工商业光伏安全挑战有哪些？

在光伏系统中存在着多种安全隐患， 对光伏系统的设备安全、周边环境的资产安全及运维 / 消防人员的人身安全都提出了重大挑战。

1.直流侧故障威胁设备安全

如前所述，大功率光伏组件（182/210）已成为市 场主流，光伏系统直流侧系统功率与电流不断增大。 然而，大功率组件在降低成本的同时也使得直流侧 故障带来了更高的安全风险。当发生故障时，在故障 点产生的短路电流也相应增大，由焦耳定律 Q=I2 RT 可知，短路点热效应将增加四倍，设备起火风险也大 幅升高。

据相关统计，74% 的逆变器失效是直流侧故障 所致（数据基于华为 175GW 运行数据统计）。对于 接地的光伏系统，直流侧故障一般可以分为线 - 线 故障与接地故障两种 1 。其中，PV 组串反接、直流输 入反灌、过压以及逆变器内部短路最为常见的直流侧 线 - 线故障。在光伏系统中，多路光伏组串通过并联 形式接入到光伏系统的输入端，当一路或多路组串发 生反接时，将导致极性正确的组串向极性反接的组串 灌入电流，若电流不能及时分断，超过电池板能承受的极限电流时，电池板设备将损坏甚至燃烧产生火灾 风险；直流母线短路为逆变器内部故障，若逆变器无 法分断直流侧输入的能量，将导致大量的能量在故 障点积累，严重威胁线缆及设备的安全，甚至存在火 灾风险。

接地故障指直流侧某处与地的电位呈低阻（一般 认为“地”的电势为 0），相当于以一根导线将该处直 接与地相连接，称该处对地短路。在光伏系统中线缆 破损导致内部导体露出是造成对地短路的主要原因。 接地故障是极为严重的直流侧故障，它将导致回路中 产生几百、上千安的大电流，若无法及时分断会产生 大量的热量、损毁设备，产生的电弧会将许多元件在 短时间内融化；同时，产生的电流还会带来一定的电 磁力，同样会造成设备损坏。下图为光伏系统对地故 障而发生的火灾。 除线 - 线故障与接地故障外，由于接线操作不规范、土地沉陷拉扯线缆以及长期使用导致器件老 化和和触点松动所导致的端子短路、过流和虚接所 发生的端子故障也属于较为常见的直流侧故障。如前 所述，高电流导致的故障将伴随着温度升高，故端子 故障常伴随着端子过温，与前述故障类似，若无法实 现电流的及时分断将导致端子被烧毁，甚至存在起火 风险。

2.直流拉弧火灾威胁资产安全

如前所述，应用场景复杂化、多样化是工商业光 伏当前主要的发展趋势。光伏与工商业建筑的结合在 帮助工商业主实现更优度电成本、绿色降碳的同时 也带来了更高的安全风险。由于工商业光伏主要安装在电力用户侧，系统安全事故将不仅危害系统本身， 同样会对周边环境、建筑产生影响，造成各类财产损 失甚至人身伤害事故的发生。 在全球范围内的各类光伏系统安全事故中，电 气火灾是发生频率最高，造成损失最大的光伏安全 事 故。 据 德 国 著 名 的 保 险 公 司 MANNHEIMER VERSICHERUNG 对光伏行业的数据进行统计发 现，光伏电站火灾事故的补偿金额占据全年金额的 32%，处在该公司保险支出的第一位 1 。

而据相关统计，60% 以上的光伏电站火灾事故 是直流拉弧引起的，接点松脱、接触不良、接线断裂、 绝缘材料老化、碳化、电线受潮、腐蚀、绝缘材料破 损等都有可能导致电弧产生。在光伏系统中，由于直 流侧接线端子较多，忽略其它绝缘部位，MW 级的 光伏电站中包含上千个接触点，发生电弧危害的可能 性极高，若无法实现直流电弧的快速关断，持续燃烧 的电弧将引发电气火灾，造成大量的财产损失甚至威 胁人身安全。因此，实现直流拉弧的主动、快速关断 是保障工商业光伏系统资产安全的关键所在。

3.高电压 / 导体裸露威胁人身安全

如上所述，电气火灾是造成光伏系统损失最大的 安全事故，当屋顶光伏发生火灾或者其他紧急安全事 故时，需要消防员上站进行消防工作。然而，对于安 装了光伏系统的屋顶电站，光伏组件将持续带电，即 使逆变器关机也无法停止组件输出。这意味着系统在 发生火灾后，仍会产生几百乃至上千伏的高电压，如 果消防员贸然施救，会对消防员的生命造成严重威胁。 因此，需要通过组件电压的快速关断，保障屋顶电压 降低至安全电压以下，才能实现对消防员的人身安全 保护，使消防人员能够安全上屋顶进行消防救援。

除屋顶高压外，光伏系统中还存在着一些容易被 忽略的触电隐患，如系统的绝缘阻抗降低所带来的人 身触电隐患。绝缘阻抗值代表绝缘材料的完整程度， 组件，直流电缆，接头出现破损、绝缘层老化等都会 造成绝缘阻抗低。系统绝缘阻抗降低多意味着绝缘 层破损，这导致线缆内部导体裸露，系统漏电，这将 造成运维人员触电，存在人身触电隐患。