火災安全上の危険性
近年では PV 発電所の火災事故が多発しており、発電所の財産や発電収入を失うだけでなく、建物の損壊や人身事故、さらには周辺環境への延焼など、二次災害が続発しています。
DC アークは、最も一般的な故障現象です。 PV 発電所。 アークは、接点の脱落、機器の経年劣化、絶縁破壊、接地不良などによって発生します。 さらに、DC アークの害は AC アークよりもはるかに大きく、DC アークにはゼロクロス点がなく、一度発生すると燃え続け、消すのが難しく、火災事故が非常に起こりやすいためです。 統計によると、太陽光発電所の火災事故の半分以上は DC アークによって引き起こされています。 太陽電池モジュールの仕様が大きくなると、直流側システムの電力と電流が増加します。 ジュールの法則 Q=I²Rt によれば、電流は 4 倍になり、短絡点の熱影響は XNUMX 倍に増加し、火災を引き起こす危険性も大幅に増加します。
DC アークの分類
従来の電気製品とは異なり、一体化された筐体はありません。 PV モジュールとその配線は、コンポーネントや配線の障害によって引き起こされるアークやスパークを封じ込めますが、多くの場合、 PV 設備は、DC アークを維持する標準的な DC 電圧で動作できます。
アークには XNUMX つの主要なカテゴリがあります。 PV インストール：
— 直列アークは、誤った配線または断線した直列配線によって発生する可能性があります。
— 並列アークは、異なる電位の隣接する線間の部分的な短絡によって発生する可能性があります。
— 絶縁不良によるアースアーク
シリーズアーク
シリーズ アーク。描画アークとも呼ばれます。 直列アークは通常、コンポーネント間のケーブル プラグの接触不良、およびストリング ケーブルと結合ボックスまたはインバーター間の接続不良によって発生します。 太陽光発電所には多数の直列プラグがあるため、2000MW の屋上太陽光発電所には 1 ペアのプラグがあります。 プラグのペアが非常に多いため、すべてのプラグが高品質であることを確認するのは困難です。 これらの危険は接触不良や DC アークの形成につながります。
現在、いくつかのインバータにアーク保護機能が組み込まれていますが、この保護には XNUMX つの大きな問題があります。XNUMX つは、XNUMX つのストリングにアーク障害が発生すると、インバータ全体が停止し、大きな損害を引き起こすことです。 発電の損失。 第 XNUMX に、アーク障害位置特定機能がなければ、運用および保守要員はアークの位置を時間内かつ正確に見つけることができず、本質的には解決策になりません。 彼らができる唯一の技術的なリセット保護は、インバータを動作し続けることです。 この観点から見ると、インバータに組み込まれたアーク引き込み保護機能は、アーク引き込み故障の問題を実際に効果的に解決することはできません。
パラレルアーク
並列アークは主に、線路の損傷による正極と負極の導体の短絡、またはストリングケーブル間の短絡によって発生します。 ストリングケーブルが機械的に圧迫されたり摩耗したりすると、正極と負極の間、または異なるストリング間でアークが発生します。これが並列アーク故障です。 平行アークにつながる可能性のある別の状況もあります。 システム内の直列アークが時間内に処理されない場合、直列アークの熱によりケーブルの絶縁体が焼き尽くされ、並列アークが発生します。
コンポーネント正方配列の主導体間に平行アークが発生すると、アークは十分なエネルギーを得ることができるため、消滅がさらに困難になり、重大な火災事故を引き起こす可能性があります。 直列故障アークは、DC バスまたは PV システムの対応するストリングを切断することで消すことができますが、並列故障アークは消すことができず、より大きな電流がアーク経路を通過してアークがより激しくなる可能性さえあります。
現在、インバータに組み込まれているアーク保護機能は並列アークと接地アークを検出できませんが、並列アークの破壊力は直列アークの 10 倍であることが多く、安全上の危険はさらに大きくなります。
グランドアーク
コンポーネントの経年劣化や損傷、または機械的損傷により、アース放電が発生します。 カラー鋼瓦屋根上に部品を平らに置くとアースアークや漏水が発生します。 この種の故障は、特に雨の日には発見するのが簡単ではありません。 現時点での解決策は、インバータをシャットダウンし、地面が乾くのを待ってから起動することです。 この方法では危険を効果的に排除することはできず、人体に感電する危険性が高まります。
直流高電圧
