當(dāng)今社會傳統(tǒng)能源面臨枯竭,人類生態(tài)環(huán)境日益惡化,太陽能光伏發(fā)電以資源豐富、清潔、不受資源分布地域的限制等優(yōu)點(diǎn)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。近幾年我國光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,現(xiàn)今國內(nèi)光伏累計裝機(jī)容量已超過28GW,并以每年大于10GW的速度增長。光伏電站建站越來越多,如何提高電站的安全性,如何將各種安全隱患防范于未然,也已成為電站業(yè)主們首要
熔斷器的標(biāo)準(zhǔn)要求是1.45倍的電流,而組件的標(biāo)準(zhǔn)要求是1.35倍的電流,那么在1.35至1.45倍額定電流之間就出現(xiàn)了一個保護(hù)空擋。在這個保護(hù)空擋內(nèi),熔斷器不能夠有效地保護(hù)組件,可能造成光伏組件本體損壞。
圖12 光伏熔斷器熔體結(jié)構(gòu)
從光伏熔斷器熔體結(jié)構(gòu)上可以看出,熔斷器狹徑非常細(xì),對制造工藝要求很高,普通廠家很難控制好熔斷器的質(zhì)量。由于生產(chǎn)工藝的局限,可能造成生產(chǎn)的熔斷器額定電流出現(xiàn)一定的偏移,若不能夠在規(guī)定的電流和時間下及時熔斷,更會加劇電池板的損壞,帶來火災(zāi)風(fēng)險。所以,從電站安全的角度出發(fā),為了保護(hù)組件,不僅需要增加熔斷器,還需要使用帶防反二極管的直流匯流箱。
2.3.3 熔斷器在過載電流情況下,熔斷慢,發(fā)熱高,易引發(fā)著火
熔斷器的保護(hù)原理是利用金屬的熱熔特性,這一特性決定了熔斷器的熔斷時間與過電流的大小呈反時限的關(guān)系,電流越大,其熔斷時間越短,電流越小,其熔斷時間越長。熔斷器主要還是用在短路的保護(hù)上,而對于過載,熔斷器的保護(hù)效果將大打折扣,甚至帶來負(fù)面影響。因為在過載情況下,尤其是小電流過載,熔斷器的熔斷將變得很慢,在這種“將斷未斷”情況下,熔斷器將處于一個非常高溫的熱平衡狀態(tài)。
圖13 熔斷器的熔斷時間和電流特性曲線
光伏熔斷器的熔體主要是銀,銀的熔點(diǎn)高達(dá)961℃,為了使熔斷器在較低溫度時也能夠熔斷,在銀上增加了一個焊錫點(diǎn),該焊錫的熔點(diǎn)一般在260℃以上。
熔斷器的熔斷過程是當(dāng)溫度達(dá)到熔斷器的熔點(diǎn)時,熔斷器開始熔化并繼續(xù)吸收熱量進(jìn)一步熔化變成液態(tài),隨后熔斷器溫度進(jìn)一步升高直到汽化,熔斷器汽化形成斷點(diǎn),開始產(chǎn)生拉弧,拉弧拉到一定距離后熄滅,熔斷器熔斷。所以在“將斷未斷”情況下,熔斷器的溫度可能高達(dá)500℃。這么高的溫度將破壞線纜和熔斷器盒的絕緣,最終引發(fā)著火事故。
圖14 熔斷器發(fā)熱使熔斷器盒燒毀
另外,部分熔斷器在熔斷時會出現(xiàn)噴弧現(xiàn)象,電弧溫度非常高,會使相鄰的塑料元件、線纜絕緣等著火。
圖15 熔斷器熔斷時噴弧燒毀相鄰元件
小結(jié):集中式方案因使用熔斷器增加了直流節(jié)點(diǎn),現(xiàn)場可能發(fā)生接線不良而引發(fā)的燒毀事故;集中式方案使用熔斷器保護(hù)組件,但因熔斷器和組件之間存在匹配空擋,并不能有效地保護(hù)組件;而且在過載電流情況下,熔斷器還會因熔斷慢,發(fā)熱高,容易引發(fā)著火風(fēng)險,
成為光伏電站安全的重大隱患。國內(nèi)部分組串式廠家因為采用超過兩路組串并聯(lián)設(shè)計,必須外置熔絲保護(hù),因此也存在著熔斷器的安全和維護(hù)問題。
而主流組串式方案,采用無熔絲的設(shè)計方案,不僅從源頭解決了組件和線纜的保護(hù)問題,而且徹底杜絕了熔斷器安全隱患。
2.4 集中式交流斷路器代替直流斷路器使用風(fēng)險分析
在前文已經(jīng)分析了高壓直流滅弧難的問題,所以1000Vdc的直流斷路器在設(shè)計上存在一定的難度,目前市場也只有少數(shù)廠家能夠生產(chǎn),使得直流斷路器的價格也高出交流斷路器近2倍。近幾年,光伏行業(yè)走過了初期的美好發(fā)展,進(jìn)入了“價格戰(zhàn)”的階段,部分廠家為了降低成本,直接將交流斷路器代替直流斷路器使用,但未對滅弧系統(tǒng)進(jìn)行有效變更設(shè)計。當(dāng)出現(xiàn)故障時,交流斷路器無法將高壓直流電弧熄滅,將引發(fā)著火事故!
圖16 在直流故障時交流斷路器的滅弧室被燒穿
小結(jié):集中式方案若直接使用交流斷路器代替直流斷路器使用,存在著火風(fēng)險。而組串式變直流輸電為交流輸電,本身設(shè)計選用的就是成熟可靠的交流斷路器,風(fēng)險較低。
作者:孫慶 來源:太陽能發(fā)電網(wǎng)
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