An toàn cho hệ thống Pin mặt trời – Rủi ro bằng không

GIỚI THIỆU

Đầu tiên phải nhận ra rằng các hệ thống Điện mặt trời truyền thống vốn đã an toàn. Dưới đây là một số các sự thật:

Một nghiên cứu của Fraunhofer ISE báo cáo rằng ít hơn 0,006% tất cả các dàn PV gây ra hỏa hoạn (Tiến sĩ Wirth, H., 2018). Theo một thống kê chính thức của đội cứu hỏa Đức, có khoảng 190.000 vụ cháy mỗi năm. Một nghiên cứu của TÜV báo cáo rằng 210 hệ thống PV là nguyên nhân gây ra hỏa hoạn ở Đức. Điều này có nghĩa là hơn 99,9% các vụ hỏa hoạn ở Đức có nguồn gốc khác với các hệ thống PV. Nguy cơ hỏa hoạn do một hệ thống Điện mặt trời (PV) là không đáng kể .

Tại sao các hệ thống điện mặt trời này rất an toàn? Kể từ khi hệ thống điện mặt trời được giới thiệu vào khoảng năm 1990, một số biện pháp đã được đưa ra để tăng tính an toàn cháy nổ của hệ thống:

PHÒNG CHỐNG HỎA HOẠN

Mỗi ngày, hơn 400GW công suất hệ điện mặt trời được lắp đặt trên toàn thế giới. Các hệ điện này đều được chứng minh là an toàn. Mặc dù thực tế vẫn còn những tin đồn về lo ngại an toàn điện được lan truyền rộng rãi. Đó là Những người lính cứu hỏa không thể dập tắt đám cháy trong những ngôi nhà có lắp đặt hệ thống điện mặt trời. Điều này đã trở thành một thông điệp sai lầm. Hệ thống Điện mặt trời (PV) rất an toàn, và có nhiều nguyên nhân lý giải cho việc này. Bài viết này cho biết những lý do đó là gì và làm thế nào để ngăn chặn hỏa hoạn và phải làm gì trong trường hợp hỏa hoạn.

Các viện tiêu chuẩn kỹ thuật lớn như TÜV và Fraunhofer báo cáo rằng có ít hơn 0,006 phần trăm của tất cả các hệ điện mặt trời gây ra hỏa hoạn (Tiến sĩ Wirth, H., 2018). Thống kê của Cơ quan cứu hỏa Đức và TÜV dẫn đến kết luận rằng hầu hết các đám cháy (> 99,9%) có nguồn gốc nguyên nhân khác . Theo Viện tiêu chuẩn TÜV Rheinland, các hệ thống điện mặt không gây ra các rủi ro về sức khỏe, an toàn hoặc môi trường trong điều kiện hoạt động bình thường nếu được lắp đặt và bảo trì đúng cách bởi các nhân viên được đào tạo theo yêu cầu của tiêu chuẩn điện (Sepanski et al., 2015). Các nghiên cứu trên cho thấy các hệ thống Điện mặt trời truyền thống là an toàn. TÜV Rheinland thậm chí đã đi đến kết luận như sau: “Tính khách quan hơn trong lý luận đã khiến các sở cứu hỏa tránh xa nhu cầu tắt máy với lý do rằng về mặt lý thuyết, bất kỳ thiết bị cắt nào cũng có thể bị lỗi (trang 240) (Sepanski et al., 2015).

Trên hết, các hiệp hội cứu hỏa nhận thức rõ rằng theo tiêu chuẩn DIN VDE 0132, khoảng cách dập tắt được đề nghị là 5 m ở mức phun đầy đủ và 1 m với mức phun sương. Dựa trên những khoảng cách này không có dòng rò nguy hiểm xảy ra (DGUV, 2008). (Sepanski và cộng sự, 2015).

Phương pháp cải thiện độ an toàn của Hệ điện mặt trời

Để tìm các biện pháp cải thiện an toàn cháy nổ hơn nữa, nguyên nhân sâu xa của các sự cố cháy đã được phân tích. Nghiên cứu của TÜV đã xác định các khía cạnh sau:

  1. Lỗi cài đặt: kết nối kém của đầu nối DC, đầu nối bị uốn không đủ, thiếu biến dạng v.v …
  2. Lỗi sản phẩm: liên quan đến lỗi của mô-đun và bộ biến tần
  3. Ảnh hưởng bên ngoài: động vật cắn, sấm sét, vv
  4. Thất bại trong khâu lên kế hoạch : lắp đặt cơ và điện sai
Phân tích nguyên nhân gốc rễ hỏa hoạn của hệ Điện mặt trời

CÁC VÍ DỤ CHO VIỆC KẾT NỐI KÉM CỦA CÁC ĐẦU NỐI DC

Cross connector : Tiếp xúc được chứng minh là rất chặt chẽ khi các đầu nối từ cùng một nhà sản xuất được sử dụng. Đây là trường hợp cho các tiếp xúc trực tiếp từ mô-đun đến mô-đun. Chúng rất chặt chẽ và có sự an toàn suốt đời như các thử nghiệm thực tế đã được chứng minh. Liên quan đến các đầu nối chéo, ngay cả khi được kết nối tốt tại thời điểm lắp đặt, không thể giả định và cho rằng các cặp đầu nối từ các nhà sản xuất khác nhau sẽ có tuổi thọ 25 năm (trang 63) (Sepanski và cộng sự, 2015).

