无论是想节省电费还是降低碳足迹,安装屋顶太阳能板都是有效解决方案,可光电转换过程伴随热能与电能,若装置不良、系统发生问题重则带来火灾风险,其中太阳能逆变器、连接器与接线盒可以说是必须注意的防火重点。
屋顶太阳能市场愈来愈热门,市调机构 Industry ARC 最新报告指出,2019 年全球屋顶太阳能市场规模高达 624 亿美元,预计 2020~2025 年复合年增长率(CAGR)更达 6.9%。安装太阳能可有效降低住户用电,好比澳洲或是德国,在高电价环境下能以太阳能 + 储能搭配减少账单支出,另一方面受气候变迁影响,社会逐渐重视碳足迹与节能减碳,再生能源比例逐渐攀升。
可是由于不当安装、激烈市场竞争、运转维护商(O&M)与用户的协议复杂,根据 Clean Energy Associates(CEA)在全球检查数百次商业屋顶太阳能,显示有超过 90% 屋顶都存在重大安全和火灾风险。
以重要性来说,太阳能板下的东西价值远远高于模组,设备问题轻则故障、无法使用,重则引起祝融之灾,带来的是包括高昂损失、业务中断、商店关闭、资料中心中断等生命财产损失。
而常见的火灾风险,主要是电线划痕、逆变器端连接不良、连接器不相容或品质不良。德国莱茵 TÜV 先前统计也指出,太阳能系统火灾成因前三大为 25% 逆变器、24% 连接器、19% 接线盒,接下来则是模组、转换器、直流交流转换器、电缆与保险丝。
逆变器主要是将太阳能板发出的直流电转换成交流电,内部有着误差放大器、调节器、振荡器、低压及短路保护回路等各种装置,可能会因为电源中突波造成短路、外在高温环境破坏内部电路等等原因造成电路板或电线绝缘不佳而短路,又因电源线到逆变器都是直流电,危险性也较高。
另一大太阳能风险则是连接器,太阳能案场需要使用大量连接器,每个接线盒需要配对一对连接器,也吸引许多连接器厂商进场,但若无按照制造厂商规格安装,安装不同厂商的连接器,或是其实仿冒、品质不佳设备,就容易引起火灾。
目前针对太阳能火灾规范,美国国家电工法规(NEC)也已要求逆变器具备快速关断功能,将电压迅速降到 30 伏或更低,以便安装人员、维修人员和消防员能在关断后快速处理系统;中国则是将快速关断纳入建筑装置协会标准《光电建筑技术应用规程》,德国则率先执行 VDE 防火安全标准,规范逆变器与模组之间需要增加直流电切断装置。
工研院产科国际所产业分析师陈怡静指出,未来逆变器可能多具备快速关断、电弧故障和接地故障保护功能,且随着太阳能模组规格相对应增加,将来对逆变器的要求也会愈来愈高。
太阳能系统安装人员也身具重责大任,近年来因为太阳能产业迅速扩张,相关工作机会如雨后春笋般冒出,可能会出现培训不完整或不一致情形,以美国来说,过去十年来太阳能相关工作机会成长速度是整体的五倍之多。
不过若要防止太阳能火灾,若无固定进行完善的监控维修的话,先前的努力都会白费掉。
太阳能板若遭火灾烧损,经日光、火光照射还是可能会产生电压电流,因此若发生太阳能火灾事故,除了通知台电及太阳能发电业者、厂商前往处理并断电。现场人员或消防队到达时,也要与厂商确认太阳能输电线路与变流器间配电是否尚有电力存在,不能自行贸然用水灭火,或直接进入抢救,容易产生触电危险。
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- 太阳能发电火灾案例研析
(首图来源:Flickr/Bernd Sieker CC BY-SA 2.0)