太陽能模組火災風險告知連接器重要性



前言

太陽能屬於潔淨能源,每一寸陽光照射得到的土地、屋頂都具有發電潛力。安裝太陽光電發電系統可有效隔熱節能,不僅能實現能源自主,也可活化閒置的空間。政府的激勵加上越來越多人意識到太陽能替代石化燃料為基礎的電網電力的可能性,促使許多公司開始建置太陽能系統。將其視為聰明的長期投資,提供高能源彈性及投資報酬率,在系統生命期間內大幅節省電費。太陽能的建置量的提升,讓業界的利害關係人意識並考量太陽能發電安全的重要性。而由難得的實際火災案例中,得知太陽能每片模組板中須要串接繁多由高壓直流電轉為交流電中的變流器與優化器等等組件,其必要有高品質密合性及安全可靠性很高的小接頭連接器。

連接器火災風險

太陽能光電系統建置後使用期間長達20年,後續維護上有沒有需要注意的問題?這類型的火災的潛在風險來源為電弧。可能原因包括電纜或連接器故障或連接不當、腐蝕、動物啃咬電線、直流隔離器失效或太陽能系統元件過熱。 矽晶製的太陽能板一般可承受接近200度高溫,不太可能因過熱而自燃,太陽能系統都配有保險絲(Fuse)與斷路器(Breaker),短路時會自動跳脫燒毀斷電,不致造成大規模走火。不過台北的公館自來水廠就發生了台灣首見的太陽能發電系統火災事件,經過消防局幾個月的失火原因調查,火場鑑識結果顯示,起火原因並非抽煙或枯葉等容易引起火災的外在原因,認定是因為快拆接頭接觸不良。誰想的到小小的接頭,竟會釀成如此嚴重的後果。

台北自來水廠的太陽能發電系統火災事件(來源:自由時報)

連接器相關聯問題

瑞士史陶比爾Multi-Contact公司生產Multi-Contact原廠的MC4接頭,阻抗低、接觸不易生熱。曾有案場測試其他某廠牌的接頭,結果施工完約一年就發現其中一片模組的接頭過熱融化,而導致系統跳電的情形發生,如下圖相關過熱融化的MC4相容接頭所示。MC4為目前MC系列的太陽能連接器中,知名度及市占率最高的產品型號。由於太陽能案場的使用需求很大,吸引許多連接器廠商以標榜“與MC4相容”的方式來製造及銷售,甚至有新進入的廠商以為這是業內對連接器的統稱,直接打上MC公司logo,銷售非原廠的MC4接頭(資料來源,原載於《PV-Tech PRO 電站專刊》作者:肖蓓,建設優質高效電站不容忽視的細節:連接器,2016年03月25日)。

過熱融化的MC4相容接頭(非史陶比爾原廠生產)

還有EPC公司及施工隊在電站建設時,對連接器部件認知不夠,選用低質安裝輔材,操作不規範,出現許多安裝層面的問題。有些現場,工人直接用劣質甚至是通用工具做壓接,這樣會造成壓接不良,比如接合部位電纜銅絲彎折、有些銅絲沒壓接進入、誤壓到電纜絕緣層等,壓接不良的後果直接涉及電站安全。同時,因為安裝工人缺乏對光伏連接器的認知,對廠家、產品型號、使用說明等缺乏概念,大部分人停留在家用電器剝線接線的階段。因此,很多EPC公司產品選型隨便,不同廠家產品互插、安裝隨便等現象,導致引發嚴重的後果。
根據統計,由於連接器引發相關聯的問題有:接觸電阻變大,連接器發熱、壽命縮短,接頭起火,連接器燒斷,組串的組件斷電,接線盒失效,組件漏電等,可造成系統無法正常操縱、產品召回、電路板損壞、返工和維修,繼而會造成主部件損失,影響電站發電效率,最嚴重的是起火燃燒。這些其他廠牌生產的MC4接頭,雖然同樣有通過UL、TUV等認證,但是工程上或是測試上實際用起來,耐用度、密合度等等都還是有差異。對於電站開發、運營或者擁有者來說,連接器產品的安全可靠性是最關鍵的。不同廠家產品互插、安裝隨便等現象,導致引發嚴重的後果。
自來水廠園區的火災,很有可能就是採用了類似的接頭,或是經過長期多次插拔之後產生過熱現象,然後又沒有即時監控系統發現異常狀況;或者有監控系統,但沒有適時的提醒人員去處理,最後過熱導致整個燒起來。

預防監控重於防護

一旦當裝了太陽能板的屋頂或地面失火了,消防隊的處理原則是不能貿然灌注噴水的,首先須排除是否感電再撲滅火警。太陽能板還是一定會產生高壓電,這樣的高壓電絕對不能噴水,因此唯一的方法是噴乾粉,不過乾粉的滅火距離相當短,或是採用水霧的方式來噴水。不過這些滅火方式的效率都較差,最好還是建立完善的監控系統,做好危機預防、提前偵測異常、與即時通報。
從每個小細節做起,逐步建立起一套完善的太陽光電系統建置品質管控規範,給一個安心的保證。雖然原廠接頭的成本較貴,但比起任何可能造成的意外或是跳電的損失,寧可用多一點點成本換來更可靠的系統品質,讓太陽能系統能夠穩定的使用20年的目標。
太陽能板雖然容易因過熱而有發電效率降低的狀況,但若有做好:1.太陽能系統料件及安裝品質的管控。2.定時檢驗維修及監控,就可降低風險。這次發生在台北的太陽能發電系統失火事件,也凸顯了太陽光電系統維運服務以及安全保險的重要性,不論是業主、投資方及太陽能EPC廠商都不可不慎。做好太陽光電系統品質的管控及定時檢驗維運,就能安心使用20年

按:宋郁德,中華民國仲裁人。
參考資料 作者: 肖蓓,建設優質高效電站不容忽視的細節:連接器,《PV-Tech PRO 電站專刊》,2016年03月25日。