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關注光⌘伏電站安全,刻不容緩!
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伴隨碳達峰、碳中和成為2021年中國經濟工作中的一項重要任務,光伏將承擔主力軍的角色,同時也⌘將進入一個蓬勃發展的新時代。可以預見,無論是⌘地面電站,還是分布式電站,光伏的裝機量都將進入大規模增長的階段,但是與之而來的「安全問題」也越來越多,引起行⌘業的關注和重視。安全是光伏電站的命脈,也是取得投資回報的根基所在。不管在地面、山地、屋頂等光伏電站場景,「安全」是一票否決的原則問題。 火災,是光伏電站的最大安全隱患。據初步統計,光伏行業近3年內已有45起典型的火災事故。2020年2月2日,山西運城稷山巴音郭楞蒙古自治州太陽能光伏發電項目所⌘在的山坡上發生火災;2018年4月19日,安徽銅陵某地面光伏電站發生火災,整個電站一片狼藉,組件基本被燒光,只剩下一些凌亂散落的金屬支架;2015年5月,蘋果公司一直引以為傲的位於亞利桑那Mesa的工廠屋頂突然起火,起火點⌘是大樓屋頂的光伏組件,現場濃煙四起,光伏組⌘件被燒毀……乾燥的春季尤其是火災多發季節

樁樁件件觸目驚心!隨著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景越來越複雜,造成火災隱患上升。除了來自於外部原因的火災外,光伏系統自身的火災隱患更需引起重視。

一、火災發生的原因分析

1、設備演進,進一步⌘帶來火災隱患

為進一步降低光伏電站LCOE,光伏組件呈現大功率、大電流趨勢。

隨著矽片尺寸越來越大以及電池效率越來越高,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⌘組串越來越大

 


 

圖2 組串式系統:電流和⌘組串越來越大

隨著光伏直流側系統功率和電流增大,隨之而來的故障起火風險也越來越大。

當發生故障時,在故障⌘點產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,短路點熱效應增加4倍,起火的風險也極大的增加。

未來,光伏直⌘流側功率將進一步增大,傳統方案的保護功能卻沒有得到任何的改進與升級,完全沒有跟上系統功率演進的節奏!這個問⌘題的解決,已經到了刻不容緩的時候了。

2、光伏電⌘站的應用場景越發多樣化、複雜化

從荒漠走向農光、漁光、山地、屋頂發展,涵蓋了光伏+建築,光伏+農業,光伏+山地,光伏+漁業等多個複雜場景。

當「光伏+」越來越豐富的時候,火災就成為了最大的安全隱患。光伏電站一旦發生火災事故,不僅會⌘損失電站成本、發電收益,嚴重時還會造成建築及人身傷害。

 


 

秋末冬初,山地電站組件下方布滿枯草,山火引發的損失難以估量,因此電站對防火的要求必然更高;

農光電站、屋頂光⌘伏等場景光伏組件通常布置在大棚或建築物上方,且與人⌘員的接觸更加緊密,線纜或逆變器短路引發的火災,將對人身財產安全產生極大的威脅。

二、防患於未然,需要系統方案升級配合!

如前文所述,未來組件電流的增大、組串數量越來越多是大勢所趨。同時,隨著逆變器功率密度的增加,電流反⌘灌時的能量也愈發增大,進而導致組件-線纜-逆變器⌘整個電站系統的安全風險增加。因此,倒逼系統需要與時俱進,做出新的創新,來迎合⌘這個趨勢,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行匯集,採用支⌘路熔絲和匯流斷路器進行保護,因光伏⌘組件短路電流僅為額定電流的1.1倍,無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法動作。具體原理如下:

 


 

如上圖的A點發生短路故障,紅色故障迴路:QF1為匯流箱斷路器,額定電流500A,由於組件的短路電流在480A左右,QF1一直不會脫扣,持續輸出直流能量到故障點,維持電弧燃燒,擴大火災事故。

集中式由於直流迴路長,匯流路數多,級聯路數多,除了上述短路故障點A外,匯流箱、匯流櫃內等都可能發生類似故障情況,風險相⌘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後端短路的問題,但是當⌘逆變器內部出現極端故障時,如內部IGBT故障造成直流母線短路,逆變器因無法分斷直流輸入能量,大量的能量在故障點積累可能導致進一步的問題,嚴重一點的將發生炸機、起火等事故。

 


 

逆變器炸機、起火後,明火或高溫的電解液溢出,又極易⌘引發枯草、大棚、屋頂等起火燃燒,擴大故障。這樣的案例也不少見。

 


 

三、光伏電力:更安全、更便宜,兩手都要硬!

在戶用光伏場景,部分國家、區域已經出臺相關標準。國內部分省市的建築行業也在推行類似標準,即在屋⌘頂光伏上,要具備RSD功能,在每個組件後面加優化器,可以實現組件級關斷,在後級出現短路等故障時,優化器可以分斷組件的能量,繼而避免進一步的故障擴大。這種方案可以較顯著地提高系統安全,但是由於優化器當前成本仍然較高,尚無法在大型電站、以及較大型工商業電站上普遍應用。然而,隨著光伏發電的快速發展、普及,光伏電站的「火災」問題將會成為行業隱患!電站「安全性」必須引⌘起全行業的高度重視;如何能解決安全問題,又不提高光伏發電的LCOE(度電成本)?行業需⌘要提出創新性的解決方案,並完善相關標準,讓後續的光伏電站能真正落實相關要求;真正讓電站安心無憂,讓我們的碳中和之路走得更穩更踏實。


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