曾 飛，劉仲義，董雙麗，劉書強(qiáng)，林志鴻，胡振球

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東 佛山 528333）

光伏系統(tǒng)的運(yùn)維是通過預(yù)防性、周期性的維護(hù)以及定期的設(shè)備設(shè)施檢測等手段，科學(xué)合理地對運(yùn)行壽命中的電站進(jìn)行管理，以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，保證投資者的收益回報(bào)，其中安全保障是運(yùn)維工作的基礎(chǔ)和關(guān)鍵［1-2］。近年來，隨著國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，分布式光伏系統(tǒng)正處于建設(shè)的熱潮中，光伏系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量問題、安全問題頻頻爆發(fā)，越來越多的光伏電站面臨運(yùn)維的難題，科學(xué)、可靠的光伏運(yùn)維方案也成了目前業(yè)內(nèi)研究的一個(gè)熱點(diǎn)［3-6］。諸如設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備質(zhì)量缺陷、施工不規(guī)范等問題不僅給光伏電站帶來發(fā)電量損失，也加大了運(yùn)維工作的難度，并且使運(yùn)維工作本身存在更大的安全風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)維過程中發(fā)生人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失的案例屢見不鮮。

1 運(yùn)維安全危險(xiǎn)源識別

在分布式光伏系統(tǒng)的運(yùn)維工作中，存在多種風(fēng)險(xiǎn)，本文按照不同的運(yùn)維工作過程，從光伏系統(tǒng)的正常運(yùn)行過程、巡視過程、組件清洗過程、檢修過程、極端天氣和突發(fā)情況下共5個(gè)不同的情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源識別。

1.1 正常運(yùn)行過程

如果光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理、施工規(guī)范、使用設(shè)備的質(zhì)量合格，在正常的運(yùn)行過程中安全風(fēng)險(xiǎn)比較小，但目前光伏系統(tǒng)建設(shè)的質(zhì)量良莠不齊，各個(gè)環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)問題，因此即便是正常運(yùn)行的光伏電站仍然有危險(xiǎn)發(fā)生的可能。

1）組件鋼化玻璃自爆。晶體硅光伏組件的正面一般使用鋼化玻璃，鋼化玻璃在貯存、運(yùn)輸、使用過程中無直接外力作用下可能發(fā)生自動(dòng)炸裂，即自爆現(xiàn)象，大部分鋼化玻璃產(chǎn)品的自爆率在0.3%～3%。光伏組件使用的鋼化玻璃在運(yùn)行中自爆會導(dǎo)致組件喪失機(jī)械完整性和密封性，水汽一旦侵入組件內(nèi)部，很容易造成組件漏電，自爆的組件遇到下雨或者潮濕天氣則更危險(xiǎn)，因此存在很大的安全隱患，必須更換。

2）組件的“熱斑效應(yīng)”及自燃現(xiàn)象。在一定的條件下，光伏組件中缺陷區(qū)域成為負(fù)載消耗其它區(qū)域所產(chǎn)生的能量，導(dǎo)致局部過熱，這種現(xiàn)象稱為“熱斑效應(yīng)”。高溫下嚴(yán)重的熱斑會導(dǎo)致電池局部燒毀、焊點(diǎn)熔化、柵線毀壞、封裝材料老化等永久性損壞，局部過熱還可能導(dǎo)致玻璃破裂、背板燒穿如圖1所示，甚至組件自燃、發(fā)生火災(zāi)，所以熱斑一直是電站運(yùn)維過程中最受關(guān)注的問題。

圖1 熱斑造成的損壞

組件的“熱斑效應(yīng)”是造成自燃的最重要原因，除此之外，雷擊、接線盒問題、連接器虛接也都有可能導(dǎo)致自燃，如圖2所示。

圖2 組件發(fā)生自燃的光伏系統(tǒng)

3）線纜的虛接、老化。線纜是光伏系統(tǒng)的重要組成部分，也是容易破損的材料，不規(guī)范的施工可能帶來很大的安全隱患。常見的問題出現(xiàn)在：組件、匯流箱、逆變器等電氣設(shè)備的電纜接頭連接不牢，虛接將導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行時(shí)接觸點(diǎn)的電阻很大、發(fā)熱異常，存在自燃危險(xiǎn)；電纜在施工過程中不慎扎破，如果破損部位與金屬部件接觸，將導(dǎo)致正極或者負(fù)極接地，造成人員觸電；組件的電纜未收納進(jìn)背板下或者未走線槽，直接在陽光下曝曬，使電纜表面絕緣材料很容易老化，絕緣等級降低；電纜泡在水中或者潮濕的環(huán)境下，絕緣等級也容易降低。施工造成的線纜質(zhì)量問題示例如圖3。

