組串式與集中式光伏電站安全對(duì)比
當(dāng)今社會(huì)傳統(tǒng)能源面臨枯竭，人類(lèi)生態(tài)環(huán)境日益惡化，太陽(yáng)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(guó)光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，現(xiàn)今國(guó)內(nèi)光伏累計(jì)裝機(jī)容量已超過(guò)28GW，并以每年大于10GW的速度增長(zhǎng)。光伏電站建站越來(lái)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
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(duì)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(shí)間下及時(shí)熔斷，更會(huì)加劇電池板的損壞，帶來(lái)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。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(guò)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(shí)間與過(guò)電流的大小呈反時(shí)限的關(guān)系，電流越大，其熔斷時(shí)間越短，電流越小，其熔斷時(shí)間越長(zhǎng)。熔斷器主要還是用在短路的保護(hù)上，而對(duì)于過(guò)載，熔斷器的保護(hù)效果將大打折扣，甚至帶來(lái)負(fù)面影響。因?yàn)樵谶^(guò)載情況下，尤其是小電流過(guò)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(gè)非常高溫的熱平衡狀態(tài)。
圖13 熔斷器的熔斷時(shí)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(shí)也能夠熔斷，在銀上增加了一個(gè)焊錫點(diǎn)，該焊錫的熔點(diǎn)一般在260℃以上。熔斷器的熔斷過(guò)程是當(dāng)溫度達(dá)到熔斷器的熔點(diǎn)時(shí)，熔斷器開(kāi)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(kāi)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(shí)會(huì)出現(xiàn)噴弧現(xiàn)象，電弧溫度非常高，會(huì)使相鄰的塑料元件、線纜絕緣等著火。
圖15 熔斷器熔斷時(shí)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(chǎng)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(guò)載電流情況下，熔斷器還會(huì)因熔斷慢，發(fā)熱高，容易引發(fā)著火風(fēng)險(xiǎn)，
成為光伏電站安全的重大隱患。國(guó)內(nèi)部分組串式廠家因?yàn)椴捎贸^(guò)兩路組串并聯(lián)設(shè)計(jì)，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(wèn)題。
而主流組串式方案，采用無(wú)熔絲的設(shè)計(jì)方案，不僅從源頭解決了組件和線纜的保護(hù)問(wèn)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(xiǎn)分析
在前文已經(jīng)分析了高壓直流滅弧難的問(wèn)題，所以1000Vdc的直流斷路器在設(shè)計(jì)上存在一定的難度，目前市場(chǎng)也只有少數(shù)廠家能夠生產(chǎn)，使得直流斷路器的價(jià)格也高出交流斷路器近2倍。近幾年，光伏行業(yè)走過(guò)了初期的美好發(fā)展，進(jìn)入了“價(jià)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(duì)滅弧系統(tǒng)進(jìn)行有效變更設(shè)計(jì)。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，交流斷路器無(wú)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(shí)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(xiǎn)。而組串式變直流輸電為交流輸電，本身設(shè)計(jì)選用的就是成熟可靠的交流斷路器，風(fēng)險(xiǎn)較低。
作者：孫慶 來(lái)源：太陽(yáng)能發(fā)電網(wǎng) 責(zé)任編輯：wutongyufg
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