夏日炎炎火灾频发，光伏电站如何防患于未“燃”？

消息显示，5月21日下午3点左右，位于唐县迷城乡的一座20MW山地光伏电站突发火灾，一时间电站现场烟雾弥漫。

据说，火灾原因是附近山坡上的草木着火，最终殃及了电站，幸亏扑救及时，才没有造成太大的经济损失。

资料显示，该电站于2015年7月并网发电，投资商为保能唐县电力开发有限公司。

而此之前不久，4月2日上午，位于张家口宣化区北外环的某山地光伏电站也曾发生火情，最终造成部分光伏阵列被烧得只剩支架，组件损毁严重。

炎炎夏日，天干物燥，最是火灾高发季节。作为常年暴晒于阳光下的光伏发电系统，此时更应该将防火安全提到最高等级。回头去看，去年的部分光伏电站火灾，也多发生在夏季：

2018年4月3日，靖远县北滩镇杜寨村光伏电厂燃起熊熊烈焰，情况危急;

2018年4月18日，江苏南通一光伏电站突然起火，现场浓烟滚滚，消防第一时间赶到现场;

2018年4月19日，安徽铜陵某地面光伏电站发生火灾，整个电站一片狼藉，组件基本被烧光，只剩下一些凌乱散落的金属支架;

2018年5月21日，北京中国石油大学附小屋顶光伏电站起火;

……

光伏电站属于重资产投资，火灾导致的损失非常严重。那么，光伏电站发生火灾的原因究竟是什么?又该如何去防患于未“燃”呢?

保定唐县电站着火现场

光伏系统失火原因

对于光伏电站的安全运行，一位常年参与浙江省光伏电站验收专家指出，火灾，正是光伏电站的最大安全隐患。

他认为，除了来自于外部原因的火灾外，光伏系统自身的火灾隐患更需引起足够重视。其中，组件的热斑效应、接线盒与连接器故障、电缆载流量过小、直流拉弧、电流倒灌等，是引发光伏系统火情的最常见原因。

他表示，除了电站施工质量和后期运维，设备质量问题尤其需要引起投资方的足够重视。

来自中科院风电光伏检测中心的数据证实了上述专家的看法。

该数据资料显示，光伏电站起火的常见原因有：组件热斑效应造成组件局部温度过高;插头腐蚀，虚接拉弧起火;线缆磨损破皮，与支架拉弧起火;电缆线径太小，阻值过大发热起火;汇流箱接头虚接，腐蚀，汇流箱起火;大型逆变器散热风扇损坏，逆变器线排接头腐蚀，虚接等造成的逆变器失火;雷击起火;接线盒二极管失效，虚焊等造成局部温度高，等等。

据上述资料统计，约有70%左右的光伏电站火灾是由于设备问题造成，其中又以汇流箱、逆变器、连接器、电线电缆、组件、配电柜及变压器等设备导致的火灾最为常见。

与此对应，据一位常年在海外市场做光伏电站工程的业内人士介绍，光伏电站的火灾事故在国外也并不少见，但相对来说，主要原因更多是设备老化而未及时更换所引起。

反观国内的电站火灾，则大多与系统部件自身的质量问题或工程质量问题有关。

“排除自然和部分人为因素外，其实主要问题还是在产品层面，大多是因为产品设计不合理、不具有针对性或产品质量不达标引发的。”上述专家强调。

设备质量问题严峻

作为全球领先的光伏设备制造大国，国内光伏电站的设备质量怎么会不过关呢?

据一位熟悉采购业务的业内人士介绍，光伏设备都有权威认证，且出厂前经过全面严格的检测，一般不会有太大问题，但由于近年来抢装现象较多，造成不少低质低价产品流入市场，再加上“低价中标”的招标方式，促使一些设备生产厂家为降低成本不得不降低相关质量要求，也客观上造成了一些电站质量的下降。

1、组件问题

“组件作为光伏电站的核心设备，防火等级在B级以上一般是不会引发火灾的，目前着火的大都是因为背板和接线盒材料质量不良、封装工艺不良问题引发的。组件焊接面积过小或虚焊、接线盒绝缘不够，都会引发组件自燃”。正泰太阳能组件技术专家王仕鹏分析道。

作为光伏组件的重要部件，接线盒是集电器设计、机械设计和材料应用于一体的综合性产品，其主要作用是连接和保护光伏组件，传导光伏组件产生的电流。因此，接线盒的质量对组件质量影响较大。

目前看，接线盒的二极管、壳体、连接线路及引线端子的质量不良，正是接线盒起火的主要原因之一。

专家表示，接线盒的防护等级须满足IP65及以上，引出线和接线盒焊点焊接面积至少要大于20平方毫米，还要控制引出线长度符合要求，避免接触接线盒塑胶件等。

光伏背板材料失效则是导致组件容易过热乃至引发火情的另一个重要原因。

背板材料失效，将使组件内部封装材料和电池直接曝露在户外环境中，引发封装材料水解、电池和焊带腐蚀及脱层等问题，迅速降低组件功率输出和使用寿命，严重的还会导致组件绝缘失效引发火灾和伤亡事故。

