組串式與集中式光伏電站安全對比
當今社會傳統能源面臨枯竭，人類生態環境日益惡化，太陽能光伏發電以資源豐富、清潔、不受資源分布地域的限制等優點成為人們關注的焦點。近幾年我國光伏產業迅猛發展，現今國內光伏累計裝機容量已超過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，也已成為電站業主們首要
圖12 光伏熔斷器熔體結構
從光伏熔斷器熔體結構上可以看出，熔斷器狹徑非常細，對制造工藝要求很高，普通廠家很難控制好熔斷器的質量。由于生產工藝的局限，可能造成生產的熔斷器額定電流出現一定的偏移，若不能夠在規定的電流和時間下及時熔斷，更會加劇電池板的損壞，帶來火災風險。所以，從電站安全的角度出發，為了保護組件，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，發熱高，易引發著火
熔斷器的保護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上，而對于過載，熔斷器的保護效果將大打折扣，甚至帶來負面影響。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。
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，銀的熔點高達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，該焊錫的熔點一般在260℃以上。熔斷器的熔斷過程是當溫度達到熔斷器的熔點時，熔斷器開始熔化并繼續吸收熱量進一步熔化變成液態，隨后熔斷器溫度進一步升高直到汽化，熔斷器汽化形成斷點，開始產生拉弧，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500℃。這么高的溫度將破壞線纜和熔斷器盒的絕緣，最終引發著火事故。
圖14 熔斷器發熱使熔斷器盒燒毀
另外，部分熔斷器在熔斷時會出現噴弧現象，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：集中式方案因使用熔斷器增加了直流節點，現場可能發生接線不良而引發的燒毀事故；集中式方案使用熔斷器保護組件，但因熔斷器和組件之間存在匹配空擋，并不能有效地保護組件；而且在過載電流情況下，熔斷器還會因熔斷慢，發熱高，容易引發著火風險，
成為光伏電站安全的重大隱患。國內部分組串式廠家因為采用超過兩路組串并聯設計，必須外置熔絲保護，因此也存在著熔斷器的安全和維護問題。
而主流組串式方案，采用無熔絲的設計方案，不僅從源頭解決了組件和線纜的保護問題，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險分析
在前文已經分析了高壓直流滅弧難的問題，所以1000Vdc的直流斷路器在設計上存在一定的難度，目前市場也只有少數廠家能夠生產，使得直流斷路器的價格也高出交流斷路器近2倍。近幾年，光伏行業走過了初期的美好發展，進入了“價格戰”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，但未對滅弧系統進行有效變更設計。當出現故障時，交流斷路器無法將高壓直流電弧熄滅，將引發著火事故。
圖16 在直流故障時交流斷路器的滅弧室被燒穿
小結：集中式方案若直接使用交流斷路器代替直流斷路器使用，存在著火風險。而組串式變直流輸電為交流輸電，本身設計選用的就是成熟可靠的交流斷路器，風險較低。
作者：孫慶 來源：太陽能發電網 責任編輯：wutongyufg
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