Pericolo di sicurezza antincendio
Negli ultimi anni, PV Si sono verificati frequentemente incidenti con incendi nelle centrali elettriche, che non solo perdono la proprietà della centrale e il reddito di produzione di energia, ma causano anche danni agli edifici e lesioni personali e si diffondono persino nell'ambiente circostante, provocando una serie di disastri secondari.
L'arco CC è il fenomeno di guasto più comune in PV centrale elettrica. Si verificheranno archi a causa della caduta dei contatti, dell'invecchiamento del dispositivo, della rottura dell'isolamento e della scarsa messa a terra. Inoltre, il danno dell'arco CC è di gran lunga maggiore di quello dell'arco CA, perché non c'è punto di passaggio per lo zero nell'arco CC, una volta che si verifica, continuerà a bruciare, è difficile da estinguere ed è molto facile causare incendi. Secondo le statistiche, più della metà degli incendi nelle centrali fotovoltaiche sono causati da archi CC. Con l'aumento delle specifiche dei moduli fotovoltaici, la potenza e la corrente del sistema lato CC aumentano. Secondo la legge di Joule Q=I²Rt, la corrente raddoppia e l'effetto termico del punto di cortocircuito aumenta di 4 volte, aumenta notevolmente anche il rischio di provocare un incendio.
Classificazione dell'arco CC
A differenza dei prodotti elettrici tradizionali, non esiste un involucro integrale per PV moduli e il relativo cablaggio per contenere archi e scintille causati da guasti di componenti e cablaggio, mentre molti PV le installazioni sono in grado di funzionare alle tipiche tensioni CC che sostengono gli archi CC.
Ci sono tre categorie principali di archi in PV installazioni:
— Gli archi in serie possono essere causati da un cablaggio errato o da un cablaggio in serie interrotto
— Gli archi paralleli possono essere causati da cortocircuiti parziali tra linee adiacenti di potenziale diverso
— Archi di terra dovuti a guasto di isolamento
Serie Arco
Arco di serie, noto anche come arco disegnato. Gli archi in serie sono generalmente causati da uno scarso contatto delle spine dei cavi tra i componenti e da uno scarso collegamento tra i cavi delle stringhe e le scatole di collegamento o gli inverter. A causa del gran numero di spine in serie nella centrale fotovoltaica, ci sono 2000 coppie di spine in una centrale fotovoltaica sul tetto da 1 MW. È difficile garantire che tutte le spine siano di buona qualità con così tante paia di spine. Questi pericoli portano a scarsi contatti e alla formazione di archi CC.
Al momento, alcuni inverter integrano la funzione di protezione da arco, ma ci sono due problemi principali con questa protezione: Primo, se c'è un guasto da arco in una stringa, l'intero inverter si spegne, causando gravi danni. Perdita di generazione di energia; in secondo luogo, senza la funzione di localizzazione del guasto dell'arco, il personale operativo e di manutenzione non è in grado di trovare la posizione dell'arco in tempo e con precisione, il che essenzialmente non è una soluzione. L'unica protezione dal ripristino tecnico che possono fare è mantenere l'inverter in funzione. Da questo punto di vista, la funzione di protezione da arco elettrico integrata nell'inverter non è in grado di risolvere efficacemente il problema del guasto da arco elettrico.
Arco parallelo
Gli archi paralleli sono causati principalmente dal cortocircuito dei conduttori positivo e negativo causato da danni alla linea o dal cortocircuito tra i cavi delle stringhe. Quando i cavi delle stringhe sono schiacciati o usurati meccanicamente, si verificherà un arco tra gli elettrodi positivo e negativo o tra stringhe diverse, che è un guasto dell'arco parallelo. C'è un'altra situazione che può anche portare ad archi paralleli. Quando gli archi in serie nel sistema non vengono gestiti in tempo, il calore degli archi in serie brucia l'isolamento dei cavi e genera archi paralleli.
Quando si verifica un arco parallelo tra i conduttori principali della matrice quadrata del componente, poiché l'arco può ricevere energia sufficiente, è più difficile estinguersi, causando un grave incidente di incendio. L'arco di guasto in serie può essere estinto scollegando il bus CC o la stringa corrispondente dell'impianto fotovoltaico, ma l'arco di guasto in parallelo non può essere estinto e può anche far passare una corrente maggiore attraverso il percorso dell'arco, rendendo l'arco più intenso.
Al momento, la funzione di protezione arco integrata nell'inverter non è in grado di rilevare archi paralleli e archi di terra, ma la potenza distruttiva degli archi paralleli è spesso 10 volte quella degli archi in serie e il rischio per la sicurezza è ancora maggiore.
Arco di terra
L'invecchiamento e il danneggiamento dei componenti o danni meccanici provocano scariche a terra. Se i componenti vengono posati in piano sul tetto in tegole in acciaio colorato, si verificheranno archi di terra o perdite. Questo tipo di difetto non è facile da scoprire, soprattutto nei giorni di pioggia. Al momento, la soluzione è spegnere l'inverter e attendere che il terreno si asciughi prima di avviarlo. Questo metodo non può eliminare efficacemente i rischi e aumentare il rischio di scosse elettriche personali.
