光伏电站安全隐患与防范措施解析

光伏电站装机容量的不断上升与光伏电站行业规范的不断出台，质量优质安全的光伏电站越来越受到人们的关注。而近年来已建光伏电站暴露出的各种安全问题带给光伏行业越来越多的担忧，了解光伏电站安全风险因素的类型以及规避由此带来的安全隐患已经成为光伏电站业内一项刻不容缓的工作。
光伏电站安全风险因素主要分为光伏现场自然因素风险，光伏电站技术风险，安装风险，安全风险及材料风险五大方面。
一、光伏电站安全隐患解析
1.现场自然因素风险
光伏电站现场自然因素风险主要包括暴风和雷击、结冰、暴雪和冰雹、沙尘、岩石滚落、地质滑坡、地震、洪水和动物啃咬破坏等众多方面。因光伏电站选址一般为荒山荒地、废弃鱼塘、荒漠滩涂等地形复杂且偏僻无人的区域，故受以上自然因素影响造成的安全事故不易避免。
现场自然因素造成的光伏电站安全风险如下图所示：


2. 技术风险
造成光伏电站安全隐患的技术风险主要包括电站设计缺陷，设备故障，电站系统衰减、设备老化、维护及修理技术失误等方面。设计缺陷、技术方案和设备故障是造成电站安全风险极其重要的原因。
                                                                          错误估计山体遮挡                           设备老化引起火灾

3. 安装风险
由安装造成的光伏电站风险主要是指在光伏电站建设施工阶段，非规范化的施工造成各种电站安全隐患。

4. 安全风险
安全风险主要包括人为造成的电击、电弧、火灾风险，人为盗窃、人为破坏以及操作人员误操作造成的电站及人身安全危险。
5. 材料风险
材料安全风险主要包括光伏电站各种构成材料的选购风险及运行损坏风险。
根据多年电站运行事故发生频率进行评估，以上多种风险因素中暴风、雪压、动物啃咬破坏、冰雹等现场自然因素造成的风险约占19%，过电压和技术性故障因素约占5%，人为损坏造、盗窃和人为误操作造成的安全风险约为16%，火灾造成的风险约8%，玻璃材料造成的风险达7%。
以上各风险因素发生频率如下图所示：


二、光伏电站安全隐患防范措施
如何应对及避免以上各种因素带来的光伏电站安全隐患，根据英利多年建设光伏电站经验，给出以下参考。
面对以上各种风险因素，英利在建设光伏电站之初，就充分考虑各种风险，进行整体设计，从光伏电站调研阶段，设计阶段，建设施工阶段和后期运维阶段采取相应措施来进行规避，以便保障光伏电站的安全无故障运行。
1.光伏电站前期调研阶段
光伏电站前期调研阶段能规避的风险主要为项目选址地的自然因素风险。项目选址之初，需要对场址的土壤、气象、环境、地质构造等因素进行精准评估。具体措施为：
1）咨询当地气象站：了解场地的气象数据，请具有专业资质的可研或气象机构对各种不利气候条件进行专业分析，避免此种因素带来的电站风险。需要进行掌握的气候数据有：
统计项目 统计项目
多年平均气温 多年平均沙暴日数
累年极端最高温度 多年平均雷暴日数
累年极端最低温度 多年平均冰雹日数
多年平均气压 多年最大冻土深度
多年平均水汽压 多年实测最大风速
多年平均项目湿度 多年平均风速
多年平均降雨量 多年最大积雪厚度
2） 站址考察及做好地勘报告：项目选址之初，需要找专业地勘机构做好项目选址地的地勘调查，了解项目地点的地质条件和构造稳定性情况。根据项目地点的地质和构造、历年降雨量、地震、洪灾和泥石流滑坡等的发生情况，电站选址尽量避开河堤、滑坡、洪涝灾害频发地区、地理构造不稳定地区以及土壤腐蚀严重地区，并合理进行防洪工程的设计及考量，做好水保工作，避开降雨及冰雪融水形成的地表径流通道。特别是在滩涂、废弃鱼塘等建设的电站，需做好前期规划设计及施工过程中排水防汛工作。
2. 光伏电站设计阶段
光伏电站设计阶段着重需要选择具有专业资质和经验丰富的设计单位，进行优质的光伏电站系统方案设计，选择国内外一线品牌设备，并根据项目地点实际情况，采取合理设计及措施避免光伏电站安全风险。
1）应对现场自然安全因素采取的措施：
① 合理防雷设计：根据项目考察前期获得的项目选址地点的气象特征情况，结合场址雷电活动规律以及防护目标，详细研究防雷装置的形式及其布置，制定合理的防雷方案，将站区内光伏发电单元、升压站、综合楼等的防雷措施协调统一、全面规划。
② 防风防腐，散热防尘：根据项目前期考察所得的项目选址地近年来的沙城暴次数，暴风强风次数及级别，合理设计支架的抗风防腐、组串及设备的散热防尘等预防措施。关键设备选型时，需要选择耐风沙、抗盐雾、抗高温高湿等恶劣环境的设备。
③ 其他自然安全因素应对措施：
电站设计时需充分评估项目地点的冰雹，雨雪发生情况及级别，合理地对组串排布及组串承压情况进行设计，减少电站因冰雹，暴雪等自然灾害因素产生的危害。
2）合理设计减少电站组串之间的遮挡
采用专业三维遮挡分析软件，进行电站地点及组串间距分析，规避电站周围物体、地势差异或电站组串之间因排布不合理造成的安全隐患。
①结合实际地形，借助专业软件，计算方阵间距，保证全年组件方阵无遮挡；
②针对山地电站，合理设计，规避由于地势差异而导致的同排方阵不同子阵高度差
引起的遮挡。

