组串式与集中式光伏电站安全对比
当今社会传统能源面临枯竭，人类生态环境日益恶化，太阳能光伏发电以资源丰富、清洁、不受资源分布地域的限制等优点成为人们关注的焦点。近几年我国光伏产业迅猛发展，现今国内光伏累计装机容量已超过28GW，并以每年大于10GW的速度增长。光伏电站建站越来越多，如何提高电站的安全性，如何将各种安全隐患防范于未然，也已成为电站业主们首要
图12 光伏熔断器熔体结构
从光伏熔断器熔体结构上可以看出，熔断器狭径非常细，对制造工艺要求很高，普通厂家很难控制好熔断器的质量。由于生产工艺的局限，可能造成生产的熔断器额定电流出现一定的偏移，若不能够在规定的电流和时间下及时熔断，更会加剧电池板的损坏，带来火灾风险。所以，从电站安全的角度出发，为了保护组件，不仅需要增加熔断器，还需要使用带防反二极管的直流汇流箱。2.3.3 熔断器在过载电流情况下，熔断慢，发热高，易引发着火
熔断器的保护原理是利用金属的热熔特性，这一特性决定了熔断器的熔断时间与过电流的大小呈反时限的关系，电流越大，其熔断时间越短，电流越小，其熔断时间越长。熔断器主要还是用在短路的保护上，而对于过载，熔断器的保护效果将大打折扣，甚至带来负面影响。因为在过载情况下，尤其是小电流过载，熔断器的熔断将变得很慢，在这种“将断未断”情况下，熔断器将处于一个非常高温的热平衡状态。
图13 熔断器的熔断时间和电流特性曲线
光伏熔断器的熔体主要是银，银的熔点高达961℃，为了使熔断器在较低温度时也能够熔断，在银上增加了一个焊锡点，该焊锡的熔点一般在260℃以上。熔断器的熔断过程是当温度达到熔断器的熔点时，熔断器开始熔化并继续吸收热量进一步熔化变成液态，随后熔断器温度进一步升高直到汽化，熔断器汽化形成断点，开始产生拉弧，拉弧拉到一定距离后熄灭，熔断器熔断。所以在“将断未断”情况下，熔断器的温度可能高达500℃。这么高的温度将破坏线缆和熔断器盒的绝缘，最终引发着火事故。
图14 熔断器发热使熔断器盒烧毁
另外，部分熔断器在熔断时会出现喷弧现象，电弧温度非常高，会使相邻的塑料元件、线缆绝缘等着火。
图15 熔断器熔断时喷弧烧毁相邻元件
小结：集中式方案因使用熔断器增加了直流节点，现场可能发生接线不良而引发的烧毁事故；集中式方案使用熔断器保护组件，但因熔断器和组件之间存在匹配空挡，并不能有效地保护组件；而且在过载电流情况下，熔断器还会因熔断慢，发热高，容易引发着火风险，
成为光伏电站安全的重大隐患。国内部分组串式厂家因为采用超过两路组串并联设计，必须外置熔丝保护，因此也存在着熔断器的安全和维护问题。
而主流组串式方案，采用无熔丝的设计方案，不仅从源头解决了组件和线缆的保护问题，而且彻底杜绝了熔断器安全隐患。
2.4 集中式交流断路器代替直流断路器使用风险分析
在前文已经分析了高压直流灭弧难的问题，所以1000Vdc的直流断路器在设计上存在一定的难度，目前市场也只有少数厂家能够生产，使得直流断路器的价格也高出交流断路器近2倍。近几年，光伏行业走过了初期的美好发展，进入了“价格战”的阶段，部分厂家为了降低成本，直接将交流断路器代替直流断路器使用，但未对灭弧系统进行有效变更设计。当出现故障时，交流断路器无法将高压直流电弧熄灭，将引发着火事故。
图16 在直流故障时交流断路器的灭弧室被烧穿
小结：集中式方案若直接使用交流断路器代替直流断路器使用，存在着火风险。而组串式变直流输电为交流输电，本身设计选用的就是成熟可靠的交流断路器，风险较低。
作者：孙庆 来源：太阳能发电网 责任编辑：wutongyufg
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