太阳能是取之不尽，用之不竭的绿色环保资源。而太阳能屋顶又是住宅建筑中接受阳光最重要的部分。近年来，已有越来越多的家庭和企业安装屋顶光伏。数据显示，2019年全球屋顶太阳能的市场规模已高达624亿美元，预计从2020年到2025年还将以6.9%的复合年增长率增长。

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屋顶光伏之“殇”

屋顶光伏的市场逐年扩大，不少人跃跃欲试。但另一方面，屋顶光伏的安全性则有些让人望而退却。一个可怕的事实是：屋顶光伏的着火率远大于地面电站。根据清洁能源协会（CEA）在全球范围内进行的数百次商业规模屋顶检查样本，超过90%的屋顶存在着重大安全和火灾风险。分布式发电应用场景，有着更多的不确定性。而火灾一直是光伏电站经济效益损失最大的事故。

世界上每年都有不少起屋顶光伏起火事件。2015年5月，苹果公司一直引以为傲的位于亚利桑那Mesa的工厂屋顶突然起火，起火点是大楼屋顶的光伏组件。2017年7月27日，中国台北位于公馆的自来水园发生屋顶太阳能板着火，共烧毁了35片组件，损失约新台币300万元。也不止是工厂，2018年中国还曾发生过一小学屋顶的光伏电板起火的事件。此外，在2019年，沃尔玛甚至将特斯拉告上法庭，原因是其已经在超过240家门店的屋顶安装和运营特斯拉太阳能系统，但已有至少七家门店的太阳能电池板发生火灾。

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屋顶光伏为何火灾不断？

光伏的起火的原因很复杂，这里主要归纳了几种常见的原因。

一是高压直流拉弧所致。简单计算，一个1mw的屋顶分布式光伏屋顶面积大约为7000～10000平方米，大约有8000余个高压直流接头，也就是说，平均每平方米就有一个高压直流接头。直流接头的拉弧引发电弧火灾的概率尽管很低，但基数很大的前提下，火灾概率则大大增加了。

二是锋利边缘上的电线问题。由于电缆的膨胀和收缩非常容易受到屋顶震动的影响，因此尖锐边缘上的电线会更快地退化。如果不及时检查进行补救，就很容易造成接地故障，进而诱发潜在的火灾风险。

三是安装了不匹配或制造不当的连接器。屋顶太阳能组件通常安装在18~20个串联的模块中，最终连接到逆变器。这些字符串中上一个模块到下一个模块的距离是标准的，因此它们的线束连接通常由工厂制造，但串末端到逆变器之间的距离则不固定，往往需要“现场制造”，直接在现场组装。但这些在现场制作的硬件如果与管住上的模块连接器不同，或者没有按照制造商的规范进行组装和安装，则极易形成热点，最终导致火灾。

四是光伏系统的隐裂风险。传统有机背板材料的光伏板和每路通过数十个光伏板叠加成的高压直流发电系统，往往有大量的高压直流线缆和街头直接裸露于屋顶之上，导线的划痕将大大增加火灾的概率。此外，太阳能电池板的晶硅电池片由于自身晶体结构的特性，也很容易破裂。


五是热斑效应。在遮挡之下，热斑导致组件局部温度急剧上升，造成安全隐患，引发火灾事故。此前，美国联邦调查局就呼吁定期对光伏屋顶进行红外成像，因为红外成像可以探测到这些情况。


组件热斑

不难发现，除了光伏电板本身可能存在的技术缺陷，不少火灾的诱因都带有一些人的因素。未能及时识别和解决火灾风险是以上问题共通的特点。行业从业者的培训不到位是一方面，随着商用屋顶光伏的快速发展，大量的工作岗位也随之增长，但从业者的培训往往存在着大大小小的问题，进而导致安装出错。此外，由于光伏的运营与维护需要运维公司和系统最终所有者进行协商，这中间也存在着一定的纰漏，年度或两年一次的检查往往得不到很好的保证：运维检查员可以选择运行系统性能测试而不执行相对花时间的逐行检查，而后者往往可以发现上面提及的电线划痕和不匹配的接头等问题。

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屋顶光伏火灾如何识别和避免？

虽然各种屋顶光伏着火的新闻令人触目惊心，但好在这些都能并且容易避免。即使检查现有设施的火灾风险并尽快解决这些问题永远是最有效的方式。

首先，我们需要切断现场电源。寻求专业人员的帮助，遵循正确的断电程序，确保系统处于安全的系统关闭状态。

然后我们需要进行深入的目视检查和系统关闭测试。目视检查主要是查看连接器是否匹配或制造不当，电线是否靠近或者悬挂在尖锐边缘附近，以及逆变器端接是否良好。系统关闭测试则应包括直流绝缘电阻测试（DC IRT）和连续性测试，需要检查交流电缆上的电流泄露并确保组件正确接地。

最后进行系统开启检查。在解决好目视检查和系统关闭测试中发现的安全问题后，我们需要重新给现场通电，并对部件（逆变器、现场制造的连接器、工厂制造的连接器、负载中心、汇流箱、中央和串式逆变器等）进行系统热成像，确认逆变器无故障、监控功能已连接并正常运行。

当然，以上这些措施都需要一个合格的运维检查员。寻求合格的检查员和安装员，确保定期的维护和检查，才能将光伏屋顶的火灾概率降至最小。


近日，马来西亚普特拉大学的研究人员也对屋顶光伏提出了一些消防安全建议，呼吁太阳能安装人员在作业时遵循这些措施。

研究人员指出，不正确的安装做法是导致PV火灾危险的常见因素。造成这种情况无非是安装人员缺乏经验或者耍滑头，但无论哪一种原因，都暴露出了安装人员对于消防安全知识的匮乏。

屋顶光伏防火应该注意的问题共涉及十个方面：光伏系统是否由合格承包商设计；现场调查，包括尺寸、阴影管理、通道、倾斜、方向和位置；屋顶结构和材料；所有光伏设备的标记系统，包括光伏输入和输出、导管、电缆、逆变器、外壳、组合器、箱体和隔离开关；屋顶防水和防水；电气布线和接地系统；阵列安装、通风和光伏板；汇流箱和连接器；DC/AC逆变器；以及直流隔离器和其他保护装置。

在这些安全措施中，研究人员强调了现场评估的重要性。这一举措能够有效避免阴影效应，并确定光伏系统输出的最佳方向。同时，确保光伏组件周围有着良好的通风条件也是有效的安全手段，这些都能够很好地防止热斑现象的出现。此外，还需注意防止水渗入直流隔离器的外壳。

 原标题：屋顶光伏防火指南