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太陽能是取之不盡，用之不竭的綠色環(huán)保資源。而太陽能屋頂又是住宅建筑中接受陽光最重要的部分。近年來，已有越來越多的家庭和企業(yè)安裝屋頂光伏。數(shù)據(jù)顯示，2019年全球屋頂太陽能的市場規(guī)模已高達624億美元，預計從2020年到2025年還將以6.9%的復合年增長率增長。

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屋頂光伏之“殤”

屋頂光伏的市場逐年擴大，不少人躍躍欲試。但另一方面，屋頂光伏的安全性則有些讓人望而退卻。一個可怕的事實是：屋頂光伏的著火率遠大于地面電站。根據(jù)清潔能源協(xié)會（CEA）在全球范圍內進行的數(shù)百次商業(yè)規(guī)模屋頂檢查樣本，超過90%的屋頂存在著重大安全和火災風險。分布式發(fā)電應用場景，有著更多的不確定性。而火災一直是光伏電站經濟效益損失最大的事故。

世界上每年都有不少起屋頂光伏起火事件。2015年5月，蘋果公司一直引以為傲的位于亞利桑那Mesa的工廠屋頂突然起火，起火點是大樓屋頂?shù)墓夥M件。2017年7月27日，中國臺北位于公館的自來水園發(fā)生屋頂太陽能板著火，共燒毀了35片組件，損失約新臺幣300萬元。也不止是工廠，2018年中國還曾發(fā)生過一小學屋頂?shù)墓夥姲迤鸹鸬氖录?。此外，?019年，沃爾瑪甚至將特斯拉告上法庭，原因是其已經在超過240家門店的屋頂安裝和運營特斯拉太陽能系統(tǒng)，但已有至少七家門店的太陽能電池板發(fā)生火災。

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屋頂光伏為何火災不斷？

光伏的起火的原因很復雜，這里主要歸納了幾種常見的原因。

一是高壓直流拉弧所致。簡單計算，一個1mw的屋頂分布式光伏屋頂面積大約為7000～10000平方米，大約有8000余個高壓直流接頭，也就是說，平均每平方米就有一個高壓直流接頭。直流接頭的拉弧引發(fā)電弧火災的概率盡管很低，但基數(shù)很大的前提下，火災概率則大大增加了。

二是鋒利邊緣上的電線問題。由于電纜的膨脹和收縮非常容易受到屋頂震動的影響，因此尖銳邊緣上的電線會更快地退化。如果不及時檢查進行補救，就很容易造成接地故障，進而誘發(fā)潛在的火災風險。

三是安裝了不匹配或制造不當?shù)倪B接器。屋頂太陽能組件通常安裝在18~20個串聯(lián)的模塊中，最終連接到逆變器。這些字符串中上一個模塊到下一個模塊的距離是標準的，因此它們的線束連接通常由工廠制造，但串末端到逆變器之間的距離則不固定，往往需要“現(xiàn)場制造”，直接在現(xiàn)場組裝。但這些在現(xiàn)場制作的硬件如果與管住上的模塊連接器不同，或者沒有按照制造商的規(guī)范進行組裝和安裝，則極易形成熱點，最終導致火災。

四是光伏系統(tǒng)的隱裂風險。傳統(tǒng)有機背板材料的光伏板和每路通過數(shù)十個光伏板疊加成的高壓直流發(fā)電系統(tǒng)，往往有大量的高壓直流線纜和街頭直接裸露于屋頂之上，導線的劃痕將大大增加火災的概率。此外，太陽能電池板的晶硅電池片由于自身晶體結構的特性，也很容易破裂。


五是熱斑效應。在遮擋之下，熱斑導致組件局部溫度急劇上升，造成安全隱患，引發(fā)火災事故。此前，美國聯(lián)邦調查局就呼吁定期對光伏屋頂進行紅外成像，因為紅外成像可以探測到這些情況。


