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并网光伏电站安全质量问题分析

2015-10-12

并网光伏电站安全质量问题分析

1引言

近几年，我国光伏发电产业蓬勃发展，自2013年7月15日，国务院发布《促进光伏产业健康发展的若干意见》以来，国家多部门纷纷出台政策、意见，鼓励支持光伏发电项目。在国家政策如此利好的大环境下，多个省份陆续出台各种政策，旨在贯彻落实国务院精神，推动光伏发电的建设和发展。从2009年国家推行“金太阳”示范工程，到现如今分布式光伏的大力发展，昭示着我国正在开启光伏发电领域的新纪元。

2015年3月9日，国家能源局公布《2014年光伏发电统计信息》，报告中提到[1]，我国2014年新增光伏装机容量约为10.6 GWp，排名世界第一，约占全球新增装机容量的1/5。其中，光伏电站8.55 GWp，分布式光伏2.05 GWp，。截至2014年底，我国光伏发电累计装

机容量为28.05 GWp，排名世界第二，同比增长60%，其中光伏电站23.38 GWp，分布式光伏4.67 GWp。

但是，这个光鲜的光伏电站建设潮下面隐藏的是频现的电站质量问题。近年来，国内外均陆续报道了不少光伏电站的安全事故，多为各种原因引起的火灾、雷击、触电等，其中，比较多的案例是光伏电站起火。2012年7月，位于德国某地的光伏电站起火，起火点发生在屋顶光伏组件的汇流箱处。2013年8月，天津某生态城服务中心的屋顶电站项目发生火灾，虽然消防部门初步确认，起火原因为天气过热，引发楼顶防水层和光伏组件自燃，但是，我们更应该从电站本身的建设、管理以及光伏组件的质量问题等方面深究起火的原因。2015年5月，位于美国亚利桑那州的苹果公司Mesea数据中心发生火灾，目前起火原因尚未明确。光伏电站一旦起火，很难扑灭，因此有些电站起火，人们也只能眼睁睁看着电站自己烧完。除起火外，还有报道称国内电站曾遭遇雷击，特别在夏季多雷暴区，光伏电站一旦遭

到雷击，导致设备毁坏，系统无法正常运行，危及周围人员的人身安全。

图1 苹果公司屋顶光伏电站火灾现场[3]

2光伏电站安全质量事故与风险

光伏电站的质量一般可包括发电性能和安全性能。发电性能主要反映在系统效率上，系统效率的高低反映了发电性能的优劣；对安全性能而言，可能出现的问题是雷击、触电、起火等。

关于发电性能，目前我国有比较明确的标准规范，主要有以下两份：一是国家能源局于

2013年11月印发的《光伏发电运营监管暂行办法》[5]，规定国务院和能源主管部门及其派出机构按照有关规定对光伏发电的电能质量实施监管，二是2014年10月发布的由中国科学院电工研究所光伏技术检测中心制定的《并网光伏电站性能监测与质量评估技术规范（征求意见稿）》[6]，该规范也是主要围绕光伏电站的发电性能展开的。而对于安全性能而言，虽然有很多标准规范（如GB 50797 光伏发电站设计规范）都有涉及电站安全中的一个或几个部分，但是，没有一项是专门针对光伏电站安全方面提出的，这也就导致了光伏电站在前期咨询设计、设备采购、施工建设以及后期运行维护各环节均可能出现电站质量问题的重要原因，如若电站发电性能降低，就会影响电站投资方的收益，而一旦发生安全事故，则有可能会酿成意想不到的惨剧。因此，我国亟待建立光伏电站安全方面的标准体系。

广东质检院有专门针对光伏电站开展光伏电站质量安全风险监测项目，该项目认为光伏电站常见的安全事故和风险主要包括以下两点[4]：

（1）接地失效—触电风险，雷击风险

如果光伏方阵没有可靠接地，可能导致组件边框带有高压，人员或动物靠近时，有触电的危险。汇流箱和逆变器外壳没有可靠接地，容易使维护人员带电操作，有人身安全的风险。另外，位于屋顶的面积巨大的光伏方阵在没有接地的情况下，雷雨天气时就成为一个大型引雷场，容易引起雷击，造成设备损坏甚至组件及线路的燃烧。这就要求光伏电站的防雷接地系统安全可靠、符合国家有关规定，以尽可能避免相关人员触电风险和雷击风险。

（2）绝缘失效—电气短路和打弧风险

如果光伏方阵边框和线缆绝缘电阻过低，在长时间的高压大电流和高温高湿的使用环

境下，容易造成绝缘层失效，导致电气短路和打弧。图2所示为汇流箱被火烧后的情形，可见，汇流箱及内部器件全部损坏，顶部组件也因高温产生形变。此案例发生在早上6点左右，事后进行检查时，发现原因是由于早上气温较低，组件运行在较低气温的环境下时，输出电压较大，汇流箱内部平衡器件在高压的情况下

被击穿，正负极短路，并导致器件通过电流过大，进而引发火灾。

可从如下几个方面预防电站出现电气短路和直流拉弧：

（1）采购过程中确保设备质量和规格符合有关规定；

（2）建立电气连续性巡检及维护计划，确保电气连接稳固可靠；

（3）规范设备检测技术与流程，确保设备检测工作有效安全进行；

（4）保证光伏电站消防设计符合国家有关规定。

图2 汇流箱起火

3光伏电站安全质量问题案例

下面将列举在设计、采购、施工、运行等各个环节可能引发安全质量问题的案例。光伏电站中发生的这些安全质量问题，无疑会降低光伏电站的安全性能。

3.1方阵场存在的安全质量问题

图3至图10展示的是光伏方阵场可能存在的安全质量问题。其中，图3、图4所示为组件被局部遮挡，图5展示的是组件被踩踏，

这三种情况均可能导致组件产生热斑效应，严重情况下会引起组件背板烧穿（如图6所示），进而引发火灾。

图7展示的是光伏组件表面大量积灰，这是由于未进行有效的运维，导致灰尘大量堆积，将严重影响电站的发电性能；图8同样展示的是组件表面被灰尘等物质覆盖，但该现象是由于方阵场受周围排出物污染。

图9所示的阵列中组件的连接线未收到组件下，暴晒条件下会导致连接线老化加速；图10所示为组件无边框导致进水，且组件的无边框设计未通过相应认证。这两种情况均会降低组件的绝缘等级。

图3 方阵之间阴影

遮挡图4 方阵被植被遮挡