光伏電站安全措施

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽能就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，人們開始大力發(fā)展太陽能能發(fā)電。消息顯示，5月21日下午3點(diǎn)左右，位于唐縣迷城鄉(xiāng)的一座20MW山地光伏電站突發(fā)火災(zāi)，一時(shí)間電站現(xiàn)場(chǎng)煙霧彌漫。

據(jù)說，火災(zāi)原因是附近山坡上的草木著火，最終殃及了電站，幸虧撲救及時(shí)，才沒有造成太大的經(jīng)濟(jì)損失。

資料顯示，該電站于2015年7月并網(wǎng)發(fā)電，投資商為保能唐縣電力開發(fā)有限公司。

而此之前不久，4月2日上午，位于張家口宣化區(qū)北外環(huán)的某山地光伏電站也曾發(fā)生火情，最終造成部分光伏陣列被燒得只剩支架，組件損毀嚴(yán)重。

炎炎夏日，天干物燥，最是火災(zāi)高發(fā)季節(jié)。作為常年暴曬于陽光下的光伏發(fā)電系統(tǒng)，此時(shí)更應(yīng)該將防火安全提到最高等級(jí)。回頭去看，去年的部分光伏電站火災(zāi)，也多發(fā)生在夏季：

2018年4月3日，靖遠(yuǎn)縣北灘鎮(zhèn)杜寨村光伏電廠燃起熊熊烈焰，情況危急;

2018年4月18日，江蘇南通一光伏電站突然起火，現(xiàn)場(chǎng)濃煙滾滾，消防第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng);

2018年4月19日，安徽銅陵某地面光伏電站發(fā)生火災(zāi)，整個(gè)電站一片狼藉，組件基本被燒光，只剩下一些凌亂散落的金屬支架;

2018年5月21日，北京中國石油大學(xué)附小屋頂光伏電站起火;

……

光伏電站屬于重資產(chǎn)投資，火災(zāi)導(dǎo)致的損失非常嚴(yán)重。那么，光伏電站發(fā)生火災(zāi)的原因究竟是什么?又該如何去防患于未“燃”呢?

光伏系統(tǒng)失火原因

對(duì)于光伏電站的安全運(yùn)行，一位常年參與浙江省光伏電站驗(yàn)收專家指出，火災(zāi)，正是光伏電站的最大安全隱患。

他認(rèn)為，除了來自于外部原因的火災(zāi)外，光伏系統(tǒng)自身的火災(zāi)隱患更需引起足夠重視。其中，組件的熱斑效應(yīng)、接線盒與連接器故障、電纜載流量過小、直流拉弧、電流倒灌等，是引發(fā)光伏系統(tǒng)火情的最常見原因。

他表示，除了電站施工質(zhì)量和后期運(yùn)維，設(shè)備質(zhì)量問題尤其需要引起投資方的足夠重視。

來自中科院風(fēng)電光伏檢測(cè)中心的數(shù)據(jù)證實(shí)了上述專家的看法。

該數(shù)據(jù)資料顯示，光伏電站起火的常見原因有：組件熱斑效應(yīng)造成組件局部溫度過高;插頭腐蝕，虛接拉弧起火;線纜磨損破皮，與支架拉弧起火;電纜線徑太小，阻值過大發(fā)熱起火;匯流箱接頭虛接，腐蝕，匯流箱起火;大型逆變器散熱風(fēng)扇損壞，逆變器線排接頭腐蝕，虛接等造成的逆變器失火;雷擊起火;接線盒二極管失效，虛焊等造成局部溫度高，等等。

據(jù)上述資料統(tǒng)計(jì)，約有70%左右的光伏電站火災(zāi)是由于設(shè)備問題造成，其中又以匯流箱、逆變器、連接器、電線電纜、組件、配電柜及變壓器等設(shè)備導(dǎo)致的火災(zāi)最為常見。

與此對(duì)應(yīng)，據(jù)一位常年在海外市場(chǎng)做光伏電站工程的業(yè)內(nèi)人士介紹，光伏電站的火災(zāi)事故在國外也并不少見，但相對(duì)來說，主要原因更多是設(shè)備老化而未及時(shí)更換所引起。

反觀國內(nèi)的電站火災(zāi)，則大多與系統(tǒng)部件自身的質(zhì)量問題或工程質(zhì)量問題有關(guān)。

“排除自然和部分人為因素外，其實(shí)主要問題還是在產(chǎn)品層面，大多是因?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理、不具有針對(duì)性或產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)引發(fā)的。”上述專家強(qiáng)調(diào)。

設(shè)備質(zhì)量問題嚴(yán)峻

作為全球領(lǐng)先的光伏設(shè)備制造大國，國內(nèi)光伏電站的設(shè)備質(zhì)量怎么會(huì)不過關(guān)呢?

