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科普 | 直流高壓——分布式安全的痛點

时间:2018-08-05     【转载】   来自:PV兔子

AG亚游集团光伏訊: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,而現在更多的想到的是太陽能光伏發電,可見光伏已經逐漸加入大眾視野。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,所以在前期飛速發展的時候,很多問題會被忽視,其中最重要的是安全問題。此篇文章AG亚游集团就一起來討論一下,光伏係統不安全的主要原因及相關解決方案。


直流高壓帶來的問題


根據德國某著名保險公司在光伏領域的實際業務的數據中可以得出:光伏電站的過電壓和火災事故數量占到總量50%以上,一旦發生,所帶來的經濟效益損失巨大,且會危害用戶的人身安全。


● 問題一:直流高壓為什麽會成為火災隱患?


以下是一個光伏係統中直流電弧的演示實驗,實驗中模擬了係統功率約為2KW的串型逆變器光伏係統,當發生故障時,逆變器係統直流電弧現象:

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拉開線纜,電弧逐漸產生,並且越來越強烈。電壓表示數上升,且溫度可達4200多度。


● 問題二:直流高壓在火災時消防員救火的最大障礙,為什麽?


當裝有光伏係統的房屋起火時,施救工作必須在保證消防員安全的基礎上進行。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係統,那麽隻要光伏板暴露在陽光中,那麽在一個陣列中600V~1000V的高電壓就會存在,施救工作將會非常危險。

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圖1 光伏係統600-1000V直流高壓

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圖2 光伏陣列外直流高壓的隱患(紅線)


相關國際規定


在相對成熟的光伏市場,針對於光伏係統,特別是建築光伏都製定了非常嚴格的安全規定:


美國防火協會修改國家電氣規範NE690.12:“住宅用光伏發電係統中,在緊急情況發生時,光伏係統交流並網端斷開後,直流端電壓最大不能超過80V。


● 意大利消防員在建築物帶電壓的情況下,是不可以進行滅火工作的。


● 德國率先執行VDE防火安全標準,明確規定在光伏係統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OVE R11-1: 2013規範,在組件附近必須有斷路裝置。


國外消防員對於裝有光伏係統的房屋施救中有了一個新的準則“let it burn”。國外有正式“國家消防法規”出台,命令規定消防隊員在對裝有光伏係統的火災進行施救時,需保持一個最小的安全距離。消防隊員不得在小於安全距離的範圍內進行施救工作。


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,在歐美等發達國家,越來越多的屋頂光伏係統都采用微型逆變器取代傳統的組串型逆變器。微型逆變器為全並聯電路設計,組件之間不再有電壓疊加,直流電壓小於60伏(不高於組件最高輸出直流電壓),徹底解決了由於高壓直流拉弧引起火災的風險,同時也解決了當房屋起火時,因光伏電站而阻礙了施救的問題。

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圖3 微逆係統直流電壓不會超過單一組件最大輸出直流電壓


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微逆的交流拉弧是自熄性的,不存在火災隱患。


該方案的初始投資成本較高,但由於國外諸多安規限製,加上人工費用的節省,使得微型逆變器係統方案成本與組串逆變器係統基本持平,甚至由於10年的質保、易維護及多發電的優勢,成為歐美國家民用係統(<10kW)的首選產品。


方案二:優化器方案


優化器係統具有組件級遠程監控/關斷/MPPT功能,雖然不能直接解決直流高壓問題,但在發生火災之後能夠關斷每塊組件的直流輸出,不會傷害消防員的人身安全。優化器係統整體成本較微型逆變器係統更低,後期易維護及多發電,受到美國和歐洲多個國家的歡迎。另外,該方案不僅可用於民用係統,也廣泛應用於商用甚至大型地麵電站中。目前國內包括陽光、華為、昱能科技多家逆變器企業相繼推出自家品牌的功率優化器係列。


方案三:改良版組串逆變器方案


● 組串逆變器設計修改: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斷開關;


● 增加直流電弧監測裝置及自動關斷裝置;


以上三種方案,客戶可根據預算及自身訴求選擇相關方案。


關於分布式建築光伏的安全問題,直接關係到用戶的人身財產安全,是AG亚游集团需要持續關注的熱點。




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