分布式光伏的“安全帶”與“消防服”——淺談分布式光伏的安全要求
在雙碳的目標下,中國分布式光伏產(chǎn)業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇,光伏將從此加速走入尋常百姓家,造福千家萬戶,千行百業(yè)。不過,特別需要注意的是,在一片大好形勢下,分布式光伏的安全事故依然時有發(fā)生,嚴重威脅終端用戶的生命和財產(chǎn)安全,也嚴重影響光伏在社會中的口碑和聲譽,影響整個行業(yè)的未來健康可持續(xù)發(fā)展。保障安全應(yīng)該是一個產(chǎn)業(yè)的命脈和底線,安全問題得不到保障,與國家的雙碳方向是不相符,與光伏快速高質(zhì)量發(fā)展的趨勢不符,與黨中央最大努力保障人民群眾生命財產(chǎn)安全的指示精神不符。
分布式光伏當(dāng)前最大的電氣事故主要為兩方面:1.由于光伏高電壓無法斷開,從而造成的人員觸電事故;2.由于施工質(zhì)量、接頭老化等引起的持續(xù)拉弧點燃附近可燃物造成的火災(zāi)事故。下面就這兩類事故的根本原因以及當(dāng)前世界范圍普遍使用的安全措施進行介紹。
光伏組件由于其發(fā)電原理,只要有太陽光照射時,即使電氣開路,仍然能產(chǎn)生直流開路電壓。當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)計中,由于逆變器需要并網(wǎng)輸出,直流電壓必須高于200V以上,考慮到效率因素,標準的設(shè)計都采用多塊組件串聯(lián),使得整個組串正負之間有1000V左右的開路電壓。而且在當(dāng)前的設(shè)計中,由于組件和組件之間沒有斷開的裝置,這個高壓是在任何時候(即使逆變器關(guān)機、交流停電等)都無法消除的。
雖然現(xiàn)在的接線端子等在設(shè)計時都滿足絕緣要求,但是在實際項目中,制作延長線纜時、端子老化后、外部火災(zāi)導(dǎo)致的絕緣破損時,這個高壓都嚴重危險到安裝、運維、消防人員的生命危險,現(xiàn)實中也是發(fā)生了數(shù)十起觸電傷亡的事故。
為了消除這種嚴重威脅到人身安全的隱患,海外類似美國、意大利、德國等成熟市場都制定了組件快速關(guān)斷的強制規(guī)范。國內(nèi)雖然當(dāng)前因為沒有強制要求,同時分布式光伏發(fā)展的相對較晚,造成此類應(yīng)用較少,但是國內(nèi)的設(shè)備廠家,如陽光,固德威,錦浪等都具備相應(yīng)產(chǎn)品解決方案,并且在規(guī)范強制的國家已實現(xiàn)批量應(yīng)用,并且取得了很好的效果與認可。
快速關(guān)斷的核心原理就是去避免組件和組件直接串聯(lián),將每個組件接入一個可實時監(jiān)控的裝置中,再進行串聯(lián)后接入逆變器,通過控制與查看這些裝置的工作狀態(tài)來切斷串聯(lián)高電壓。當(dāng)系統(tǒng)準備工作后,逆變器通過PLC(電力線載波)控制這些裝置工作,開始輸出功率。而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或進行運維停機時,關(guān)閉逆變器拉下急停開關(guān),這些裝置會自動在幾秒內(nèi)將屋頂光伏的電壓切斷,向監(jiān)控系統(tǒng)報告安全關(guān)斷,從而保證整個系統(tǒng)的電氣安全。
電弧在交流系統(tǒng)中是比較常見的電氣風(fēng)險,但是交流側(cè)由于過零點的存在以及較為成熟的滅弧保護方式,在光伏系統(tǒng)中已經(jīng)得到較為好的解決。但是直流側(cè)的電弧由于其直流電壓無過零點,同時當(dāng)前沒有專門的電弧檢測與保護方式造成了大量的光伏火災(zāi)。
直流電弧的發(fā)生主要是由于光伏組件串聯(lián)時,接頭連接的施工質(zhì)量,接頭長期的老化,絕緣破損等。從調(diào)研的情況看,即使在歐美較好的安裝質(zhì)量下,直流電弧在安裝后的3~5年發(fā)生也是難以避免的。14~18年美國沃爾瑪連續(xù)的超市屋頂光伏著火案例就都是由于連接端子的老化造成的電弧,電弧產(chǎn)生了數(shù)千度的高溫點燃屋頂易燃物造成火災(zāi)。
所以為了完善分布式光伏直流側(cè)的保護,美國(UL),歐洲(IEC)等組織都制定了對于直流側(cè)電弧檢測與保護的標準規(guī)范,并且被這些國家地區(qū)的監(jiān)管機構(gòu)執(zhí)行為強制標準。同時國內(nèi)在2021年發(fā)布的《GBT39750-2021光伏發(fā)電系統(tǒng)直流電弧保護技術(shù)要求》也對電弧檢測與保護進行了規(guī)范。當(dāng)前國內(nèi)陽光,華為,固德威,錦浪等廠家都在全球大量銷售了帶電弧檢測的光伏逆變器,整體技術(shù)標準要求以及技術(shù)準備度都比較成熟。電弧檢測主要是通過監(jiān)測電弧發(fā)生時電流變化來進行智能化判斷與檢測,并且快速的關(guān)斷逆變器輸出,從而關(guān)斷直流側(cè)的電流,實現(xiàn)電弧的快速滅弧功能。
綜上,筆者認為在雙碳目標下,要大力鼓勵發(fā)展分布式光伏的同時,監(jiān)管部門應(yīng)該更加強調(diào)安全的重要性,對于組件快速關(guān)斷以及電弧檢測進行強制要求,使之成為分布式光伏發(fā)展的“安全帶”“消防服”。筆者也欣喜的發(fā)現(xiàn)能源局近期發(fā)布的《關(guān)于加強分布式光伏發(fā)電安全工作的通知(征求意見稿)》中,明確提到了對于組件快速關(guān)斷以及智能電弧檢測兩個安全保證措施的強制要求,希望在后續(xù)能進一步明確相關(guān)要求,通過政策規(guī)范引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)升級,保證分布式光伏建設(shè)的健康可持續(xù)的發(fā)展。