直流高壓—分布式安全的痛點
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。光伏進入家庭，實實在在來到了老百姓身邊，不僅是家庭能源的補充，倡導(dǎo)綠色能源，甚至可以成為一種扶貧方式，一個投資項目。然而，光伏還是一個相對新的行業(yè)，所以在前期飛速發(fā)展的時候，很多問題會被忽視，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)德國某著名保險公司在光伏領(lǐng)域的實際業(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)濟效益損失巨大，且會危害用戶的人身安全。
● 問題一：直流高壓為什么會成為火災(zāi)隱患?
以下是一個光伏系統(tǒng)中直流電弧的演示實驗，實驗中模擬了系統(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，逆變器系統(tǒng)直流電弧現(xiàn)象：
拉開線纜，電弧逐漸產(chǎn)生，并且越來越強烈。電壓表示數(shù)上升，且溫度可達4200多度。
● 問題二：直流高壓在火災(zāi)時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，施救工作必須在保證消防員安全的基礎(chǔ)上進行。一般來說，在靠近起火房屋之前，消防員會先切斷所有電源。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，那么在一個陣列中600V~1000V的高電壓就會存在，施救工作將會非常危險。
相關(guān)國際規(guī)定
在相對成熟的光伏市場，針對于光伏系統(tǒng)，特別是建筑光伏都制定了非常嚴格的安全規(guī)定：
美國防火協(xié)會修改國家電氣規(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，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。
國外消防員對于裝有光伏系統(tǒng)的房屋施救中有了一個新的準則“l(fā)et it burn”。國外有正式“國家消防法規(guī)”出臺，命令規(guī)定消防隊員在對裝有光伏系統(tǒng)的火災(zāi)進行施救時，需保持一個最小的安全距離。消防隊員不得在小于安全距離的范圍內(nèi)進行施救工作。
如何解決/改善直流高壓問題？目前市場上有以下解決方案：
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，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、易維護及多發(fā)電的優(yōu)勢，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)具有組件級遠程監(jiān)控/關(guān)斷/MPPT功能，雖然不能直接解決直流高壓問題，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，后期易維護及多發(fā)電，受到美國和歐洲多個國家的歡迎。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)測裝置及自動關(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)系到用戶的人身財產(chǎn)安全，是我們需要持續(xù)關(guān)注的熱點。
文章來源：PV兔子