圖3 施工造成的線纜質(zhì)量問題

4）電氣設(shè)備進(jìn)水或者異物。室外使用的電氣設(shè)備必須具有良好的密封性和IP防護(hù)等級，但部分設(shè)備由于本身質(zhì)量不合格或者安裝方式不合理，容易進(jìn)入水汽或者異物。比如早年建設(shè)的極個(gè)別項(xiàng)目使用了無邊框的組件，邊緣的密封性極差，水汽直接進(jìn)入了組件內(nèi)部；部分彩鋼瓦屋頂?shù)碾娬緦R流箱沿著屋頂坡面安裝，下雨時(shí)水很容易進(jìn)入箱體內(nèi)；有些匯流箱甚至由于密封性不好，進(jìn)入青蛙等小動(dòng)物，如圖4所示。這些都很容易造成組件、匯流箱內(nèi)部短路。

圖4 進(jìn)水或者異物的設(shè)備

1.2 巡視過程

巡視是光伏電站運(yùn)維的重要工作，運(yùn)維人員在日常巡視的過程中，如果安全意識不強(qiáng)，不注意自我保護(hù)，也容易發(fā)生危險(xiǎn)。

1）登高。登高是分布式光伏系統(tǒng)運(yùn)維過程中經(jīng)常需要面臨的，很多屋頂電站需要通過爬梯到達(dá)電站現(xiàn)場，這些爬梯的高度往往超過2 m，即屬于高處作業(yè)，大部分爬梯都沒有按照高處作業(yè)的要求設(shè)置休息平臺，部分直爬梯甚至沒有任何護(hù)欄，運(yùn)維人員在上下爬梯時(shí)如果稍有不慎，容易失足墜落，安全隱患極大。

除了爬梯外，屋頂?shù)倪吘壥呛苋菀装l(fā)生墜落的地方。大部分水泥屋頂?shù)倪吘壎冀ㄓ信畠簤?，而彩鋼瓦屋頂則往往沒有，而且早期建設(shè)的很多彩鋼瓦屋頂電站都未在邊緣安裝防護(hù)欄桿，運(yùn)維人員在靠近邊緣行走時(shí)容易失足。為了增加裝機(jī)容量，部分項(xiàng)目在屋頂靠近邊緣的位置也安裝了組件、匯流箱等設(shè)備，在這些位置進(jìn)行巡視和臨邊作業(yè)時(shí)都具有很大的危險(xiǎn)，安全風(fēng)險(xiǎn)極大。此外，為了節(jié)省照明成本，很多彩鋼瓦屋頂都建有塑料采光帶，這些采光帶承重能力很弱，如果上面不設(shè)人行走的通道，又沒有醒目的警示標(biāo)識，人在屋頂行走時(shí)不慎踏在采光帶上，就可能發(fā)生墜落。

2）高溫及惡劣天氣導(dǎo)致身體不適。光伏電站的巡視工作經(jīng)常需要在陽光很強(qiáng)的天氣下進(jìn)行，運(yùn)維人員長時(shí)間在高溫工作環(huán)境下進(jìn)行高空、高強(qiáng)度的作業(yè)，一旦發(fā)生中暑或者其他身體不適，很難進(jìn)行有效救護(hù)。

3）環(huán)境惡劣的電站現(xiàn)場。部分分布式光伏系統(tǒng)建設(shè)在排放廢氣的廠房屋頂，為了保證光伏系統(tǒng)的安全性和發(fā)電量，在這種惡劣的現(xiàn)場又需要加大日常巡視的頻率，因此巡視時(shí)運(yùn)維人員要注意自身的防護(hù)，必要時(shí)應(yīng)佩戴防毒面具。有些在危險(xiǎn)場合建設(shè)的光伏系統(tǒng)還要警惕潛在的風(fēng)險(xiǎn)，比如廣東深圳某屋頂光伏系統(tǒng)，下面是一個(gè)木工房，逆變器、交流配電柜等電氣設(shè)備直接安裝在木工房內(nèi)，而這些設(shè)備的IP防護(hù)等級較低，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)的元件、線纜蒙上一層木屑，大大降低了爬電距離，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。