組件熱斑

不難發(fā)現(xiàn)，除了光伏電板本身可能存在的技術缺陷，不少火災的誘因都帶有一些人的因素。未能及時識別和解決火災風險是以上問題共通的特點。行業(yè)從業(yè)者的培訓不到位是一方面，隨著商用屋頂光伏的快速發(fā)展，大量的工作崗位也隨之增長，但從業(yè)者的培訓往往存在著大大小小的問題，進而導致安裝出錯。此外，由于光伏的運營與維護需要運維公司和系統(tǒng)最終所有者進行協(xié)商，這中間也存在著一定的紕漏，年度或兩年一次的檢查往往得不到很好的保證：運維檢查員可以選擇運行系統(tǒng)性能測試而不執(zhí)行相對花時間的逐行檢查，而后者往往可以發(fā)現(xiàn)上面提及的電線劃痕和不匹配的接頭等問題。

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屋頂光伏火災如何識別和避免？

雖然各種屋頂光伏著火的新聞令人觸目驚心，但好在這些都能并且容易避免。即使檢查現(xiàn)有設施的火災風險并盡快解決這些問題永遠是最有效的方式。

首先，我們需要切斷現(xiàn)場電源。尋求專業(yè)人員的幫助，遵循正確的斷電程序，確保系統(tǒng)處于安全的系統(tǒng)關閉狀態(tài)。

然后我們需要進行深入的目視檢查和系統(tǒng)關閉測試。目視檢查主要是查看連接器是否匹配或制造不當，電線是否靠近或者懸掛在尖銳邊緣附近，以及逆變器端接是否良好。系統(tǒng)關閉測試則應包括直流絕緣電阻測試（DC IRT）和連續(xù)性測試，需要檢查交流電纜上的電流泄露并確保組件正確接地。

最后進行系統(tǒng)開啟檢查。在解決好目視檢查和系統(tǒng)關閉測試中發(fā)現(xiàn)的安全問題后，我們需要重新給現(xiàn)場通電，并對部件（逆變器、現(xiàn)場制造的連接器、工廠制造的連接器、負載中心、匯流箱、中央和串式逆變器等）進行系統(tǒng)熱成像，確認逆變器無故障、監(jiān)控功能已連接并正常運行。

當然，以上這些措施都需要一個合格的運維檢查員。尋求合格的檢查員和安裝員，確保定期的維護和檢查，才能將光伏屋頂?shù)幕馂母怕式抵磷钚　?br />

近日，馬來西亞普特拉大學的研究人員也對屋頂光伏提出了一些消防安全建議，呼吁太陽能安裝人員在作業(yè)時遵循這些措施。

研究人員指出，不正確的安裝做法是導致PV火災危險的常見因素。造成這種情況無非是安裝人員缺乏經驗或者耍滑頭，但無論哪一種原因，都暴露出了安裝人員對于消防安全知識的匱乏。

屋頂光伏防火應該注意的問題共涉及十個方面：光伏系統(tǒng)是否由合格承包商設計；現(xiàn)場調查，包括尺寸、陰影管理、通道、傾斜、方向和位置；屋頂結構和材料；所有光伏設備的標記系統(tǒng)，包括光伏輸入和輸出、導管、電纜、逆變器、外殼、組合器、箱體和隔離開關；屋頂防水和防水；電氣布線和接地系統(tǒng)；陣列安裝、通風和光伏板；匯流箱和連接器；DC/AC逆變器；以及直流隔離器和其他保護裝置。

在這些安全措施中，研究人員強調了現(xiàn)場評估的重要性。這一舉措能夠有效避免陰影效應，并確定光伏系統(tǒng)輸出的最佳方向。同時，確保光伏組件周圍有著良好的通風條件也是有效的安全手段，這些都能夠很好地防止熱斑現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，還需注意防止水滲入直流隔離器的外殼。

 原標題：屋頂光伏防火指南