说一说光伏电站“安全”那些事儿

此前,关于“山西户用光伏电站逆变器着火了”的报道在各大媒体被报道,事故的原因扑朔迷离:刚出来的报道解释为“劣质逆变器引起的直流拉弧”,随后后续报道提到是因为“雷电”导致了这次事故。无论原因是什么,逐渐披露的屋顶光伏电站火灾的报道,给所有的行业人士,尤其是从事分布式、户用光伏电站建设等相关人士敲响了警钟!在分布式中,很多用户都不知道,采用串型逆变器实际上是在屋顶上引进了一根600V~1000V的高压电缆!

根据统计,据统计80%以上的电站着火是因为直流侧的故障,那么如何避免由于直流拉弧带来的火灾隐患呢?

什么是直流电弧,起因和破坏力如何?

直流电弧是一种气体放电现象,可以理解为绝缘情况下产生的高强度瞬时电流。根据文献报道:当用电开关断开电流或接触不良时,如果电路电压不低于20 伏,电流不小于80~100mA,电器的触头间便会产生直流电弧。

跟交流电弧不一样的是,直流电弧没有过零点,意味着如果发生了直流电弧,触发部位会维持相当长一段时间稳定燃烧而不熄灭。

实际电站中,接头没有拧紧导致的接触不良、接触件质量问题、运行时间久带来的绝缘部位老化等问题都会直接造成直流电弧现象。不难看出,随着电站的运行时间增加,出现直流电弧的概率也会增加。

直流电弧产生的高温轻易超过3000℃,能够直接导致起火。综合国内外的案例和数据,直流电弧俨然已经成为引发电站火灾的头号杀手。

直流电弧的发生概率有多大?

不考虑其他接触件以及绝缘部位,在一个10MW的分布式电站中,光接触点便超过了80,000个,它们时刻存在发生直流电弧的可能性。即便在25年的电站运行时间中只有1/1000的接触点发生直流电弧,这个电站也会发生80次直流电弧事件,引起火灾的概率非常之高。

电弧检测装置是否可以解决直流高压问题?

电弧检测装置包含电弧检测功能及关断功能,但该装置一般只能断开整个系统的连接。对于串型系统来说,组件之间是串联关系,只要有光照,组件就会发电,每一串中的直流高压依然存在,并不能真正解决直流高压。只有增加组件级别的关断功能,才能在系统检测到电弧时,断开每一块组件的连接,确保系统无直流高压。

另外, 在光伏系统中产生的电弧可分为正常电弧和非正常电弧。断路器的正常关断等引起的电弧为正常电弧。电线老化、接触不良问原因引起的电弧为非正常电弧。这就表示电弧检测装置需要正确分辨“好弧”和“坏弧”。因为存在着这样的复杂因素,所以也给电弧的检测带来了难度,对检测的方式和计算方法提出了更高的要求。电弧的发生及其特性也极为复杂,很难预测和考虑到各种状况。

如何解决/改善直流拉弧引发的直流高压问题?

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。

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。

微逆系统示意图

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。

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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;

● 增加直流电弧检测装置,但正如上文所说的,组件级别的快速关断才能解决直流高压问题。

昱能科技在开发产品的路线中,一直致力于解决 “直流高压线缆”这根线带来的安全隐患:昱能微型逆变器可以直接消除直流高压,系统为并联结构,只有数十伏的低压;昱能直流优化器将组件级快速关断功能集成入光伏组件,解决了光伏系统的“施救风险”;昱能组串式逆变器,可直接安装在组件背面,保证组件阵列外无直流高压,避免了十几米长的直流高压电缆带来的隐患。

昱能科技光伏并网微型逆变器入选“浙江制造” 标准启动会顺利召开

5月19日上午,“浙江制造”光伏并网微型逆变器标准启动会暨第一次研讨会在浙江昱能科技有限公司召开。浙江省标准化研究院、国家太阳能光伏产品质量监督检验中心、嘉兴市质量技术监督局、南湖区市场监督管理局、杭州光伏协会的多位领导、行业专家及企业代表出席了本次会议,就昱能科技提出的标准草案进行了研讨,达成了基本共识并制定了下一步计划。