Theo nghiên cứu của Đại học Bern, 48% người lắp đặt báo cáo rằng họ đã sử dụng đầu nối chéo (Muntwyler et al., 2016). Tại sao điều này xảy ra: trong các tình huống tiêu chuẩn, các mô-đun và dù các đầu nối từ cùng một nhà sản xuất được sử dụng, tuy nhiên, khi lắp thêm mô-đun điện tử, khả năng của đầu nối chéo tăng lên đáng kể.

Crimped connector: Đầu nối uốn đôi khi được sử dụng thay thế cho đầu nối chéo. Tuy nhiên, những đầu nối này cũng có thể nóng lên nếu không được uốn chuyên nghiệp. Một số nhà cung cấp đề xuất giới thiệu các phép đo nhiệt ở cấp độ tấm pin để tắt hệ thống trong trường hợp khẩn cấp, nhưng những việc này không đáng tin cậy, ví dụ: khi các đầu nối bị uốn. Phần uốn mỏng hơn của kết nối làm tăng nhiệt điện trở.C

Tóm lại, báo cáo TÜV xác định rằng nguồn chính của các lỗi là do “yếu tố con người”. Do đó, các biện pháp cải tiến được đề xuất chủ yếu nằm trong lĩnh vực đảm bảo chất lượng liên quan đến các thành phần cũng như quy hoạch và lắp đặt các hệ thống. Kiểm tra thường xuyên của các bên thứ ba độc lập được coi là rất hữu ích; tuy nhiên, chi phí tài chính phải hợp lý với doanh thu từ hệ thống. Các thành phần an toàn bổ sung có thể làm giảm thêm rủi ro. Nhưng trong nghiên cứu TÜV chỉ xếp hạng ở vị trí thứ hai, đứng sau việc lên kế hoạch chuyên nghiệp và lắp đặt các hệ thống với các thành phần thiết bị chất lượng cao.

Để tăng cường hơn nữa mức độ an toàn, trọng tâm phải tập trung vào các nguồn gốc nguyên nhân quan trọng nhất gây ra lỗi trong các dàn PV:

  • Lỗi kết nối
  • Lỗi sản phẩm
  • Nhân sự được đào tạo và đạt chuẩn

Yêu cầu thiết bị đóng cắt cấp mô-đun bắt buộc, ngược lại lại làm tăng số lượng đầu nối DC và tổng số linh kiện điện tử trong hệ thống PV và do đó làm tăng nguy cơ hỏa hoạn.

Ví dụ : dàn 10 kWp ( 40 mô-đun 250 Wp)

Với việc có thêm thiết bị đóng cắt cấp độ mô-đun, số lượng đầu nối DC sẽ tăng gấp đôi và tăng đáng kể số lượng linh kiện điện, điều này cũng làm tăng nguy cơ hỏng hóc trong toàn bộ hệ thống PV

Kết luận : Để tăng cường hơn nữa mức độ an toàn, cần tập trung vào các nguồn gốc nguyên nhân quan trọng nhất đối với các lỗi trong các hệ thống điện mặt trời: Lỗi kết nối, tiếp xúc & Lỗi sản phẩm. Tăng chất lượng và xác định các tiêu chuẩn kiểm tra là chìa khóa để giảm lỗ hổng, tăng sự an toàn. Thiết bị đóng cắt cấp mô-đun khác làm tăng nguy cơ hỏa hoạn của hệ thống PV và do đó không nên bắt buộc phải phòng cháy.

3. CHỮA CHÁY

Trong trường hợp hỏa hoạn bên trong nhà, đội cứu hỏa có thể cần phải tạo một lỗ trên mái nhà để khói có thể thoát ra khỏi nhà. Có nhiều hướng dẫn từ hiệp hội cứu hỏa chỉ cách làm cho hệ thống PV an toàn cho lính cứu hỏa trong trường hợp khẩn cấp.

Tuy nhiên, vẫn có một số người dùng trên thị trường yêu cầu đóng cắt cấp mô-đun mặc dù chương trên đã chỉ ra rằng nguy cơ hỏa hoạn tăng lên bởi thêm linh kiện điện tử và đầu nối vào mái nhà. Theo họ, thiết bị đóng cắt cấp mô-đun sẽ cần đến nếu phải tháo mô-đun PV và cắt dây DC trong trường hợp khẩn cấp.

Nhưng liệu có đủ thời gian để lính cứu hỏa loại bỏ những thứ này trong trường hợp hỏa hoạn? Không, lính cứu hỏa sẽ không hoạt động trên mái nhà đang cháy và loại bỏ các mô-đun PV!

