直流高壓—分布式安全的痛點(diǎn)

一提起太陽能，在最初的幾年大家先想到是太陽能熱水器，而現(xiàn)在更多的想到的是太陽能光伏發(fā)電，可見光伏已經(jīng)逐漸加入大眾視野。光伏進(jìn)入家庭，實(shí)實(shí)在在來到了老百姓身邊，不僅是家庭能源的補(bǔ)充，倡導(dǎo)綠色能源，甚至可以成為一種扶貧方式，一個(gè)投資項(xiàng)目。然而，光伏還是一個(gè)相對(duì)新的行業(yè)，所以在前期飛速發(fā)展的時(shí)候，很多問題會(huì)被忽視，其中最重要的是安全問題。此篇文章我們就一起來討論一下，光伏系統(tǒng)不安全的主要原因及相關(guān)解決方案。

直流高壓帶來的問題

根據(jù)德國某著名保險(xiǎn)公司在光伏領(lǐng)域的實(shí)際業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)中可以得出：光伏電站的過電壓和火災(zāi)事故數(shù)量占到總量50%以上，一旦發(fā)生，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益損失巨大，且會(huì)危害用戶的人身安全。

● 問題一：直流高壓為什么會(huì)成為火災(zāi)隱患?

以下是一個(gè)光伏系統(tǒng)中直流電弧的演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中模擬了系統(tǒng)功率約為2KW的串型逆變器光伏系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，逆變器系統(tǒng)直流電弧現(xiàn)象：

拉開線纜，電弧逐漸產(chǎn)生，并且越來越強(qiáng)烈。電壓表示數(shù)上升，且溫度可達(dá)4200多度。

● 問題二：直流高壓在火災(zāi)時(shí)消防員救火的最大障礙，為什么?

當(dāng)裝有光伏系統(tǒng)的房屋起火時(shí)，施救工作必須在保證消防員安全的基礎(chǔ)上進(jìn)行。一般來說，在靠近起火房屋之前，消防員會(huì)先切斷所有電源。但如果屋頂裝有光伏系統(tǒng)，那么只要光伏板暴露在陽光中，那么在一個(gè)陣列中600V~1000V的高電壓就會(huì)存在，施救工作將會(huì)非常危險(xiǎn)。

相關(guān)國際規(guī)定

在相對(duì)成熟的光伏市場(chǎng)，針對(duì)于光伏系統(tǒng)，特別是建筑光伏都制定了非常嚴(yán)格的安全規(guī)定：

美國防火協(xié)會(huì)修改國家電氣規(guī)范NE690.12：“住宅用光伏發(fā)電系統(tǒng)中，在緊急情況發(fā)生時(shí)，光伏系統(tǒng)交流并網(wǎng)端斷開后，直流端電壓最大不能超過80V。

● 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。

國外消防員對(duì)于裝有光伏系統(tǒng)的房屋施救中有了一個(gè)新的準(zhǔn)則“l(fā)et it burn”。國外有正式“國家消防法規(guī)”出臺(tái)，命令規(guī)定消防隊(duì)員在對(duì)裝有光伏系統(tǒng)的火災(zāi)進(jìn)行施救時(shí)，需保持一個(gè)最小的安全距離。消防隊(duì)員不得在小于安全距離的范圍內(nèi)進(jìn)行施救工作。

如何解決/改善直流高壓?jiǎn)栴}？目前市場(chǎng)上有以下解決方案：

方案一：微型逆變器方案

目前，在歐美等發(fā)達(dá)國家，越來越多的屋頂光伏系統(tǒng)都采用微型逆變器取代傳統(tǒng)的組串型逆變器。微型逆變器為全并聯(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題。

微逆的交流拉弧是自熄性的，不存在火災(zāi)隱患。

該方案的初始投資成本較高，但由于國外諸多安規(guī)限制，加上人工費(fèi)用的節(jié)省，使得微型逆變器系統(tǒng)方案成本與組串逆變器系統(tǒng)基本持平，甚至由于10年的質(zhì)保、易維護(hù)及多發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，成為歐美國家民用系統(tǒng)(<10kW)的首選產(chǎn)品。

方案二：優(yōu)化器方案

優(yōu)化器系統(tǒng)具有組件級(jí)遠(yuǎn)程監(jiān)控/關(guān)斷/MPPT功能，雖然不能直接解決直流高壓?jiǎn)栴}，但在發(fā)生火災(zāi)之后能夠關(guān)斷每塊組件的直流輸出，不會(huì)傷害消防員的人身安全。優(yōu)化器系統(tǒng)整體成本較微型逆變器系統(tǒng)更低，后期易維護(hù)及多發(fā)電，受到美國和歐洲多個(gè)國家的歡迎。另外，該方案不僅可用于民用系統(tǒng)，也廣泛應(yīng)用于商用甚至大型地面電站中。目前國內(nèi)包括陽光、華為、昱能科技多家逆變器企業(yè)相繼推出自家品牌的功率優(yōu)化器系列。

方案三：改良版組串逆變器方案

● 組串逆變器設(shè)計(jì)修改：直接裝在組件支架上，縮短直流線尺寸，降低直流拉弧的可能性及減少用戶接觸直流高壓電纜;

● 組串逆變器直流電纜外額外保護(hù)套，直流電纜不裸露;額外增加部分成本;

● 直流電纜超過1.5米間隔需安裝物理性關(guān)斷開關(guān);

● 增加直流電弧監(jiān)測(cè)裝置及自動(dòng)關(guān)斷裝置;

以上三種方案，客戶可根據(jù)預(yù)算及自身訴求選擇相關(guān)方案。

關(guān)于分布式建筑光伏的安全問題，直接關(guān)系到用戶的人身財(cái)產(chǎn)安全，是我們需要持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)。

文章來源：PV兔子