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启动会上,浙江省标准化研究院的专家介绍了“浙江制造”标准的内涵与制定理念。“浙江制造”是以标准和认证为抓手,通过高标准的运用实施来引领“浙江制造”的高品质发展,通过持续和整体培养,形成集质量、技术、服务、信誉为一体,市场与社会公认的“浙江制造”区域综合品牌。“浙江制造”标准的制定工作要围绕产品的先进性、技术的先进性展开,希望能通过该标准的制定,能在行业中选拔出一批优秀的企业,生产出国际领先的产品,促进行业的发展。

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昱能科技“光伏并网微型逆变器”于2016年12月正式入选“浙江制造”标准。在此次标准启动会中,昱能科技作为此标准的第一起草单位,按照GB/T-1.1-2009给出的起草规则,结合NB/T32004-2013光伏发电并网逆变器技术规范、2016 National Fire Protection Association等要求,提出了”浙江制造”光伏并网微型逆变器的初步草案,得到了与会专家的认可。专家们对草案的内容进行了深刻的研讨,提出了修改意见。接下来,昱能科技将依据“浙江制造”标准制定要求、专家提出的修改意见,对草案进行进一步的修改。

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“浙江制造”是代表浙江制造业先进性的区域品牌形象标识,是浙江制造业的“标杆”和“领导者”。“好企业”与“好产品”都是“浙江制造”标准体系中不可或缺的,因此,该标准对参编的企业进行了严格地限制,所参与标准制定的企业必须属于行业内的佼佼者。昱能科技是国家高新技术企业,牢牢掌握了产品核心技术的自主知识产权,公司产品入选 “浙江制造精品”,被工信部列入符合《光伏制造行业规范条件》企业名单,目前已拥有63项专利技术。公司高层对此次入选“浙江制造”并能牵头制定相关并网微型逆变器标准非常重视,安排相关部门积极参与编撰工作,当天也有业内多家兄弟企业参与标准讨论。昱能希望同诸位一道为行业规范化、标准化做出更多贡献。

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信仰科技的力量 南湖晚报小记者极客天团进昱能

5月14日上午,由嘉兴市科协技术协会、南湖晚报联合主办的“小记者极客天团”走进了位于嘉兴科技城的昱能科技,40余名南湖晚报小记者通过观看视频动画、交流互动、亲身参与等形式,在轻松愉快的氛围中,学习了清洁能源与太阳能发电的知识,上了一堂生动的“课外课”。

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活动于上午十点准时开始,小记者们在讲解员的陪同下,参观了太阳能光伏系统以及相关的实物展示品。之后,讲解员为小记者们详细地介绍了关于全球变暖、清洁能源、光伏发电原理等多方面的知识,大家对于全球的能源现状以及如何更好的利用清洁能源有了进一步的认知,同时也提高了节能环保的意识。通过多个动画视频、Flash展示及现场模拟太阳能系统等多种形式的展示,激发了小记者们对太阳能发电技术浓厚的兴趣。

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最让大家感兴趣的是亲手制作属于自己的太阳能小风扇。太阳能小风扇由简单的支架、电池板、小马达以及小扇叶组成。将小木块与木板、电池片与小扇叶组装起来后,小风扇在便可以在太阳光或者是其他光源的照射下转动起来。每一位小记者都开动脑筋,自己动手组装支架,连接扇叶与电池板。在经过多次尝试后,每位小记者的风扇都成功完成,在阳光的照射下,小风扇飞快的转动,为初夏带来阵阵凉爽。

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昱能科技作为国家高新技术企业,一直大力支持公益事业的发展,积极助力光伏扶贫、为非洲地区贫困儿童送光明、开展青少年光伏知识科普等活动。孩子是国家的未来,多接触新事物、新技术,相信能够激发他们的潜能,培养科学探究的兴趣。通过这样的活动,相信已在他们心中埋下了小小的种子,种子将慢慢生根发芽,希望他们中的一些人能在今后加入科技研发、创新进步的队伍。

 

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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;

 

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