樁樁件件觸目驚心!隨著(zhù)光伏裝機容量的逐年攀升，逆變器、匯流箱、大電流組件以及應用場(chǎng)景越來(lái)越復雜，造成火災隱患上升。除了來(lái)自于外部原因的火災外，光伏系統自身的火災隱患更需引起重視。
一、火災發(fā)生的原因分析
1、設備演進(jìn)，進(jìn)一步帶來(lái)火災隱患
為進(jìn)一步降低光伏電站LCOE，光伏組件呈現大功率、大電流趨勢。
隨著(zhù)硅片尺寸越來(lái)越大以及電池效率越來(lái)越高，組件電流不斷提高成為必然趨勢。我們看到，組件電流越來(lái)越大，逆變器功率或匯流箱對應的組串數量也不斷增加。
圖1 集中式系統：電流和組串越來(lái)越大
圖2 組串式系統：電流和組串越來(lái)越大
隨著(zhù)光伏直流側系統功率和電流增大，隨之而來(lái)的故障起火風(fēng)險也越來(lái)越大。
當發(fā)生故障時(shí)，在故障點(diǎn)產(chǎn)生的短路電流也相應的增大，根據焦耳定律Q=I²Rt可知，電流增大一倍，短路點(diǎn)熱效應增加4倍，起火的風(fēng)險也極大的增加。
未來(lái)，光伏直流側功率將進(jìn)一步增大，傳統方案的保護功能卻沒(méi)有得到任何的改進(jìn)與升級，完全沒(méi)有跟上系統功率演進(jìn)的節奏!這個(gè)問(wèn)題的解決，已經(jīng)到了刻不容緩的時(shí)候了。
2、光伏電站的應用場(chǎng)景越發(fā)多樣化、復雜化
從荒漠走向農光、漁光、山地、屋頂發(fā)展，涵蓋了光伏+建筑，光伏+農業(yè)，光伏+山地，光伏+漁業(yè)等多個(gè)復雜場(chǎng)景。
當“光伏+”越來(lái)越豐富的時(shí)候，火災就成為了最大的安全隱患。光伏電站一旦發(fā)生火災事故，不僅會(huì )損失電站成本、發(fā)電收益，嚴重時(shí)還會(huì )造成建筑及人身傷害。
秋末冬初，山地電站組件下方布滿(mǎn)枯草，山火引發(fā)的損失難以估量，因此電站對防火的要求必然更高;
農光電站、屋頂光伏等場(chǎng)景光伏組件通常布置在大棚或建筑物上方，且與人員的接觸更加緊密，線(xiàn)纜或逆變器短路引發(fā)的火災，將對人身財產(chǎn)安全產(chǎn)生極大的威脅。
二、防患于未然，需要系統方案升級配合!
如前文所述，未來(lái)組件電流的增大、組串數量越來(lái)越多是大勢所趨。同時(shí)，隨著(zhù)逆變器功率密度的增加，電流反灌時(shí)的能量也愈發(fā)增大，進(jìn)而導致組件-線(xiàn)纜-逆變器整個(gè)電站系統的安全風(fēng)險增加。因此，倒逼系統需要與時(shí)俱進(jìn)，做出新的創(chuàng )新，來(lái)迎合這個(gè)趨勢，保障電站安全。
當前的集中式方案一般使用16/24路直流匯流箱將組件功率進(jìn)行匯集，采用支路熔絲和匯流斷路器進(jìn)行保護，因光伏組件短路電流僅為額定電流的1.1倍，無(wú)法達到熔絲和斷路器的保護電流，因此現有的直流保護器件均無(wú)法動(dòng)作。具體原理如下：
如上圖的A點(diǎn)發(fā)生短路故障，紅色故障回路：QF1為匯流箱斷路器，額定電流500A，由于組件的短路電流在480A左右，QF1一直不會(huì )脫扣，持續輸出直流能量到故障點(diǎn)，維持電弧燃燒，擴大火災事故。
集中式由于直流回路長(cháng)，匯流路數多，級聯(lián)路數多，除了上述短路故障點(diǎn)A外，匯流箱、匯流柜內等都可能發(fā)生類(lèi)似故障情況，風(fēng)險相較組串式將更大。
集中式逆變器因直流短路起火照片
當前組串式方案雖然不存在匯流箱后端短路的問(wèn)題，但是當逆變器內部出現極端故障時(shí)，如內部IGBT故障造成直流母線(xiàn)短路，逆變器因無(wú)法分斷直流輸入能量，大量的能量在故障點(diǎn)積累可能導致進(jìn)一步的問(wèn)題，嚴重一點(diǎn)的將發(fā)生炸機、起火等事故。
逆變器炸機、起火后，明火或高溫的電解液溢出，又極易引發(fā)枯草、大棚、屋頂等起火燃燒，擴大故障。這樣的案例也不少見(jiàn)。
三、光伏電力：更安全、更便宜，兩手都要硬!
在戶(hù)用光伏場(chǎng)景，部分國家、區域已經(jīng)出臺相關(guān)標準。國內部分省市的建筑行業(yè)也在推行類(lèi)似標準，即在屋頂光伏上，要具備RSD功能，在每個(gè)組件后面加優(yōu)化器，可以實(shí)現組件級關(guān)斷，在后級出現短路等故障時(shí)，優(yōu)化器可以分斷組件的能量，繼而避免進(jìn)一步的故障擴大。這種方案可以較顯著(zhù)地提高系統安全，但是由于優(yōu)化器當前成本仍然較高，尚無(wú)法在大型電站、以及較大型工商業(yè)電站上普遍應用。然而，隨著(zhù)光伏發(fā)電的快速發(fā)展、普及，光伏電站的“火災”問(wèn)題將會(huì )成為行業(yè)隱患!電站“安全性”必須引起全行業(yè)的高度重視;如何能解決安全問(wèn)題，又不提高光伏發(fā)電的LCOE(度電成本)?行業(yè)需要提出創(chuàng )新性的解決方案，并完善相關(guān)標準，讓后續的光伏電站能真正落實(shí)相關(guān)要求;真正讓電站安心無(wú)憂(yōu)，讓我們的碳中和之路走得更穩更踏實(shí)。
