引言：2019年8月22日央視財(cái)經(jīng)報(bào)道：美國(guó)沃爾瑪超市在過(guò)去11個(gè)月里連續(xù)7個(gè)購(gòu)物中心屋頂?shù)墓夥娬酒鸹鹑紵?，沃爾瑪控告美?guó)特斯拉SolarCity全部拆除屋頂光伏電站并賠償損失。2018年6月，特斯拉太陽(yáng)能系統(tǒng)在加州雷德蘭茲的亞馬遜倉(cāng)庫(kù)起火。據(jù)悉，火災(zāi)發(fā)生后，亞馬遜已經(jīng)沒(méi)有任何繼續(xù)從特斯拉的太陽(yáng)城子公司采購(gòu)光伏發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)一步計(jì)劃。
近年來(lái)，隨著光伏的普及，越來(lái)越多的屋頂，披上了光伏的外衣。但無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，光伏電站著火的事件屢屢發(fā)生。在5月22日，全國(guó)能源信息平臺(tái)的一篇題目為《當(dāng)光伏屋頂變成“火藥桶，誰(shuí)來(lái)對(duì)BIPV安全負(fù)責(zé)？》引起熱議。這到底是由于光伏電站的“先天缺陷”，技術(shù)壁壘等原因而導(dǎo)致的隱患，還是因?yàn)橛捎谝庾R(shí)缺乏而亟待解決的問(wèn)題呢？
對(duì)于光伏電站著火這件事在業(yè)內(nèi)一直都是一個(gè)“敏感話題”，有人提出不該用這樣的“小概率”事件，來(lái)阻礙整個(gè)行業(yè)前進(jìn)的步伐。水火無(wú)情，“小概率”事件帶來(lái)的災(zāi)害是及其嚴(yán)重的、無(wú)可挽回的。光伏的初衷是為人們帶來(lái)綠色的能源，但只有安全可控的綠色能源才是值得去獲取。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)報(bào)告顯示，2019年全球光伏新增裝機(jī)114.9GW，連續(xù)第三年突破100GW門檻，同比增長(zhǎng)12%，光伏累計(jì)裝機(jī)量達(dá)到627GW。在這樣大的安裝基數(shù)下，那么這樣的“小概率”事件又會(huì)帶來(lái)多大的危害呢？
什么是直流電弧，起因是什么？
直流電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，可以理解為絕緣情況下產(chǎn)生的高強(qiáng)度瞬時(shí)電流。在光伏電站的火災(zāi)中，據(jù)統(tǒng)計(jì)80%以上的電站著火是因?yàn)橹绷鱾?cè)的故障引起的，由直流高壓引起的電弧火花是光伏火災(zāi)的“元兇”。
實(shí)際電站中，太陽(yáng)能組件以串列方式排成陣列，整串線路電壓累計(jì)，一般可以達(dá)到600V~1000V的高壓。在長(zhǎng)年累月的運(yùn)行中，接頭沒(méi)有擰緊導(dǎo)致的接觸不良、接觸件質(zhì)量問(wèn)題、運(yùn)行時(shí)間久帶來(lái)的絕緣部位老化等問(wèn)題都會(huì)直接造成直流電弧現(xiàn)象、擊穿空氣，引發(fā)火災(zāi)。
不難看出，隨著電站的運(yùn)行時(shí)間增加，出現(xiàn)直流電弧的概率也會(huì)增加。不考慮其他接觸件以及絕緣部位，在一個(gè)10MW的分布式電站中，光接觸點(diǎn)便超過(guò)了80,000個(gè)，它們時(shí)刻存在發(fā)生直流電弧的可能性。即便在25年的電站運(yùn)行時(shí)間中只有1/1000的接觸點(diǎn)發(fā)生直流電弧，這個(gè)電站也會(huì)發(fā)生80次直流電弧事件。
直流電弧對(duì)光伏電站的危害
跟交流電弧不一樣的是，直流電弧沒(méi)有過(guò)零點(diǎn)，意味著如果發(fā)生了直流電弧，觸發(fā)部位會(huì)維持相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間穩(wěn)定燃燒而不熄滅。直流電弧產(chǎn)生的高溫輕易超過(guò)3000℃，能夠直接導(dǎo)致起火。
當(dāng)系統(tǒng)著火后，光伏電站本身就是一個(gè)“大電池”，只要有光照就會(huì)有直流高壓的存在，消防隊(duì)員便無(wú)法進(jìn)行施救。
看得見(jiàn)的直流電弧火花
應(yīng)對(duì)直流高壓出臺(tái)的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)
在美國(guó)、歐洲、日本、澳洲等發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)光伏系統(tǒng)中的直流高壓?jiǎn)栴}已出臺(tái)強(qiáng)制措施。美國(guó)NEC690.12中，對(duì)此快速關(guān)斷做出了嚴(yán)格的要求——以距離到光伏矩陣305mm為界限，在快速關(guān)斷裝置啟動(dòng)后30S內(nèi)，界限范圍外電壓降低到30V以下，界線范圍內(nèi)電壓降低到80V以下，也就是要求實(shí)現(xiàn)“組件級(jí)關(guān)斷”；意大利，消防員在建筑物帶電壓的情況下，是不可以進(jìn)行滅火工作的；德國(guó)，率先執(zhí)行VDE防火安全標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定在光伏系統(tǒng)中逆變器與組件之間需要增加一個(gè)直流電切斷裝置；澳大利亞，根據(jù)OVE R11-1: 2013規(guī)范，在組件附近必須有斷路裝置。