據(jù)一位熟悉采購業(yè)務(wù)的業(yè)內(nèi)人士介紹，光伏設(shè)備都有權(quán)威認(rèn)證，且出廠前經(jīng)過全面嚴(yán)格的檢測(cè)，一般不會(huì)有太大問題，但由于近年來搶裝現(xiàn)象較多，造成不少低質(zhì)低價(jià)產(chǎn)品流入市場(chǎng)，再加上“低價(jià)中標(biāo)”的招標(biāo)方式，促使一些設(shè)備生產(chǎn)廠家為降低成本不得不降低相關(guān)質(zhì)量要求，也客觀上造成了一些電站質(zhì)量的下降。

1、組件問題

“組件作為光伏電站的核心設(shè)備，防火等級(jí)在B級(jí)以上一般是不會(huì)引發(fā)火災(zāi)的，目前著火的大都是因?yàn)楸嘲搴徒泳€盒材料質(zhì)量不良、封裝工藝不良問題引發(fā)的。組件焊接面積過小或虛焊、接線盒絕緣不夠，都會(huì)引發(fā)組件自燃”。正泰太陽能組件技術(shù)專家王仕鵬分析道。

作為光伏組件的重要部件，接線盒是集電器設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和材料應(yīng)用于一體的綜合性產(chǎn)品，其主要作用是連接和保護(hù)光伏組件，傳導(dǎo)光伏組件產(chǎn)生的電流。因此，接線盒的質(zhì)量對(duì)組件質(zhì)量影響較大。

目前看，接線盒的二極管、殼體、連接線路及引線端子的質(zhì)量不良，正是接線盒起火的主要原因之一。

專家表示，接線盒的防護(hù)等級(jí)須滿足IP65及以上，引出線和接線盒焊點(diǎn)焊接面積至少要大于20平方毫米，還要控制引出線長(zhǎng)度符合要求，避免接觸接線盒塑膠件等。

光伏背板材料失效則是導(dǎo)致組件容易過熱乃至引發(fā)火情的另一個(gè)重要原因。

背板材料失效，將使組件內(nèi)部封裝材料和電池直接曝露在戶外環(huán)境中，引發(fā)封裝材料水解、電池和焊帶腐蝕及脫層等問題，迅速降低組件功率輸出和使用壽命，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致組件絕緣失效引發(fā)火災(zāi)和傷亡事故。

而導(dǎo)致背板燃燒的典型原因，就是組件熱斑區(qū)域溫度過高致使背板被燒穿。

封裝工藝常見的問題，則主要在焊接不良和接線盒組裝工藝方面。

焊接工序作為組件封裝程序的關(guān)鍵工序之一，其質(zhì)量好壞對(duì)整個(gè)封裝性能的影響比較大。若焊接過程控制不當(dāng)就會(huì)造成熱斑、碎片等情況，而熱斑通常也被認(rèn)為是組件起火原因之一。

據(jù)CTC國家光伏質(zhì)檢中心的數(shù)據(jù)，其在對(duì)江蘇某10MW光伏電站的紅外成像抽檢發(fā)現(xiàn)，抽檢的2868塊組件中有19%存在虛焊熱斑效應(yīng)問題。

專家介紹，個(gè)別壞電池的混入、電極焊片虛焊、電池由裂紋演變?yōu)槠扑椤€(gè)別電池特性變壞、電池局部受到陰影遮擋等，都是引發(fā)熱斑效應(yīng)的常見原因。

據(jù)專家介紹，為規(guī)避熱斑效應(yīng)，目前通常的做法，是在組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管的接線盒來降低熱斑的影響。當(dāng)一個(gè)電池被遮擋時(shí)，其他電池促其反偏成為大電阻，此時(shí)接線盒中的二極管啟動(dòng)，屏蔽掉含有問題的電池片，從而避免被遮擋電池因過熱而損壞。

2、連接器

連接器是另一個(gè)容易導(dǎo)致失火的器件，比如MC4接頭。

“劣質(zhì)接頭很容易因接觸不良造成拉弧，輕者熔斷保險(xiǎn)、線纜，重者燒毀組件和設(shè)備引起火災(zāi)。”

史陶比爾光伏總監(jiān)方宇明告訴記者，雖然連接器價(jià)格不高，但是用量較大。在通流情況下，如果連接器的電阻增大導(dǎo)致溫升增加，并超出塑料外殼及金屬件所能承受的溫度范圍，就容易引發(fā)火災(zāi)。

“可以說，連接器的失效并引發(fā)火災(zāi)，是由塑料外殼和金屬件共同作用的結(jié)果。”方宇明表示，絕緣材料的選擇直接決定了連接器的質(zhì)量，特別是材料的耐候性、耐熱性、阻燃性、絕緣性等

據(jù)介紹，目前業(yè)內(nèi)一些廠家使用回料生產(chǎn)連接器，可能也是導(dǎo)致連接器質(zhì)量下降的原因之一。

專家表示，雖然使用回料可以降低成本，但卻增加了產(chǎn)品在使用端的失效概率，連接器廠商對(duì)此應(yīng)該加以杜絕。

與連接器由連接的電纜的選擇也非常重要。一般來說，不同的連接器型號(hào)會(huì)對(duì)應(yīng)不同的電纜外徑，其目的是保證密封性能。如果密封不好，在戶外應(yīng)用時(shí)有可能會(huì)進(jìn)水進(jìn)塵，從而破壞絕緣性能，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