Một báo cáo TÜV cho biết: “Thông thường các thành phần an toàn như cầu chì và công tắc được tích hợp trong phần DC của hệ thống PV. Trong trường hợp đặc thù, phải luôn luôn kiểm tra xem biện pháp này có thực sự cần thiết hay không. (trang 204) (Sepanski et al., 2015)

Ngoài ra, các hiệp hội cứu hỏa cũng như các chuyên gia khác, ví dụ: từ TÜV Rheinland và Fraunhofer ISE đã đi đến kết luận rằng một số biện pháp khác đảm bảo an toàn cho lính cứu hỏa trong trường hợp khẩn cấp.

A) Cân nhắc các trường hợp khẩn cấp khi lên kế hoạch lắp đặt

Quy tắc lắp đặt hệ điện mặt trời cho một số loại mái được xác định bởi (DGS, 2011):

Mái Nghiêng

Hình 3.1 Tạo lối vào giàn trên một dải trống

Mái bằng mà không có bất kỳ tuyến đường vào như cửa sổ hoặc giếng trời

Hình 3.2 Tạo lối vào giàn cho mái bằng nhỏ hơn mà không thông qua dải trống ở phía dài hơn

Mái bằng lớn

Hình 3.3 Đối với lối vào mái lớn nên được cung cấp cho mỗi phần cháy (thường là 40m x 40m) xung quanh máy phát điện. Chiều rộng không được nhỏ hơn 1m

B) Tư liệu về hệ thống Điện mặt trời của Hiệp hội cứu hỏa

Tuân thủ khoảng cách chữa cháy được đề nghị là 5 m ở mức đầy đủ và 1 m với mức phun sương theo DIN VDE 0132, không có dòng rò nguy hiểm nào xảy ra cho nhân viên cứu hộ khi nước được sử dụng làm chất chữa cháy. (trang 131) (Sepanski et al., 2015)

Hình 3.4 đưa ra một ví dụ về bản đồ của hệ thống PV chứa thông tin quan trọng về vị trí của dây với điện áp, công tắc ngắt DC, v.v. theo khuyến nghị của hiệp hội cứu hỏa Đức (Feuerwehrverband, 2010). Những bản đồ này nên được đặt tại các hộp nối hoặc bảng phân phối điện.

C) Trong trường hợp hỏa hoạn, lính cứu hỏa dựa vào các quy tắc đã được xác định và khoảng cách an toàn

Tuân thủ khoảng cách dập tắt được đề nghị là 5 m ở mức đầy đủ và 1 m với mức phun sương theo DIN VDE 0132, không có dòng rò nguy hiểm nào xảy ra cho nhân viên cứu hộ khi nước được sử dụng làm chất chữa cháy. (trang 131) (Sepanski et al., 2015)

Hình 3.5 Phép đo dòng rò, dập tắt bằng bọt bằng chế độ phun (Sepanski et al., 2015)

Kết luận : Thí nghiệm đã chỉ ra rằng các hệ thống PV thông thường với công nghệ chuỗi là an toàn và có thể quản lý được trong trường hợp khẩn cấp. Lập kế hoạch lắp đặt hệ thống PV theo khía cạnh an toàn ngay từ đầu, tài liệu rõ ràng của hệ thống PV và nhân lực được đào tạo là chìa khóa để đảm bảo an toàn cho lính cứu hỏa.

4. TỔNG HỢP VÀ KẾT LUẬN

Tóm lại, báo cáo TÜV xác định rằng nguồn chính của các lỗi là do “yếu tố con người”. Do đó, các biện pháp cải tiến được đề xuất chủ yếu nằm trong lĩnh vực đảm bảo chất lượng liên quan đến các thành phần cũng như quy hoạch và lắp đặt các hệ thống. Kiểm tra thường xuyên của các bên thứ ba độc lập được coi là rất hữu ích. (trang 106) (Sepanski et al., 2015)

  • Thí nghiệm cho thấy, các hệ thống PV thông thường với công nghệ chuỗi là an toàn
  • Để tăng cường hơn nữa mức độ an toàn, cần tập trung vào các nguồn gốc nguyên nhân quan trọng nhất đối với các lỗi trong các dàn PV:

> Giảm số lượng linh kiện điện và tiếp xúc trong hệ thống của bạn (phòng cháy)

  • Thiết bị đóng cắt cấp mô-đun làm tăng nguy cơ hỏa hoạn của hệ thống PV và do đó không nên bắt buộc
  • Hệ thống PV có thể quản lý được trong trường hợp khẩn cấp

> Áp dụng các biện pháp mang tính xây dựng (phòng cháy và chữa cháy)

> Áp dụng các quy tắc đã được chứng minh về khoảng cách an toàn (chữa cháy)

Thiết bị điện tử cấp mô-đun có thể thêm các chức năng mới như Tối ưu hóa và Giám sát, tuy nhiên càng ít càng tốt.