4）夜間巡視。夜間巡視時(shí)應(yīng)注意保證足夠的照明，特別是彩鋼瓦屋頂?shù)倪吘壓筒晒鈳Ц浇?，不慎可能墜落?/p>

1.3 組件清洗過程

灰塵遮擋是影響光伏電站發(fā)電量的重要因素，因此組件的清洗是日常運(yùn)維的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，但運(yùn)維人員往往容易忽視清洗過程中的觸電風(fēng)險(xiǎn)。破裂的組件、絕緣失效的電纜、密封性差的匯流箱等電氣設(shè)備都有可能在清洗過程中進(jìn)水漏電，使清洗人員觸電，彩鋼瓦屋頂?shù)穆╇娚踔量赡軐?dǎo)致整個(gè)屋頂導(dǎo)電，造成更嚴(yán)重的后果。此外，在組件表面溫度高的中午清洗還有可能因?yàn)闇囟燃眲∽兓斐山M件炸裂。

1.4 檢修過程

1）拉弧。在光伏電站的運(yùn)維過程中經(jīng)常需要對部分設(shè)備進(jìn)行檢修，部分破損的設(shè)備可能需要更換，在檢修和施工過程中對設(shè)備的不當(dāng)操作很容易導(dǎo)致意外的發(fā)生，最常見的風(fēng)險(xiǎn)是直流拉弧。由于直流電沒有自動(dòng)滅弧的功能，當(dāng)工作狀態(tài)的線路直接斷開時(shí)就容易拉弧，在組串式逆變器、直流匯流箱、組串的開關(guān)和連接線處都可能發(fā)生，一旦發(fā)生拉弧，輕者使接頭、熔斷器燒毀，重者甚至?xí)鸹馂?zāi)。不規(guī)范的施工也可能給運(yùn)維人員的檢修工作帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)，廣東南沙某光伏電站由于組串接入直流匯流箱時(shí)正負(fù)極接反，運(yùn)維人員在合閘后內(nèi)部發(fā)生短路并引起火災(zāi)，整個(gè)匯流箱燒毀。

2）觸電。在運(yùn)維的過程中很多情況下都可能發(fā)生觸電，無電工證的人員作業(yè)、帶電操作、未佩戴防護(hù)用具操作、設(shè)備漏電保護(hù)失效、線纜破損、環(huán)境濕度高等，都可能增大觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

1.5 極端天氣和突發(fā)情況

按自然因素和人為因素分，分布式光伏系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)可能遇到極端天氣和突發(fā)情況，都會給運(yùn)維工作帶來很大的危險(xiǎn)，一方面使施工質(zhì)量的良莠不齊的電站面臨很大的挑戰(zhàn)，另一方面也考驗(yàn)著運(yùn)維團(tuán)隊(duì)在災(zāi)前的防控能力和災(zāi)后的處理能力。

1）自然因素。臺風(fēng)、暴雨、冰雹、雷擊、地震等各種極端天氣和自然災(zāi)害會給光伏系統(tǒng)帶來很大沖擊，尤其是廣東、海南等地每年均遭受臺風(fēng)的侵襲，組件被卷走、支架被吹翻、方陣被水浸泡等事故屢見不鮮，有些抗風(fēng)等級不夠的屋頂甚至被吹塌。

2）人為因素。電站還可能遭受人為突發(fā)事件的影響，如佛山某地一個(gè)機(jī)械廠的屋頂電站，因?yàn)楣S的工人違規(guī)操作導(dǎo)致廠房突然發(fā)生爆炸，連累屋頂?shù)墓夥疥嚭途€纜、地面的逆變器受到大面積的嚴(yán)重?fù)p壞，由于光伏發(fā)電的特性，在白天無法人為切斷光生電壓，因此事后運(yùn)維人員的災(zāi)后處理存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)語

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行是運(yùn)維工作的關(guān)鍵，而運(yùn)維過程本身也存在著眾多容易被忽視的安全隱患，運(yùn)維人員在工作過程中經(jīng)常面臨人身財(cái)產(chǎn)安全受到傷害的風(fēng)險(xiǎn)。分布式光伏發(fā)電作為一個(gè)快速發(fā)展中的行業(yè)，在設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備質(zhì)量控制等各個(gè)環(huán)節(jié)都容易發(fā)生漏洞，運(yùn)維工作應(yīng)該多管齊下，加強(qiáng)管理，防患于未然，才能減少工作中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

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