3、逆變器

據(jù)一位逆變器業(yè)內(nèi)人士介紹，歐美等很多國家都嚴(yán)格規(guī)定逆變器要具有電弧自動(dòng)切斷保護(hù)功能，必須有兩級(jí)斷開機(jī)制：要么用兩個(gè)繼電器串聯(lián)，要么一個(gè)繼電器里面必須有兩個(gè)斷開觸點(diǎn)，這樣可做冗余保護(hù)，防止一個(gè)壞了，另一個(gè)依然可起到隔離斷開作用。

而國內(nèi)由于缺少這方面的硬性規(guī)定，有的廠家為了減少成本，在國內(nèi)銷售的逆變器也就沒有這個(gè)功能。

據(jù)逆變器技術(shù)專家介紹，高質(zhì)量的逆變器，一般采用LCL三階濾波結(jié)構(gòu)，但業(yè)內(nèi)一些逆變器廠商只有LC,省掉了其中的L，有的連繼電器的兩個(gè)斷開觸點(diǎn)也省掉一個(gè)，這樣做雖然能降低一些成本，但卻大大增加了后期運(yùn)行安全隱患。

“國內(nèi)項(xiàng)目對(duì)逆變器單瓦價(jià)格壓得太狠，企業(yè)也是迫不得已，在模塊上沒有更多的成本操作空間，只能在元器件上做文章，這種偷梁換柱的做法似乎已成了某種行業(yè)潛規(guī)則。”上述逆變器業(yè)內(nèi)人士無奈地說。

據(jù)他介紹，導(dǎo)致逆變器容易發(fā)熱失火的原因還有很多，比如電感器性能下降、電容器不穩(wěn)定、塑料器件變脆劣化、壽命縮短、器件絕緣性能下降、散熱性能下降、半導(dǎo)體器件失效等。

4、匯流箱

作為電流匯聚和分流的連接設(shè)備，匯流箱也是一個(gè)容易發(fā)熱失火的器件，包括匯流箱和直流柜等設(shè)備接地不可靠、連接頭接觸不良、接線混亂等，都極易引起直流電弧或因雷擊而引發(fā)火災(zāi)。

其中，匯流箱的質(zhì)量問題尤其突出，主要問題有：匯流排和熔斷器布局不合理或重疊在一起，不利于散熱，很易造成短路燒壞;端子和匯流排接觸面積較小，易引起發(fā)熱和打火;匯流排采用鋁排，運(yùn)行時(shí)箱體溫度過高;箱內(nèi)缺少監(jiān)測(cè)各支路電流的通訊單元和保護(hù)單元;沒有斷路器，即使發(fā)現(xiàn)事故，也很難人為斷開;控制板輸入端高壓電氣間隙爬電距離不足，引起燃燒;熔絲質(zhì)量不過關(guān);IP等級(jí)達(dá)不到要求;接線排絕緣質(zhì)量和耐壓值較低;斷路器相間隔板未安裝，或斷路器距外殼過近、飛弧距離不夠。等等。

5、電線電纜

電線電纜質(zhì)量問題，更是引發(fā)光伏電站火災(zāi)的常見原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電纜故障原因主要有以下幾種：

電纜頭制作質(zhì)量不良致電纜頭爆炸起火;電纜經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行絕緣老化擊穿短路起火;電纜敷設(shè)條件惡劣(高溫或積水)致絕緣下降短路起火;電纜受外力機(jī)械損傷致絕緣破壞短路起火;電纜長(zhǎng)期過負(fù)荷運(yùn)行，或保護(hù)(開關(guān))裝置不能及時(shí)切除負(fù)載短路電流致絕緣過熱，損壞造成電纜短路起火;電線電纜本身質(zhì)量不良致電線電纜過載起火。

其中，電纜接頭接觸不良、接插件開關(guān)的可靠性、絕緣層長(zhǎng)時(shí)間老化、外力導(dǎo)致絕緣層破損等問題，都會(huì)造成直流電弧。而直流電弧產(chǎn)生的高溫輕易超過3000℃，能夠直接導(dǎo)致起火。

從目前相關(guān)數(shù)據(jù)來看，有約80%以上的光伏電站火災(zāi)是因?yàn)橹绷骼≡蛟斐伞?/p>

隨著平價(jià)上網(wǎng)和競(jìng)價(jià)模式的施行，光伏電站的產(chǎn)品質(zhì)量問題更應(yīng)當(dāng)引起全行業(yè)的高度重視。

“光伏行業(yè)要想持續(xù)發(fā)展，質(zhì)量問題已是一個(gè)必須高度重視的問題，如果一味為了降低成本而降低質(zhì)量，最終損害的將是整個(gè)行業(yè)的利益。”上述專家表示。

在他看來，即使光伏電站具備科學(xué)詳細(xì)的滅火規(guī)范并配備正確的滅火裝備，卻也無法防范劣質(zhì)產(chǎn)品帶來的火災(zāi)隱患，唯有從源頭上解決問題，嚴(yán)格控制進(jìn)入市場(chǎng)的產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)格落實(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收規(guī)范，才能保證電站安全確保投資者收益。相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。