恶果。

其他案例

一. 2010年,德国Schwerinsdorf地区一居民房屋发生火灾,因屋顶安装了光伏系统,出于安全考虑,消防员直到所有光伏组件烧毁后,才进行施救工作。

图片1

二. 德国Hohenaspe地区,一家仓库发生起火,屋顶上的光伏系统使施救工作受阻,消防员在组件全部烧毁之前只能先控制火势蔓延。

图片2

三. 美国加利福尼亚地区一380kW的商用系统,因系统中的连接器出现故障引发了直流电弧,导致线缆起火。消防员不得不先手工打开系统中的56个断路器之后再进行施救,最终烧毁了9块组件。

图片3

在国外,当装有光伏系统的房屋起火时,施救工作必须在保证消防员安全的基础上进行。一般来说,在靠近起火房屋之前,消防员会先切断所有电源。但如果屋顶装有光伏系统,那么只要光伏板暴露在阳光中,那么在一个阵列中600V~1000V的高电压就会存在,施救工作将会非常危险。

近年来,消防员对于装有光伏系统的房屋施救中有了一个新的准则“let it burn”。国外有正式“国家消防法规”出台,命令规定消防队员在对装有光伏系统的火灾进行施救时,需保持一个最小的安全距离。消防队员不得在小于安全距离的范围内进行施救工作。

出于对安全的考虑,全世界范围内的政府防火安全机构、保险公司、电网公司对于光伏系统中的防火安全都在考虑出台相应的政策规定:

各国规定 
• 美国,防火协会修改国家电气规范:“住宅用光伏发电系统中,在紧急情况发生时,光伏系统交流并网端断开后,直流端电压最大不能超过80伏。

• 意大利,消防员在建筑物带电压的情况下,是不可以进行灭火工作的。

• 德国,率先执行VDE防火安全标准,明确规定在光伏系统中逆变器与组件之间需要增加一个直流电切断装置。

• 澳大利亚,根据OVE R11-1: 2013规范,在组件附近必须有断路装置。

小编有话说:

直流高压的危害已无需多言,那么如何解决、改善光伏系统中直流高压的问题,目前市场上有以下解决方案:

方案一:微型逆变器方案

目前,在欧美等发达国家,越来越多的屋顶光伏系统都采用微型逆变器取代传统的组串型逆变器。微型逆变器为全并联电路设计,组件之间不再有电压叠加,直流电压小于60伏(不高于组件最高输出直流电压),彻底解决了由于高压直流拉弧引起火灾的风险,同时也解决了当房屋起火时,因光伏电站而阻碍了施救的问题。

图片1

该方案的初始投资成本较高,但由于国外诸多安规限制,加上人工费用的节省,使得微型逆变器系统方案成本与组串逆变器系统基本持平,甚至由于10年的质保、易维护及多发电的优势,成为欧美国家民用系统(<10kW)的首选产品。

方案二:优化器方案

优化器系统具有组件级远程监控、关断、MPPT功能,虽然不能直接解决直流高压问题,但在发生火灾之后能够关断每块组件的直流输出,不会威胁到消防员的人身安全。当逆变器与电网断开时,交流端输出为0V时,直流优化器会自动切断连接,实现组件级别的关断,相当于一块组件加连接了一个关断器,真正意义上的消除了组件串联形成的直流高压。

优化器系统整体成本较微型逆变器系统更低,后期易维护及多发电,受到美国和欧洲多个国家的欢迎。另外,该方案不仅可用于民用系统,也广泛应用于商用甚至大型地面电站中。

640.webp

 

方案三:改良版组串逆变器方案

● 组串逆变器设计修改:直接装在组件支架上,缩短直流线尺寸,降低直流拉弧的可能性及减少用户接触直流高压电缆;

● 组串逆变器直流电缆外额外保护套,直流电缆不裸露;额外增加部分成本;

● 直流电缆超过1.5米间隔需安装物理性关断开关;

● 增加直流电弧监测装置及自动关断装置;

 

图片2