如何为你的电站选择合适的快速关断——法规篇

时间:2022-04-12

随着全球能源结构转型的不断深入,以新能源为主体的新型电力系统覆盖越来越广泛,愈来愈多的建筑屋面上都安装了光伏系统,同时,随着欧洲能源危机再次爆发,可以预见,无论是户用系统、还是工商业电站,光伏装机量都将大规模增长,而与之相关的安全问题也一直备受行业关注。

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2010 年德国施韦林斯多夫地区居民 光伏屋顶发生火灾,2015 年苹果公司亚利桑那州光伏屋顶失火,2018 年 6 月特斯拉太阳能系统在加州雷德兰兹的亚马逊仓库起火,截止 2019 年 8 月美国沃尔玛超市在过去 11 个月里连续 7 个购物中心屋顶的光伏电站起火燃烧等等。出于对民众生命财产安全的考虑,各国政府开始陆续出台安全规范政策,最大程度降低光 伏屋顶失火事件发生概率。

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针对光伏系统的安全问题,全球各国的法规要求并不一样。针对加装在建筑屋上的光伏系统,部分国家、区域已经出台相关标准推行快速关断要求,在出现短路等故障时,可以通过RSD设备(Rapid Shutdown Device)快速切断直流侧高压,继而避免进一步的故障扩大,显著地提高系统安全。

由于快速关断的法规并没有在全球普及,目前仅部分国家出台了相关要求,很多用户对法规的要求也并不清晰,NEC法规、UL1741、UL3741、sunspec协议……这些到底是什么意思?以及各个法规之间又有怎样的不同要求?今天就跟着普兆课堂来了解下吧!


2014 NEC

光伏系统的快速关断概念是由美国国家电工规范(National Electrical Code,简称NEC)提出的。早在2014年,NEC2014 690.12《组件级自我关断解决方案》标准发布,对光伏系统的快速关断作出了要求:

所有建筑物上光伏系统都要安装快速关断开关,光伏系统电压需要在10秒钟内下降到30V 以下。

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但此标准的快速关断方案仅要求在组件阵列串接入端加装组串级快速关断装置,并未实现组件级别的关断,屋顶上(光伏阵列内)仍旧存在直流高压。


2017 NEC

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”正式生效,2017 NEC法规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。

2017 NEC法规是在2014NEC法规基础上,对快速关断又做了更为严格的要求:

——以距离到光伏矩阵305mm为界限,在快速关断装置启动后30秒内,界限范围外电压降低到30V以下,界线范围内电压降低到80V以下,实现组件级关断。

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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。

——安装Listed-列名的或带有现场标签的快速关机系统。

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<资料来源:美国国家电气NEC官网,新时代证券研究所>


Sunspec协议≠快速关断认证

需要补充说明的一点,NEC要求的认证(列名)是指快速关断列名。

一些光伏系统现场可能会看到带有 SunSpec快速关闭标记和/或认证的光伏设备,目前很多逆变器或一些关断设备制造厂家也在对外宣传拥有SunSpec认证,用户很容易认为拥有SunSpec即符合快速关断要求。

但SunSpec只是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,这是一个通信(关断)协议认证。仅仅 Sunspec 认证并不能满足 NEC 第 690.12 节中的操作方面或 NEC 列名要求。Sunspec 评级、标记和/或认证不能替代 UL1741 PV 快速关闭认证(列表)。

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UL1741

作为 2017 NEC 第 690.12(B) (2)(1) 节中的一个选项,要求在阵列边界内,光伏 (PV) 阵列应经过认证(列名)或标记为快速关闭光伏阵列,并且光伏阵列应按照快速关闭光伏阵列认证(列名)或现场标签中包含的说明进行安装和使用。

目前光伏系统的认证(列名)都是实行UL1741认证要求,2017年12月22日发布了第 2 版 UL1741(用于分布式能源的逆变器、转换器、控制器和互连系统设备的安全标准)的修订版,该标准要求对光伏快速关闭系统设备 (PV Rapid Shutdown System Equipment) 和光伏快速关闭系统 (PV Rapid Shutdown Systems) 进行广泛评估。

同时,为了提高这些安全系统的可靠性,UL1741 在包括硬件故障、软件故障在内的恶劣条件下进行测试,并在环境和电气极端条件下进行评估。符合这些要求的PV 模块可以在 UL 产品类别 AC 模块和具有集成电子设备 (QHYZ) 的光伏模块下获得认证(列名),包括快速关闭功能。

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<普兆快速关断通过UL1741标准测试,获北美ETL认证>

目前大多数的光伏系统还是采用了集中式或组串式逆变器,并不具备组件级快速关断功能,因此行业里更多的方案是为整个光伏系统加装组件级快速关断产品,而更多执行的也正是UL1741认证。


UL3741

在最新2020NEC标准中,将“快速关断”的说法进一步修改扩大,提出了“光伏危险控制系统”(PV hazard control systems)。

新标准要求光伏系统中具有“光伏危险控制系统”,使光伏系统在危急情况时是一个可控制的状态,实现组件级别的关断,在快速关断启动后30S内,界线范围内电压降低到80V以下。

UL 3741:光伏危害控制安全标准于2020年12月首次发布。

光伏危害控制系统可能由单个设备或来自一个或多个制造商的一组设备组成。系统可以由光伏组件、接线盒、线束、支架、快速关断、逆变器和其他设备组成。该标准提供了一种评估光伏系统危害控制功能运行的方法,进一步降低光伏系统设备的电击危害水平。

当光伏阵列由一组设备组成时,光伏危害控制系统安装说明和单独的 QIJR 认证将包括构成完整系统的所需设备列表。

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<UL3741 光伏危险控制系统功能图>

毫无疑问,目前各国对光伏系统的安全问题正在不断重视,相关法规也在不断升级,UL3741目前还没有大面积实施,但可以预见,未来,更多的产品也将按照UL 3741:光伏危害控制安全标准去进行认证。


延伸产品

普兆PEFS-PL系列组件级快速关断,每个快速关断服务于1个或2个组件,使每块组件处于开路状态,组件间的电压将低于80V或客户定制电压范围。符合NEC 2017&2020(690.12)要求,符合SunSpec认证要求,具有远程或手动关断功能。

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<普兆PEFS-PL系列组件级快速关断&控制盒>

  • 内置温度传感器,当温度超过85℃可自动切断设备。

  • 遇到紧急情况时,可通过交流拉闸实现对组件的快速关断。

  • 也可通过快速关断按钮,实现对组件的快速关断。

  • 还可通过SunSpec逆变器在的直流开关手动关闭。