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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(dá)624億美元，預(yù)計(jì)從2020年到2025年還將以6.9%的復(fù)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(kuò)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(gè)可怕的事實(shí)是：屋頂光伏的著火率遠(yuǎn)大于地面電站。根據(jù)清潔能源協(xié)會(huì)（CEA）在全球范圍內(nèi)進(jìn)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(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。分布式發(fā)電應(yīng)用場景，有著更多的不確定性。而火災(zāi)一直是光伏電站經(jīng)濟(jì)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(diǎn)是大樓屋頂?shù)墓夥M件。2017年7月27日，中國臺(tái)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(tái)幣300萬元。也不止是工廠，2018年中國還曾發(fā)生過一小學(xué)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(jīng)在超過240家門店的屋頂安裝和運(yùn)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(zāi)。

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屋頂光伏為何火災(zāi)不斷？

光伏的起火的原因很復(fù)雜，這里主要?dú)w納了幾種常見的原因。

一是高壓直流拉弧所致。簡單計(jì)算，一個(gè)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(gè)高壓直流接頭，也就是說，平均每平方米就有一個(gè)高壓直流接頭。直流接頭的拉弧引發(fā)電弧火災(zāi)的概率盡管很低，但基數(shù)很大的前提下，火災(zāi)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(dòng)的影響，因此尖銳邊緣上的電線會(huì)更快地退化。如果不及時(shí)檢查進(jìn)行補(bǔ)救，就很容易造成接地故障，進(jìn)而誘發(fā)潛在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

三是安裝了不匹配或制造不當(dāng)?shù)倪B接器。屋頂太陽能組件通常安裝在18~20個(gè)串聯(lián)的模塊中，最終連接到逆變器。這些字符串中上一個(gè)模塊到下一個(gè)模塊的距離是標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行組裝和安裝，則極易形成熱點(diǎn)，最終導(dǎo)致火災(zāi)。

四是光伏系統(tǒng)的隱裂風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)有機(jī)背板材料的光伏板和每路通過數(shù)十個(gè)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(dǎo)線的劃痕將大大增加火災(zāi)的概率。此外，太陽能電池板的晶硅電池片由于自身晶體結(jié)構(gòu)的特性，也很容易破裂。


五是熱斑效應(yīng)。在遮擋之下，熱斑導(dǎo)致組件局部溫度急劇上升，造成安全隱患，引發(fā)火災(zāi)事故。此前，美國聯(lián)邦調(diào)查局就呼吁定期對光伏屋頂進(jìn)行紅外成像，因?yàn)榧t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(shù)缺陷，不少火災(zāi)的誘因都帶有一些人的因素。未能及時(shí)識(shí)別和解決火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是以上問題共通的特點(diǎn)。行業(yè)從業(yè)者的培訓(xùn)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(xùn)往往存在著大大小小的問題，進(jìn)而導(dǎo)致安裝出錯(cuò)。此外，由于光伏的運(yùn)營與維護(hù)需要運(yùn)維公司和系統(tǒng)最終所有者進(jìn)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(yùn)維檢查員可以選擇運(yùn)行系統(tǒng)性能測試而不執(zhí)行相對花時(shí)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(zāi)如何識(shí)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(shè)施的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)并盡快解決這些問題永遠(yuǎn)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(guān)閉狀態(tài)。

然后我們需要進(jìn)行深入的目視檢查和系統(tǒng)關(guān)閉測試。目視檢查主要是查看連接器是否匹配或制造不當(dāng)，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(guān)閉測試則應(yīng)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(jìn)行系統(tǒng)開啟檢查。在解決好目視檢查和系統(tǒng)關(guān)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(fù)載中心、匯流箱、中央和串式逆變器等）進(jìn)行系統(tǒng)熱成像，確認(rèn)逆變器無故障、監(jiān)控功能已連接并正常運(yùn)行。

當(dāng)然，以上這些措施都需要一個(gè)合格的運(yùn)維檢查員。尋求合格的檢查員和安裝員，確保定期的維護(hù)和檢查，才能將光伏屋頂?shù)幕馂?zāi)概率降至最小。


近日，馬來西亞普特拉大學(xué)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(shí)遵循這些措施。

研究人員指出，不正確的安裝做法是導(dǎo)致PV火災(zāi)危險(xiǎn)的常見因素。造成這種情況無非是安裝人員缺乏經(jīng)驗(yàn)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(shí)的匱乏。

屋頂光伏防火應(yīng)該注意的問題共涉及十個(gè)方面：光伏系統(tǒng)是否由合格承包商設(shè)計(jì)；現(xiàn)場調(diào)查，包括尺寸、陰影管理、通道、傾斜、方向和位置；屋頂結(jié)構(gòu)和材料；所有光伏設(shè)備的標(biāo)記系統(tǒng)，包括光伏輸入和輸出、導(dǎo)管、電纜、逆變器、外殼、組合器、箱體和隔離開關(guān)；屋頂防水和防水；電氣布線和接地系統(tǒng)；陣列安裝、通風(fēng)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(hù)裝置。

在這些安全措施中，研究人員強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)場評估的重要性。這一舉措能夠有效避免陰影效應(yīng)，并確定光伏系統(tǒng)輸出的最佳方向。同時(shí)，確保光伏組件周圍有著良好的通風(fēng)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(biāo)題：屋頂光伏防火指南