中國(guó)建筑裝飾協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《光電建筑技術(shù)應(yīng)用規(guī)程》：高壓直流電弧是產(chǎn)生光伏系統(tǒng)火災(zāi)的主要原因，在發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少使用直流線路。直流系統(tǒng)電壓不宜高于80伏。
浙江省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布的?家庭屋頂光伏電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范DB33/T 2189-2019?：光伏電源并網(wǎng)電氣設(shè)備應(yīng)符合GB 50054等國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并滿足日常運(yùn)行、維護(hù)和檢修的要求。根據(jù)GB/T3805和GB/T 18379相關(guān)規(guī)定，光伏電源應(yīng)具備技術(shù)措施，在施工、維護(hù)和檢修等情況下能夠控制人體可能接觸的直流部分電壓在120V安全限值范圍內(nèi)。
中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司最新發(fā)布實(shí)施的 CTS 13001—2018《戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)檢測(cè)及評(píng)價(jià)》安裝在屋頂上的戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，當(dāng)直流電壓大于120V時(shí)，單塊光伏組件或組串宜采用快速關(guān)斷的方式控制危險(xiǎn)直流電壓。安裝在屋頂上的戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，當(dāng)直流電壓大于120V時(shí)，宜采用電弧故障檢測(cè)、報(bào)警及處理系統(tǒng)。
嘉興市光伏行業(yè)協(xié)會(huì)、嘉興市家庭光伏應(yīng)用聯(lián)盟發(fā)布的《戶用型分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：對(duì)于光伏系統(tǒng)中直流側(cè)設(shè)計(jì)電壓高于600V，禁止應(yīng)用于戶用分布式光伏系統(tǒng)。直流側(cè)設(shè)計(jì)電壓高于120V，不超過(guò)600V的系統(tǒng)，如暴露在組陣列之外的直流線纜長(zhǎng)度超過(guò)1米時(shí)，必須安裝光伏專用直流開(kāi)關(guān)，能夠在帶載條件下手動(dòng)物理切斷組件電壓或系統(tǒng)應(yīng)具備組件級(jí)直流電壓快速關(guān)斷功能，切斷直流母線高壓 。
安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑光伏系統(tǒng)防火技術(shù)規(guī)范》，也同樣在反復(fù)強(qiáng)調(diào)高壓直流危害，要求設(shè)計(jì)快速關(guān)閉裝置能控制斷開(kāi)建筑光伏系統(tǒng)直流和交流電路。
作為世界第一光伏大國(guó)的中國(guó)，在此領(lǐng)域，盡管陸續(xù)出臺(tái)了一些行業(yè)規(guī)范，但實(shí)質(zhì)上仍未得到足夠的認(rèn)識(shí)。不難發(fā)現(xiàn)，在上述的安規(guī)文件中，多數(shù)均為指導(dǎo)意見(jiàn)、并未強(qiáng)制執(zhí)行，安全規(guī)范的普及推廣遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于產(chǎn)品的制造和推廣。
直流高壓的解決方案
1. 組件級(jí)關(guān)斷器解決方案
光伏關(guān)斷器是一種可實(shí)現(xiàn)組件級(jí)快速關(guān)斷的裝置。在危急情況下，通過(guò)該裝置，可以遠(yuǎn)程或者手動(dòng)快速關(guān)斷每一塊光伏組件之間的連接，從而消除光伏系統(tǒng)陣列中存在的直流高壓，降低觸電風(fēng)險(xiǎn)、解決施救風(fēng)險(xiǎn)，為光伏系統(tǒng)的安全“保駕護(hù)航”。
昱能組件級(jí)關(guān)斷器RSD與信號(hào)發(fā)生器Transmitter配套使用：transmitter作為信號(hào)主機(jī)，通過(guò)不斷的發(fā)送心跳幀維持關(guān)斷器RSD的正常工作。同時(shí)，系統(tǒng)在遇到緊急情況時(shí)，可以通過(guò)交流拉閘，停止Transmitter工作，從而通過(guò)關(guān)斷器斷開(kāi)每一塊組件的輸出，保障系統(tǒng)的安全。昱能組件級(jí)關(guān)斷器產(chǎn)品可與大多數(shù)品牌的組串式逆變器匹配，具有體積小、重量輕，安裝方式簡(jiǎn)單便捷，使用安全可靠等諸多優(yōu)勢(shì)。
在組件級(jí)電力電子技術(shù)的應(yīng)用中，微型逆變器系統(tǒng)為全并聯(lián)電路設(shè)計(jì)，組件之間不再有電壓疊加，直流電壓小于60伏(不高于組件最高輸出直流電壓)，徹底解決了由于高壓直流拉弧引起火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也解決了當(dāng)房屋起火時(shí)，因光伏電站而阻礙了施救的問(wèn)題。
微型逆變器光伏系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，交流并網(wǎng)電壓220伏/380伏，屬于家用電器級(jí)別安全等級(jí)。由此：
