如大多数电力基础设施一样,光伏设备会在高热和火焰条件下燃烧,造成的后果可能灾难性的。火灾还会对光伏电池造成不可见的系统性损害,在视觉评估过程中往往容易被忽视。
光伏电站的火灾损失
当大火袭击光伏电站后会发生什么
有些损害是显而易见的。例如:烧焦的背板、扭曲的跟踪器扭矩管、金属结构的脆化或熔化以及破裂的逆变器外壳、接线盒和连接器电缆。检查光伏组件时,还可能会发现浑浊的小气泡和变为褐色的光伏电池。这些迹象表明,极高的温度引发了材料组件的脱层和过早退化。
此外还有一些肉眼看不到的损失。如果光伏组件中的光伏电池经受高热,比如从太阳能电池阵列附近快速移动的刷状火焰,热应力会造成严重的损害。由此产生电池的水平裂纹、微裂纹、划痕和热斑无法通过肉眼目测检测到。随着时间的推移,受损的电池会降低能量产出,并产生引发安全问题的热斑。
电致发光成像是识别火灾对光伏电池潜在损害的最佳方法。从技术上讲,电致发光与发光二极管的原理相同。电流注入光伏电池组件,载流子的辐射复合导致光发射,电致发光图像捕获正向偏置光。组件的一个区域发出的光量与该区域的电压成比例,因此非活动区域在电致发光图像上看起来是暗的。简单来说,拍摄光伏组件的电致发光图像就像拍骨折的x光片。图像揭示了高温引起的裂纹、微裂纹、划痕和热点的准确位置和严重程度。
一个电致发光图像显示了一个光伏组件中的火损伤,在肉眼看来是正常的。光伏组件包含微裂纹、热斑和不活跃区域,这些区域并不明显。
热斑对光伏电站有什么危害?
火灾后造成的热斑同样也可能作为引发光伏电站的罪魁祸首,形成恶性循环。
此前,2018年3-5月沃尔玛连续发生的三起屋顶光伏电站起火便是由于热效应集中引发。
特斯拉公司在对沃尔玛的屋顶运维中发现了隐裂,隐裂本来就会造成热斑了,特斯拉竟然还在热斑处用胶带做了标记,对该处的阳光造成更大的遮挡。
而一年中,发电量最高的季节就是在春夏之交,阳光充沛的同时环境温度低,因而光伏阵列的电流是最大的。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。
谨防泥带遮挡
人为原因引发的遮挡毕竟是少数,日常运维过程中最常见且难以根除的便是泥带遮挡。泥带遮挡下的屋顶电站,其红外照片显示的热斑效应,比隐裂更严重,因为其面积更大,而且由于组件安装水平方向的倾斜会造成泥带在组件下沿的一边更宽,在组件下沿的一个角积聚的泥带更多,遮挡更严重,该部位在红外照片中尤其明亮:
边框泥带,如果由于热斑而造成火灾,其后果远比损失一些发电量要严重几万倍,因为烧掉的将是整个房屋或园区,尤其应该予以重视。
排水除泥器特别针对顽固的边框泥带而设计,让边框不积泥水的愿望成了现实,让低倾角的(视频)工商业屋顶光伏电站彻底告别泥带和积水。