3）合理设计以便应对光伏电站火灾隐患。
① 合理设计布置线路路径，降低线缆损耗，减少火灾隐患；
② 合理设备选型，防止由过电压、电弧引起的电站安全隐患；
光伏电站存在大量直流电缆及直流设备。直流电没有过零点，开关元件在断开故障电流时，电压会一直存在，电弧持续燃烧，必须拉开足够的弧长距离才能够可靠熄弧。光伏场区分布面积大、电缆分布面积广、接线不良、电缆绝缘破损等都会引起拉弧。具有较高热能的电弧使得电站存在火灾隐患， 因此光伏电站的特殊性要求前期设计时对于电气设备选型、线缆选型等设计工作需要重点考虑其直流性、阻燃性。在遵守各种设计规范的前提下，合理设备选型并充分考虑光伏发电的特殊性是消除电站火灾隐患的关键。
4）根据项目选择地点的不同类型，合理设计光伏电站。如下图所示：
3. 光伏电站施工建设阶段
光伏电站建设过程中涉及的作业面较广，施工人员较多，故在施工建设阶段必须严格控制施工质量，规范化施工，并建立完善的工程监管制度和管理体系，以便减少及规避由于人为因素造成的光伏电站的安全隐患。
1）选择经验丰富的施工建设及监理单位；
2）业主与监理联合监督施工建设；
3）严格审核施工建设中人、材、机的配置是否满足施工质量要求；
4）严格控制建设施工质量，规范化及精细化施工。保证光伏电站各环节的严格正确且规范化施工是光伏电站安全运行的关键保障。

1）规范光伏电站的运营和维护流程，建立定期巡检制度并明确巡检目的。
光伏电站运行过程中由于各种因素带来的设备故障都不可避免的造成光伏电站的各种安全隐患。因此实行光伏电站全面运维管理，规范光伏电站的日常维护流程，是光伏电站必不可少的关键环节。
① 定期进行组件清洗
② 去除植被遮挡
③ 巡检光伏电站设备老化，支架腐蚀、线缆脱落以及组件损坏等情况。
④ 加强安防监控措施，减少人为偷盗

2）建立智能化运维管理平台，7x24小时运行状态实时监测，运用大数据运维管理分析系统，通过综合统计分析直观展现电站发电量及运行状态，多维对比各电站核心数据指标，实时掌握已建电站整体运行水平。
3）设立专业运维队伍，要求专业运维人员持证上岗，定期对专业技术人员和电站操作人员进行培训，提高运维人员专业素质和技能，避免运维过程中由于人员误操作造成的安全隐患。
除在电站前期考察，设计，建设及运维阶段采取的以上措施来预防并规避光伏电站安全风险外，还可在电站建设期及电站运营期为光伏电站购买多种保险，如建筑/安装工程一切险，财产一切险等来降低光伏电站各种安全风险带来的损失。
三、总结
随着光伏行业日益蓬勃的发展，光伏电站已向大众揭开其神秘的面纱。越来越多的目光已投入到光伏电站的实际效益以及长期安全运行上，深入了解光伏电站安全风险因素并采取有效措施进行预防与规避，确保光伏电站高效优质安全无碍的运行，是光伏行业内一项不可避免且亟待解决的实际问题。相信随着光伏行业的飞速发展，越来越多的行业规范将会不断出台，行业经验也会加速积累，所以高效安全智能的光伏电站也将在不久的未来触手可得。 

作者：英利光伏电力投资集团总工程师 冯金和