而导致背板燃烧的典型原因，就是组件热斑区域温度过高致使背板被烧穿。

封装工艺常见的问题，则主要在焊接不良和接线盒组装工艺方面。

焊接工序作为组件封装程序的关键工序之一，其质量好坏对整个封装性能的影响比较大。若焊接过程控制不当就会造成热斑、碎片等情况，而热斑通常也被认为是组件起火原因之一。

据CTC国家光伏质检中心的数据，其在对江苏某10MW光伏电站的红外成像抽检发现，抽检的2868块组件中有19%存在虚焊热斑效应问题。

专家介绍，个别坏电池的混入、电极焊片虚焊、电池由裂纹演变为破碎、个别电池特性变坏、电池局部受到阴影遮挡等，都是引发热斑效应的常见原因。

有异物或局部遮挡极易引发热斑效应

据专家介绍，为规避热斑效应，目前通常的做法，是在组件的正负极间并联一个旁路二极管的接线盒来降低热斑的影响。当一个电池被遮挡时，其他电池促其反偏成为大电阻，此时接线盒中的二极管启动，屏蔽掉含有问题的电池片，从而避免被遮挡电池因过热而损坏。

2、连接器

连接器是另一个容易导致失火的器件，比如MC4接头。

“劣质接头很容易因接触不良造成拉弧，轻者熔断保险、线缆，重者烧毁组件和设备引起火灾。”

史陶比尔光伏总监方宇明告诉记者，虽然连接器价格不高，但是用量较大。在通流情况下，如果连接器的电阻增大导致温升增加，并超出塑料外壳及金属件所能承受的温度范围，就容易引发火灾。

“可以说，连接器的失效并引发火灾，是由塑料外壳和金属件共同作用的结果。”方宇明表示，绝缘材料的选择直接决定了连接器的质量，特别是材料的耐候性、耐热性、阻燃性、绝缘性等

据介绍，目前业内一些厂家使用回料生产连接器，可能也是导致连接器质量下降的原因之一。

专家表示，虽然使用回料可以降低成本，但却增加了产品在使用端的失效概率，连接器厂商对此应该加以杜绝。

与连接器由连接的电缆的选择也非常重要。一般来说，不同的连接器型号会对应不同的电缆外径，其目的是保证密封性能。如果密封不好，在户外应用时有可能会进水进尘，从而破坏绝缘性能，进而引发火灾。

3、逆变器

据一位逆变器业内人士介绍，欧美等很多国家都严格规定逆变器要具有电弧自动切断保护功能，必须有两级断开机制：要么用两个继电器串联，要么一个继电器里面必须有两个断开触点，这样可做冗余保护，防止一个坏了，另一个依然可起到隔离断开作用。

而国内由于缺少这方面的硬性规定，有的厂家为了减少成本，在国内销售的逆变器也就没有这个功能。

据逆变器技术专家介绍，高质量的逆变器，一般采用LCL三阶滤波结构,但业内一些逆变器厂商只有LC,省掉了其中的L，有的连继电器的两个断开触点也省掉一个，这样做虽然能降低一些成本，但却大大增加了后期运行安全隐患。

“国内项目对逆变器单瓦价格压得太狠，企业也是迫不得已，在模块上没有更多的成本操作空间，只能在元器件上做文章，这种偷梁换柱的做法似乎已成了某种行业潜规则。”上述逆变器业内人士无奈地说。

据他介绍，导致逆变器容易发热失火的原因还有很多，比如电感器性能下降、电容器不稳定、塑料器件变脆劣化、寿命缩短、器件绝缘性能下降、散热性能下降、半导体器件失效等。

4、汇流箱

作为电流汇聚和分流的连接设备，汇流箱也是一个容易发热失火的器件，包括汇流箱和直流柜等设备接地不可靠、连接头接触不良、接线混乱等，都极易引起直流电弧或因雷击而引发火灾。

其中，汇流箱的质量问题尤其突出，主要问题有：汇流排和熔断器布局不合理或重叠在一起，不利于散热，很易造成短路烧坏;端子和汇流排接触面积较小，易引起发热和打火;汇流排采用铝排，运行时箱体温度过高;箱内缺少监测各支路电流的通讯单元和保护单元;没有断路器，即使发现事故，也很难人为断开;控制板输入端高压电气间隙爬电距离不足，引起燃烧;熔丝质量不过关;IP等级达不到要求;接线排绝缘质量和耐压值较低;断路器相间隔板未安装，或断路器距外壳过近、飞弧距离不够。等等。

汇流箱烧毁案列

5、电线电缆

电线电缆质量问题，更是引发光伏电站火灾的常见原因。据统计，电缆故障原因主要有以下几种：

电缆头制作质量不良致电缆头爆炸起火;电缆经长期运行绝缘老化击穿短路起火;电缆敷设条件恶劣(高温或积水)致绝缘下降短路起火;电缆受外力机械损伤致绝缘破坏短路起火;电缆长期过负荷运行，或保护(开关)装置不能及时切除负载短路电流致绝缘过热，损坏造成电缆短路起火;电线电缆本身质量不良致电线电缆过载起火。

其中，电缆接头接触不良、接插件开关的可靠性、绝缘层长时间老化、外力导致绝缘层破损等问题，都会造成直流电弧。而直流电弧产生的高温轻易超过3000℃，能够直接导致起火。

从目前相关数据来看，有约80%以上的光伏电站火灾是因为直流拉弧原因造成。

随着平价上网和竞价模式的施行，光伏电站的产品质量问题更应当引起全行业的高度重视。

“光伏行业要想持续发展，质量问题已是一个必须高度重视的问题，如果一味为了降低成本而降低质量，最终损害的将是整个行业的利益。”上述专家表示。

在他看来，即使光伏电站具备科学详细的灭火规范并配备正确的灭火装备，却也无法防范劣质产品带来的火灾隐患，唯有从源头上解决问题，严格控制进入市场的产品质量，严格落实相关标准和验收规范，才能保证电站安全确保投资者收益。

文章作者：王捧生