新十年伊始再谈组件级快速关断

原创 testpv 全球光伏

【前言】屋顶分布式光伏在中国、美国、澳洲、欧洲、日本都是重要的光伏应用细分。作为离人类活动区最近的应用，如何保证相邻的人身安全，如何防范光伏设施的火灾风险，如何保证非专业人员第一时间识别并切断风险，成为各国广泛关注的问题。

然而美、澳、欧洲、日本都已将光伏设施的组件级快速关断列为强制要求，作为户用光伏大国的中国在这个领域仍未重视，安全标准远远落后于产品制造和市场推广。目前，仅有安徽省公安消防总队归口的地方标准提出规范化要求。尽管浙江制造及嘉兴也推出了团体标准，但并未对组件级快速关断提强制性要求，仅表述为“宜具备”、“宜具备”。

尽管在国内已有不少屋顶光伏的火灾案例，但目前还没有参照标准要求的“组件级快速关断”设计、应用案例，也尚未见报道安徽省对标准执行的检查案例。

本文从美国NEC法规实施的要求介绍满足NEC法规的屋顶光伏设施要求，为国内屋顶分布式光伏的设计、施工、验收等提供参考学习资料。

1. 2017版NEC - 《美国国家电气法规》

自2019年1月1日起，2017NEC - 《美国国家电气法规》第690.12（b）（2）节中关于“光伏阵列内光伏快速关断的要求”已在美国30个州正式生效，其他大多数州也都在陆续采用新规则。2017 NEC要求所有建筑物上的光伏设施均具有在紧急情况下实现组件级快速关断的能力。

该规则适用于任何安装在建筑物上的光伏设施，但不包括不属于建筑物附近的太阳能车棚、避难所、凉亭等。

2. 满足2017 NEC法规的具体要求

满足2017 NEC法规的具体要求需要做到以下几点：

- 安装“Listed- 列名的”或带有现场标签的快速关机系统

“Listed”是指经过第三方认证机构列名。美国国家电气法规规定使用“Listed”- 即包括CSA等任何国家认可的测试实验室认证列名的产品。

在2019年国际太阳能博览会上（SPI），许多逆变器和快速关机设备制造商都展示了SunSpec认证。SunSpec为快速关断过程中的不同设备之间的通信开发了重要的协议，但它不是认证机构。

通信协议认证并不满足NEC第690.12节中的操作方面或NEC列名要求。通信协议列出的额定值、标记和/或认证不能替代UL1741光伏快速关断认证（列名），仅看到SunSpec标签并不能告诉安装人员产品已通过NEC 2017认证可快速关断。

此外，在硬件安装符合NEC 2017要求后，还需要在该光伏系统安装位置，对快速关断系统进行明显的标识标示快速。

- 安装能够在30秒内将电压降至80 V的系统

30秒内电压降至80V是为了满足对人体接触的基本安全要求。目前国内标准或规范大多要求100V、120V等临界指标。微逆变器将高压直流电转换为低压安全的交流电，通常采用微型逆变器的光伏阵列一般都能视为本质上符合快速关机的要求。

但由于某些微型逆变器设计在电路的前端装有电容器，因此，除非检查人员实际执行电压测量，否则无法知道它是否低于80V极限。如果认证机构会能主动进行这些测试，以验证该微型逆变器示范可以满足80V阈值，要比在安装逆变器之后进行测试容易得多。

- BIPV系统比BAPV更容易满足NEC法规

从领跑者创新论坛第四届BIPV大会上了解大，BIPV系统一般都把光伏产品作为建筑构件的一部分进行设计，通常没有金属部件和裸露的导体，且不在接地金属的8英尺之内，如太阳能瓦。BIPV产品由于需要符合建材规范，因而系统与接地和导电部件隔离，最容易满足NEC法规的要求。

3. 持续完善的光伏危害控制系统

目前行业正在为2020版 NEC讨论修订，是快速关断的未来要求：根据UL 3741，阵列安装应列为光伏危害控制系统。

对于正在讨论中的新要求，主要观点集中在“关断速度该多快？实际该关断什么部位？是否完全关断？”。

要检查30秒钟内阵列是否降至80 V或更低，检查人员必须登上屋顶并将电压表插入连接器测试。这对于民用建筑上的光伏设施运维及检查是不合理的。

当前，组串式逆变器仍需要安装“列名”的附件才能实现快速关机，这可以通过将快速关断的变送器或启动器安装到逆变器中实现。该变送器与连接到阵列的传感器配对，在火灾发生时，由第一响应器在逆变器上启动快速停机开关或断路器，则变送器会连接阵列上的传感器并关断电路。

随着对光伏危害控制的要求日益严格，快速关断功能将全面集成到太阳能系统中，而不是像当前的标准那样允许使用经过快速关断认证的不同零件。预计在2020 NEC会提出为PV危害控制系统专门设计、评估、测试和认证。

4. 快速关断装置

通常，光伏设施或消防系统的检查员不太可能会对光伏阵列进行测试以确保快速关断系统能够正常工作。对于他们来说，翻转开关装置或断路器以启动快速关机很容易。

MLPE组件级电力电子技术是实现组件级关断的主要方式，应用产品包括微型逆变器、功率优化器及智控关断器。微型逆变器的使用可以从根本上消除光伏系统存在的直流高压，而功率优化器及智控关断器具有组件级关断功能。

在紧急情况下，安装有功率优化器或智控关断器的光伏系统，能切断每块组件之间的连接，消除阵列中存在的直流高压，实现组件级别的快速关断。不少企业已经能够提供组件级快速关断装置，如有快速关断功能的接线盒。

一直在与行业以及其他利益相关者（如急救人员社区）一起开发这些需求，以使那些在执行其至关重要的系统时必须与这些系统进行交互的急救人员提高这种信心。我们有责任保护社会，人民和财产安全，我们希望使它们尽可能安全。”

【结语】

工商业屋顶光伏的平价上网已经完全实现，TestPV在《☞☞2020年142GW全球光伏市场》一文中预期中国将有12-15GW的工商业光伏。当光伏被普及成为一种日常屋顶设施后，潜在的安全风险就更有可能暴露出来。我们一方面要积极推动行业尽快建立更普及的强制性安全标准，另一方面也要从意识上对设计规范、施工和验收提出要求，确保财产和人身安全得到保证。