太陽光発電所では、太陽光発電モジュールを直列に接続して DC 高電圧回路を形成し、その電圧は通常約 1000V に達します。 システムがシャットダウンされている場合でも、PV モジュール マトリックスには約 1000 ボルトの DC 高電圧が残っています。 特に屋上太陽光発電所では、太陽光発電所や建物内で火災が発生した場合、安全に救助することが困難です。 発電所の日常的な運転とメンテナンス、または施設のメンテナンス中に、オペレーターや検査員も感電の危険にさらされます。
シナリオリスク分析
政府、学校、病院、住宅の屋上
1. 地域管理。 ドローンを使用してコンポーネントの異常をスキャンすることは不可能であり、危険を時間内に発見することもできません。
2. 人口が密集している。 コンポーネントの正方形アレイには漏れがあり、人体に感電する危険性が高くなります。
3. 救助には限界がある。 火災などの緊急事態が発生した場合、ストリングの高電圧をオフにすることができず、救助の妨げになります。
4. 世論の影響。 事故が起きれば世論の影響はさらに大きくなる
各種カラー鋼瓦屋根
1. 検査が難しい。 カラー鋼瓦屋根は検査が不便で、アークの安全性の危険性をすぐに発見することができません。
2. 救助には限界がある。 火災などの緊急事態が発生した場合、ストリングの高電圧をオフにすることができず、救助の妨げになります。
3. 屋根は壊れやすい。 また、DC アークスパークはカラースチールタイルを焼き抜けて下部空間に入り込み、火災や物的損害を引き起こす可能性があります。
高速道路、河川など
1. 環境リスク。 タバコの吸い殻やコンポーネントからの散発的なアーク火花により、下の雑草が簡単に燃えてしまいます。
2. 検査が難しい。 細長いエリアは点検に不便で、維持管理が難しく、危険箇所の発見が間に合わない。
3.救出が難しい。 市街地から遠く離れた場所では火災や事故が発生し、救助が難しくなります。
4.二次災害。 車両やその他の事故により部品が損傷した場合、ストリングの高電圧を切るのが間に合わず、重大な二次事故を引き起こす可能性があります。
国内法規制
米国：
最新版の国家電気規格 NEC2020 文書によると、次のようになります。
PV マトリックスまでの距離を 305mm を限界値とします。限界値を超えると、トリガーデバイスが起動してから 30 秒以内に電圧が 30V 未満に低下します。 境界内では、「PV 危険制御システム」を導入するか、トリガー装置の起動後 80 秒以内に電圧を 30V 未満に下げることが求められます。
カナダ：
カナダ電気規格 2021 年版によると、次のようになります。
太陽光発電システムの直流側電圧が 80V を超える場合は、アーク障害遮断装置またはその他の同等の装置を設置する必要があります。
太陽光発電システムを建物内または建物上に設置する場合は、急速停止装置を設置する必要があります。 PV モジュールから 1 メートル離れた場所では、急速シャットダウン装置が起動した後、30 秒以内に電圧を 30V 未満に下げる必要があります。
ドイツ：
ドイツ規格 VDE-AR-E 2100-712 によると、次のようになります。
太陽光発電システムでは、インバータがオフになった場合、またはグリッドに障害が発生した場合、DC 電圧は 120V 未満である必要があります。 DC 側電圧を 120V 未満にするためにシャットダウン装置を使用することが記載されています。
オーストラリア：
最新の AS/NZS 4.3.3:5033 規格のセクション 2021 によると、次のようになります。
DC 電圧が 120Vd.c を超える場合は、モジュールとインバータの間に断路装置を設置する必要があります。
タイ：
タイ電気法規のセクション 4.3.13 によると、2022 年太陽光発電の屋上電源設備は次のようになります。
屋上太陽光発電所には急速停止装置の設置が義務付けられており、その制限は太陽光発電マトリックスから300mmです。 装置起動後 80 秒以内に制限範囲内の電圧は 30V 以下に低下し、制限範囲外の電圧は 30V 以下に低下します。
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エピローグ
太陽光発電所の建設は本格的に進行しており、数千世帯と密接に連携しています。 確実にする方法 "安全性" 太陽光発電所の普及は業界全体から大きな注目を集めています。 この問題を効果的に解決するには、業界全体が協力して革新的なソリューションを考え出し、関連する規格や規制を継続的に改善し、その後の発電所建設で関連要件を真に実装する必要があります。
重要なエネルギーインフラとして、太陽光発電所の安全、安定、効率的な運転は経済発展の重要な保証となります。
