引言：2019年8月22日央視財經(jīng)報道：美國沃爾瑪超市在過去11個月里連續(xù)7個購物中心屋頂?shù)墓夥娬酒鸹鹑紵譅柆斂馗婷绹厮估璖olarCity全部拆除屋頂光伏電站并賠償損失。2018年6月，特斯拉太陽能系統(tǒng)在加州雷德蘭茲的亞馬遜倉庫起火。據(jù)悉，火災(zāi)發(fā)生后，亞馬遜已經(jīng)沒有任何繼續(xù)從特斯拉的太陽城子公司采購光伏發(fā)電系統(tǒng)的進一步計劃。
近年來，隨著光伏的普及，越來越多的屋頂，披上了光伏的外衣。但無論是在國內(nèi)還是國外，光伏電站著火的事件屢屢發(fā)生。在5月22日，全國能源信息平臺的一篇題目為《當(dāng)光伏屋頂變成“火藥桶，誰來對BIPV安全負責(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，還是因為由于意識缺乏而亟待解決的問題呢？
對于光伏電站著火這件事在業(yè)內(nèi)一直都是一個“敏感話題”，有人提出不該用這樣的“小概率”事件，來阻礙整個行業(yè)前進的步伐。水火無情，“小概率”事件帶來的災(zāi)害是及其嚴重的、無可挽回的。光伏的初衷是為人們帶來綠色的能源，但只有安全可控的綠色能源才是值得去獲取。根據(jù)權(quán)威機構(gòu)報告顯示，2019年全球光伏新增裝機114.9GW，連續(xù)第三年突破100GW門檻，同比增長12%，光伏累計裝機量達到627GW。在這樣大的安裝基數(shù)下，那么這樣的“小概率”事件又會帶來多大的危害呢？
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)生的高強度瞬時電流。在光伏電站的火災(zāi)中，據(jù)統(tǒng)計80%以上的電站著火是因為直流側(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”。
實際電站中，太陽能組件以串列方式排成陣列，整串線路電壓累計，一般可以達到600V~1000V的高壓。在長年累月的運行中，接頭沒有擰緊導(dǎo)致的接觸不良、接觸件質(zhì)量問題、運行時間久帶來的絕緣部位老化等問題都會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，隨著電站的運行時間增加，出現(xiàn)直流電弧的概率也會增加。不考慮其他接觸件以及絕緣部位，在一個10MW的分布式電站中，光接觸點便超過了80,000個，它們時刻存在發(fā)生直流電弧的可能性。即便在25年的電站運行時間中只有1/1000的接觸點發(fā)生直流電弧，這個電站也會發(fā)生80次直流電弧事件。
直流電弧對光伏電站的危害
跟交流電弧不一樣的是，直流電弧沒有過零點，意味著如果發(fā)生了直流電弧，觸發(fā)部位會維持相當(dāng)長一段時間穩(wěn)定燃燒而不熄滅。直流電弧產(chǎn)生的高溫輕易超過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“大電池”，只要有光照就會有直流高壓的存在，消防隊員便無法進行施救。
看得見的直流電弧火花
應(yīng)對直流高壓出臺的安規(guī)標準
在美國、歐洲、日本、澳洲等發(fā)達國家，對光伏系統(tǒng)中的直流高壓問題已出臺強制措施。美國NEC690.12中，對此快速關(guān)斷做出了嚴格的要求——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，也就是要求實現(xiàn)“組件級關(guān)斷”；意大利，消防員在建筑物帶電壓的情況下，是不可以進行滅火工作的；德國，率先執(zhí)行VDE防火安全標準，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。
中國建筑裝飾協(xié)會標準《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)計時應(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等國家相關(guān)技術(shù)標準，并滿足日常運行、維護和檢修的要求。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)。
中國建材檢驗認證集團股份有限公司最新發(fā)布實施的 CTS 13001—2018《戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)檢測及評價》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，單塊光伏組件或組串宜采用快速關(guān)斷的方式控制危險直流電壓。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，宜采用電弧故障檢測、報警及處理系統(tǒng)。
嘉興市光伏行業(yè)協(xié)會、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：對于光伏系統(tǒng)中直流側(cè)設(shè)計電壓高于600V，禁止應(yīng)用于戶用分布式光伏系統(tǒng)。直流側(cè)設(shè)計電壓高于120V，不超過600V的系統(tǒng)，如暴露在組陣列之外的直流線纜長度超過1米時，必須安裝光伏專用直流開關(guān)，能夠在帶載條件下手動物理切斷組件電壓或系統(tǒng)應(yīng)具備組件級直流電壓快速關(guān)斷功能，切斷直流母線高壓 。
安徽省地方標準《建筑光伏系統(tǒng)防火技術(shù)規(guī)范》，也同樣在反復(fù)強調(diào)高壓直流危害，要求設(shè)計快速關(guān)閉裝置能控制斷開建筑光伏系統(tǒng)直流和交流電路。
作為世界第一光伏大國的中國，在此領(lǐng)域，盡管陸續(xù)出臺了一些行業(yè)規(guī)范，但實質(zhì)上仍未得到足夠的認識。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、并未強制執(zhí)行，安全規(guī)范的普及推廣遠遠落后于產(chǎn)品的制造和推廣。
直流高壓的解決方案
1. 組件級關(guān)斷器解決方案
光伏關(guān)斷器是一種可實現(xiàn)組件級快速關(guān)斷的裝置。在危急情況下，通過該裝置，可以遠程或者手動快速關(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、解決施救風(fēng)險，為光伏系統(tǒng)的安全“保駕護航”。
昱能組件級關(guān)斷器RSD與信號發(fā)生器Transmitter配套使用：transmitter作為信號主機，通過不斷的發(fā)送心跳幀維持關(guān)斷器RSD的正常工作。同時，系統(tǒng)在遇到緊急情況時，可以通過交流拉閘，停止Transmitter工作，從而通過關(guān)斷器斷開每一塊組件的輸出，保障系統(tǒng)的安全。昱能組件級關(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，安裝方式簡單便捷，使用安全可靠等諸多優(yōu)勢。
在組件級電力電子技術(shù)的應(yīng)用中，微型逆變器系統(tǒng)為全并聯(lián)電路設(shè)計，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，同時也解決了當(dāng)房屋起火時，因光伏電站而阻礙了施救的問題。
微型逆變器光伏系統(tǒng)正常運行時，交流并網(wǎng)電壓220伏/380伏，屬于家用電器級別安全等級。由此：
