直流高压--光伏电站不应该回避的问题

2017年3月3日，昱能科技承办了国内首场“分布式光伏安全”研讨会，在国内首次正式提出：直流高压——光伏电站不应该回避的问题。在过去的一年里，光伏电站火灾事件时有发生。光伏火灾的预防措施关注点依然集中在产品质量、安装规范及产品选型上，以上方面对光伏电站安全确实非常重要，但对‘直流高压’的关注依然缺席。直流高压一方面会在系统中引发不间断的电弧火花，增加系统火灾风险，另一方面一旦光伏系统着火，直流高压对消防员的人身安全造成威胁，阻碍火灾施救。组件级电力电子是国际公认的直流高压成熟解决方案，昱能科技一直致力于组件级电力电子(微型逆变器、优化器、关断器等)的研发及市场化，我们很欣慰地看到各大逆变器厂商包括阳光、华为等多家企业都陆续推出类似解决方案。最后，我们在此呼吁各大协会、媒体、企业一同承担社会责任，不再回避“直流高压”问题，将关于直流高压解决方案纳入国家标准指导意见，与国际安规接轨，为广大用户的生命财产安全保驾护航，为光伏行业健康持续发展做出应有的贡献!

事件一：

2018年4月18，位于江苏南通一光伏电站突发起火，现场浓烟滚滚，起火原因尚不明确。

事件二：

2018年4月20日左右，一则村级光伏电站火灾视频在网络流传，视频显示，整个电站一片狼藉，组件板基本被烧光，只剩下一些凌乱散落的金属支架。火灾原因尚不明确。

短短几日之内，竟然发生两起光伏电站火灾事件。在此，小编愿事故没有造成人员伤亡，也衷心的希望此类事件不再发生!安全问题关乎着业主的生命及财产安全，重中之重!

究其根本直流高压不能忽视

由光伏电站造成的火灾起火原因主要有以下几点：系统零部件质量、逆变器元器件质量、电缆质量,汇流箱、变压器等的防雷接地问题,施工、安装不规范等。但究其根本，光伏电站中，直流侧存在的直流高压是引发光伏系统火灾的“罪魁祸首”。据统计，在光伏电站(电站自身原因)的火灾中，80%以上的电站着火都是由于直流侧的故障，由直流高压引起的电弧火花是光伏火灾的“元凶”。

不考虑其他接触件以及绝缘部位，在一个10MW的分布式电站中，光接触点便超过了80,000个，它们时刻存在发生直流电弧的可能性。即便在25年的电站运行时间中只有1/1000的接触点发生直流电弧，这个电站也会发生80次直流电弧事件，引起火灾的概率非常之高。

高压电弧风险与火灾施救风险

在传统的组串式光伏系统中有两大风险的存在：高压电弧风险与火灾施救风险。在传统系统中，太阳能组件以串列方式排成阵列，整串线路电压累计，一般可以达到600V~1000V的高压。当系统长年累月运行，电线绝缘层腐蚀后电线容易裸露，非常容易产生直流电弧，击穿空气，引发火灾。

当电弧引发的火灾或其他原因造成的火灾发生时，直流侧的高压电又给救火带极大的风险。火灾发生时，即使交流侧的电闸关闭，逆变器侧交流电压变为0V，但对直流侧而言，只要有光照就会有电压。尤其当直流侧达到600V~1000V以上的高压时，危险不言而喻。救火工作十分危险，只能从远处进行施救。

根据GBT 18379-2001 《建筑物电气装置的电压区段》中定义的I区段电压等级的限值为120VDC,所以120VDC及以下被认为是人体在正常和故障两种状态下使用各种电器设备，并处于各种环境状态下可触及导电零部件的电压限值，而120VDC以上是不安全的。显而易见，传统的光伏系统中存在的直流电压是120V的5~10倍，将对人类的生命安全产生威胁。

MLPE组件级电力电子解决方案

如何解决、改善直流拉弧引发的直流高压问题呢?欧美等国外的光伏技术一直是先行于国内的，组件级电子电子(MLPE)产品在国外的应用已经相当成熟。目前，在国内，组件级电力电子技术及产品正被越来越多的人所熟悉，并得到行业认可。目前，绝大多数的组件与组串逆变器厂家已开始关注并涉足组件级电力电子领域，推出相关系列产品。

组件级电力电子，字面意思即为组件级别的电子设备。该技术包含电力电子、半导体器件、通讯、云计算及高可靠制造等多个方面。目前现有产品系列包括微型逆变器、功率优化器及关断器等等。

方案一：微型逆变器方案

采用微型逆变器的光伏系统，为全并联电路设计，组件之间不再有电压叠加，直流电压小于60伏(不高于组件最高输出直流电压)，彻底解决了由于高压直流拉弧引起火灾的风险，同时也解决了当房屋起火时，因光伏电站而阻碍了施救的问题。

该方案的初始投资成本略高，但随着配合大功率组件的微逆产品的问世，加之以其25年的设计使用寿命、发电量多、易运维等优势，使得微型逆变器综合系统方案成本与小型组串逆变器系统基本持平，相信在今后会是民用光伏的首选产品。

方案二：功率优化器及关断器方案

安装有功率优化器及关断器的光伏系统具有组件级远程监控、关断功能，虽然不能直接解决直流高压问题，但在发生火灾之后能够关断每块组件的直流输出，不会威胁到消防员的人身安全，解决了光伏系统的施救风险。当逆变器与电网断开时，交流端输出为0V时，系统会自动切断连接，实现组件级别的关断。

功率优化器及关断器方案成本较低，可以被大多数的业主所接受。该方案不仅可用于民用系统，也可广泛应用于商用甚至大型地面电站中。

高标准的光伏安全规范势在必行

光伏安全关系到人身安全，因此要严格杜绝直流高压等问题对人员带来的安全隐患。

电力公司对交流侧的电网用电安全有非常明确的规定，但光伏系统的直流侧高压(从几十伏到超过一千伏)是往往容易被忽视的。这一问题现在已经越来越受到大家的重视，国外的一些光伏标准对此都已经做了详细的规范要求，国内标准起草和修订时也开始逐渐将这一议题纳入重了点考虑范畴。

国外规定：

•美国，防火协会修改国家电气规范：“住宅用光伏发电系统中，在紧急情况发生时，光伏系统交流并网端断开后，直流端电压最大不能超过80伏。

•意大利，消防员在建筑物带电压的情况下，是不可以进行灭火工作的。

•德国，率先执行VDE防火安全标准，明确规定在光伏系统中逆变器与组件之间需要增加一个直流电切断装置。

•澳大利亚，根据OVE R11-1: 2013规范，在组件附近必须有断路装置。

在国内光伏行业逐渐发展壮大的今天，我们期待相关部门尽快发布一套完整、清晰的国家标准，对光伏电站中直流高压问题作出明确的规范。行业协会、行业媒体及广大光伏企业有义务也有责任主动向建筑部门、消防部门、安监局等相关部委提交相关建议，协助相关国家标准出台。企业自身加强技术创新，为电站运营中的出现的各种问题提供优质的解决方案。生产高品质的产品，电站的稳定运行、为用户的安全提供坚实的保障。