Alta tensione CC
In una centrale fotovoltaica, i moduli fotovoltaici sono collegati in serie per formare un circuito ad alta tensione CC, che generalmente raggiunge circa 1000 V. Anche quando il sistema è spento, c'è ancora un'alta tensione CC di circa 1000 volt nella matrice del modulo fotovoltaico. Soprattutto per le centrali fotovoltaiche sui tetti, quando si verifica un incendio nelle centrali fotovoltaiche e negli edifici, è difficile soccorrere in sicurezza; anche durante il funzionamento e la manutenzione ordinaria della centrale o la manutenzione della proprietà, gli operatori e gli ispettori sono a rischio di scossa elettrica.
Analisi del rischio di scenario
Governo, scuola, ospedale, tetto residenziale
1. Controllo regionale. È impossibile utilizzare i droni per scansionare i componenti alla ricerca di anomalie e non è possibile trovare un pericolo in tempo;
2. La popolazione è densa. La matrice quadrata del componente presenta perdite, alto rischio di scosse elettriche per il personale;
3. Il salvataggio è limitato. In caso di emergenza come incendio, l'alta tensione della stringa non può essere spenta, ostacolando i soccorsi;
4. L'influenza dell'opinione pubblica. Se si verifica un incidente, l'opinione pubblica avrà un impatto maggiore
Tetto in tegole d'acciaio di vari colori
1. È difficile da ispezionare. Il tetto in tegole in acciaio colorato è scomodo da ispezionare e il rischio della sicurezza dell'arco non può essere scoperto in tempo;
2. Il salvataggio è limitato. In caso di emergenza come incendio, l'alta tensione della stringa non può essere spenta, ostacolando i soccorsi;
3. Il tetto è fragile. E la scintilla dell'arco CC è facile da bruciare attraverso la piastrella in acciaio colorato ed entrare nello spazio inferiore, causando incendi e danni alla proprietà
Autostrade, fiumi e altre aree
1. Rischi ambientali. Le scintille sporadiche dell'arco da mozziconi e componenti di sigaretta possono facilmente far bruciare le erbacce al di sotto;
2. Difficile da ispezionare. L'area lunga e stretta è scomoda per l'ispezione, il funzionamento e la manutenzione sono difficili e i pericoli non possono essere individuati in tempo;
3. Difficile da salvare. Lontano dall'area urbana, come incendi e altri incidenti, è difficile da salvare;
4. Infortunio secondario. Quando il veicolo o un altro incidente danneggia i componenti, l'alta tensione della stringa non può essere disattivata in tempo, il che potrebbe causare un grave incidente secondario.
Leggi e regolamenti nazionali
USA:
Secondo l'ultima edizione del documento National Electrical Code NEC2020:
Prendere la distanza dalla matrice fotovoltaica 305 mm come limite, al di fuori del limite, entro 30 secondi dall'avvio del dispositivo di attivazione, la tensione scende al di sotto di 30 V; All'interno del confine, è necessario disporre di un "sistema di controllo del pericolo fotovoltaico" o ridurre la tensione al di sotto di 80 V entro 30 S dopo l'avvio del dispositivo di attivazione.
Canada:
Secondo l'edizione 2021 del codice elettrico canadese:
Quando la tensione sul lato CC dell'impianto fotovoltaico è superiore a 80 V, è necessario installare un dispositivo di interruzione del guasto dell'arco o un'altra apparecchiatura equivalente.
Quando l'impianto FV è installato all'interno o sull'edificio, è necessario installare un dispositivo di spegnimento rapido. A 1 metro di distanza dal modulo fotovoltaico, dopo l'avvio del dispositivo di spegnimento rapido, è necessario ridurre la tensione al di sotto di 30V entro 30S.
Germania:
Secondo la norma tedesca VDE-AR-E 2100-712:
Nell'impianto fotovoltaico, se l'inverter è spento o la rete si guasta, la tensione CC deve essere inferiore a 120V. Viene menzionato l'uso di un dispositivo di spegnimento per portare la tensione sul lato CC al di sotto di 120 V.
Australia:
Secondo la sezione 4.3.3 dell'ultimo standard AS/NZS 5033:2021:
Quando la tensione continua è maggiore di 120Vcc, è necessario installare un dispositivo di sezionamento tra il modulo e l'inverter.
Tailandia:
Secondo la sezione 4.3.13 del Codice elettrico tailandese-Installazioni di alimentatori solari sul tetto 2022:
È necessario che la centrale fotovoltaica sul tetto sia dotata di un dispositivo di spegnimento rapido e il limite sia di 300 mm dalla matrice fotovoltaica. La tensione all'interno dell'intervallo limite viene ridotta al di sotto di 80 V entro 30 secondi dall'avvio del dispositivo e la tensione al di fuori dell'intervallo limite viene ridotta al di sotto di 30 V.
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Epilogo
La costruzione di centrali fotovoltaiche è in pieno svolgimento e ha stretto legami con migliaia di famiglie. Come garantire il "sicurezza" delle centrali fotovoltaiche sta attirando grande attenzione da parte di tutto il settore. Per risolvere efficacemente questo problema, l'intero settore deve collaborare per trovare soluzioni innovative e migliorare costantemente gli standard e le normative pertinenti, quindi implementare realmente i requisiti pertinenti nella successiva costruzione di centrali elettriche.
In quanto importante infrastruttura energetica, il funzionamento sicuro, stabile ed efficiente delle centrali fotovoltaiche è un'importante garanzia per lo sviluppo economico.
