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編者按：此前，關(guān)于“山西戶用光伏電站逆變器著火了”的報(bào)道在各大媒體被報(bào)道，事故的原因撲朔迷離：剛出來(lái)的報(bào)道解釋為“劣質(zhì)逆變器引起的直流拉弧”，隨后后續(xù)報(bào)道提到是因?yàn)?ldquo;雷電”導(dǎo)致了這次事故。無(wú)論原因是什么，逐漸披露的屋頂光伏電站火災(zāi)的報(bào)道，給所有的行業(yè)人士，尤其是從事分布式、戶用光伏電站建設(shè)等相關(guān)人士敲響了警鐘!

在分布式中，很多用戶都不知道，采用串型逆變器實(shí)際上是在屋頂上引進(jìn)了一根600-1000V的高壓電纜!據(jù)統(tǒng)計(jì)80%以上的電站著火是因?yàn)橹绷鱾?cè)的故障，那么如何避免由于直流拉弧帶來(lái)的火災(zāi)隱患呢?

直流電弧

起因和破壞力

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(qiáng)度瞬時(shí)電流。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道：當(dāng)用電開關(guān)斷開電流或接觸不良時(shí)，如果電路電壓不低于20伏，電流不小于80-100mA，電器的觸頭間便會(huì)產(chǎn)生直流電弧。

跟交流電弧不一樣的是，直流電弧沒有過(guò)零點(diǎn)，意味著如果發(fā)生了直流電弧，觸發(fā)部位會(huì)維持相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間穩(wěn)定燃燒而不熄滅。實(shí)際電站中，接頭沒有擰緊導(dǎo)致的接觸不良、接觸件質(zhì)量問(wèn)題、運(yùn)行時(shí)間久帶來(lái)的絕緣部位老化等問(wèn)題都會(huì)直接造成直流電弧現(xiàn)象。不難看出，隨著電站的運(yùn)行時(shí)間增加，出現(xiàn)直流電弧的概率也會(huì)增加。

直流電弧產(chǎn)生的高溫輕易超過(guò)3000℃，能夠直接導(dǎo)致起火。綜合國(guó)內(nèi)外的案例和數(shù)據(jù)，直流電弧儼然已經(jīng)成為引發(fā)電站火災(zāi)的頭號(hào)殺手。

直流電弧

發(fā)生的概率

不考慮其他接觸件以及絕緣部位，在一個(gè)10MW的分布式電站中，光接觸點(diǎn)便超過(guò)了80000個(gè)，它們時(shí)刻存在發(fā)生直流電弧的可能性。即便在25年的電站運(yùn)行時(shí)間中只有1/1000的接觸點(diǎn)發(fā)生直流電弧，這個(gè)電站也會(huì)發(fā)生80次直流電弧事件，引起火災(zāi)的概率非常之高。

電弧檢測(cè)裝置包含電弧檢測(cè)功能及關(guān)斷功能，但該裝置一般只能斷開整個(gè)系統(tǒng)的連接。對(duì)于串型系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，組件之間是串聯(lián)關(guān)系，只要有光照，組件就會(huì)發(fā)電，每一串中的直流高壓依然存在，并不能真正解決直流高壓。只有增加組件級(jí)別的關(guān)斷功能，才能在系統(tǒng)檢測(cè)到電弧時(shí)，斷開每一塊組件的連接，確保系統(tǒng)無(wú)直流高壓。

另外，在光伏系統(tǒng)中產(chǎn)生的電弧可分為正常電弧和非正常電弧。斷路器的正常關(guān)斷等引起的電弧為正常電弧。電線老化、接觸不良問(wèn)原因引起的電弧為非正常電弧。這就表示電弧檢測(cè)裝置需要正確分辨“好弧”和“壞弧”。因?yàn)榇嬖谥@樣的復(fù)雜因素，所以也給電弧的檢測(cè)帶來(lái)了難度，對(duì)檢測(cè)的方式和計(jì)算方法提出了更高的要求。電弧的發(fā)生及其特性也極為復(fù)雜，很難預(yù)測(cè)和考慮到各種狀況。

直流電弧

解決與改善

方案一：微型逆變器方案

目前，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，越來(lái)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(jì)，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(xiǎn)，同時(shí)也解決了當(dāng)房屋起火時(shí)，因光伏電站而阻礙了施救的問(wèn)題。

該方案的初始投資成本較高，但由于國(guó)外諸多安規(guī)限制，加上人工費(fèi)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(hù)及多發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，成為歐美國(guó)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(jí)遠(yuǎn)程監(jiān)控、關(guān)斷、MPPT功能，雖然不能直接解決直流高壓?jiǎn)栴}，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(huì)威脅到消防員的人身安全。當(dāng)逆變器與電網(wǎng)斷開時(shí)，交流端輸出為0V時(shí)，直流優(yōu)化器會(huì)自動(dòng)切斷連接，實(shí)現(xiàn)組件級(jí)別的關(guān)斷，相當(dāng)于一塊組件加連接了一個(gè)關(guān)斷器，真正意義上的消除了組件串聯(lián)形成的直流高壓。

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(hù)及多發(fā)電，受到美國(guó)和歐洲多個(gè)國(guó)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。

方案三：改良版組串逆變器方案

● 組串逆變器設(shè)計(jì)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(hù)套，直流電纜不裸露;額外增加部分成本;

● 直流電纜超過(guò)1.5米間隔需安裝物理性關(guān)斷開關(guān);

● 增加直流電弧檢測(cè)裝置，但正如上文所說(shuō)的，組件級(jí)別的快速關(guān)斷才能解決直流高壓?jiǎn)栴}。

原標(biāo)題：這個(gè)問(wèn)題一定會(huì)成為未來(lái)戶用光伏系統(tǒng)的焦點(diǎn)!!!