光伏建筑一体化系统防火安全分析

布式光伏发电系统火灾危险性进行调查，分析了光伏与建筑结合 后在建筑吩火和灭火救援方面存在的火灾隐患，提出了研究分布 式光伏组件燃烧性能及检测方法、制定光伏建筑一体化系统设计

施工技术标准、防止光伏设备自身起火和火灾蔓延、强化监管消除

火灾隐患等吩火安全措施。关键词：光伏建筑；火灾隐患；燃烧性能；消防安全中图分类号：X921,TU271.1文献标志码：B文章编号：1009-0029（2019）05-0721-03分布式光伏发电是可再生能源利用的一种重要方式，

同时，也给建筑防火和灭火救援带来了新课题，不仅要研 究分布式光伏发电设备自身的火灾危险性，更应关注光伏

与建筑结合后产生的火灾安全隐患。1概述1.1原理和组成太阳能光伏发电是通过光伏组件将接收来的太阳辐

射能量经过高频直流转换后变成髙压直流电，经过逆变器

逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电 流。分布式光伏发电是指以10 kV及以下电压等级接入

电网，且单个并网点（380 V）总装机容量不超过6 MW,

220 V用户侧单个并网点总装机容量不超过8 kW,由光

伏组件、支架、直流线缆、逆变器、交流汇流箱、交流线缆， 桥架，交流并网柜双向电表及监控装置等组成。1.2建筑节能设计密切相关建筑节能设计标准倡导采用太阳能光伏发电。GB

50189-2015«公共建筑节能设计标准》第7.2.2条规定，公

共建筑宜采用光热或光伏与建筑一体化系统，光热或光伏 与建筑一体化系统不应影响建筑外维护结构的建筑功能；

GB 51245—2017《工业建筑节能设计统一标准》第7.3.3

条规定，在工业建筑上增设或改造太阳能光热或光伏发电■••\"III..............................................................................................................................................................

extinguishing facilities are the most important factors that affect the fire of cultural relic buildings.Key words: fire risk assessment； analytic hierarchy process； princi­

pal composition analysis； combination weighting approach作者简介：闫子卉（1993-）,女，陕西西安人，西安建筑

科技大学资源工程学院硕士研究生，主要从事建筑防火研 究，陕西省西安市碑林区雁塔北路13号,710055。收稿日期:2018-12-26苗險科学与枚术2019年5月第38卷第5期系统时，宜采用光热或光伏与建筑一体化系统:DGJ 32/

J96-2010《江苏省公共建筑节能设计标准》第7.0.1条规

定，甲类建筑应设置可再生能源利用系统，可在太阳能热 水系统、地源热泵空调系统、太阳能光伏发电系统与/或光 诱导系统中任选一项或多项。1.3光伏建筑一体化光伏建筑一体化也称为“建筑光伏”，建筑物包括民用 建筑、公共建筑、工业建筑等一切可以承载光伏发电系统

的建筑物。光伏组件与建筑结合敷设在建筑构件上，称为 安装型光伏建筑；光伏组件与建筑集成替代建筑构件，将

光伏发电、建筑装饰、节能保温、防火和防水等多种功能集 成融合，称为构建型或建材型光伏建筑，如：光伏蜂窝模块

屋顶、光电瓦屋顶、光电幕墙、光电采光顶等。1.4防火安全要求分布式光伏建筑一体化系统设计尚无国家技术标准，

主要依据光伏发电站设计规范和行业或地方标准，防火安 全要求很少，例如：GB 50797—2012«光伏发电站设计规

范》、JGJ 203-2010《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规 范》、CJS01—2010《太阳能光伏与建筑一体化应用技术导 则（暂行）》、DB 11T—2012《建筑太阳能光伏系统设计规

范》、DGJ 32/J87-2009《太阳能光伏与建筑一体化应用规 程》等。2018年7月20日国家能源管理局节能司发布《公

共机构分布式光伏发电系统建设指南》提出火灾防范措

施。例如：针对公共机构光伏发电系统需要进行项目火灾 危险性分析；屋顶光伏发电项目火灾危险性较大的设备有 汇流箱、逆变器、蓄电池、连接器、配电柜及变压器等易发

生电气火灾，应做好因直流故障电弧造成的火灾防范，为 避免直流故障电弧，设计中应选择具有防直流拉弧的电弧 保护装置和10 s内快速关断功能的智能型电气设备。1.5消防安全监管分布式光伏发电项目实行备案制，在县级行政审批部 门备案即可开工建设，并网发电及运维由光伏安装企业负 责，经供电部门电力安全方面的验收。建筑工程设计时预

留光伏组件设置位置，明确主要技术参数，由产品厂家进 行深化设计，或在建筑工程竣工后再另行增加。光伏发电

设计未纳入建设工程消防设计审查内容，建筑工程竣工后 增加的光伏发电项目也不再需要通过建设工程设计审 查。分布式光伏发电一般不纳入日常消防监督管理。2火灾隐患分析2.1光伏组件防火性能光伏组件根据 GB/T 20047.2—一2006/IEC 61730-

7212:2004«光伏（PV）组件安全鉴定第2部分：试验要求》进 行防火试验，防火等级从C（基本防火等级）到B,再到A

（最高的防火等级）。安装在建筑物上的组件最低要求是 防火等级C,不同防火等级的光伏组件产品价格差较大。 安装在已有屋面上的组件应进行燃块试验和火焰蔓延试

验，用于屋顶材料的组件应进行ANSI/UL 790《屋顶层材 料防火试验的安全标准》规定的其他后续试验。不同建筑 物上光伏组件防火等级选择和组件的燃烧性能检测方法

和判定规则尚无国家标准。行业标准JG/T 492-2016 《建筑用光伏构件通用技术要求》规定，光伏组件应满足替

代部位建筑材料或建筑构件燃烧性能分级的要求，并符合 GB 8624《建筑材料及制品燃烧性能分级》的相关规定，其 耐火性能试验方法及判定规则按GB 15763.H建筑用安 全玻璃第1部分：防火玻璃》、GB/T 12513«镶玻璃构件 耐火试验方法》和GB/T 997&1《建筑构件耐火试验方

法》等。2.2设备自身火灾隐患由于光伏组件方阵存在组件之间遮挡、鸟粪或树荫遮 挡等，遮挡的光伏组件将会成为负载消耗其他有光照光伏

组件所产生的能量，组件发热产生热斑效应，局部高温容 易击穿背板，从而引起火灾。光伏建筑一体化系统中任何一个接头的松动都可能 产生直流电弧，极易造成组件烧毁引起火灾。产生直流电 弧的主要原因：一是组件内部接线不良、焊接面积过小或

虚焊、连接器未包裹防尘造成沙尘进入等，会出现打火或 接触电阻过大，易产生电弧：二是由于排水不良造成连接 器长时间浸泡水中腐蚀或高频次带电插拔，内部连接带电

金属部位接触电阻增大，长时间发热会产生电弧；三是直

流电气柜内线缆接头选配或安装不当，或缺乏运维保养， 导致松动产生电弧。光伏组件抽真空温度时间过短、温度设定过高或过 低，或内部有异物进入产生气泡，会发生脱层，甚至会导致 组件彻底报废。接地不可靠、线缆绝缘电阻过低、连接头 接触不良、接线混乱等会造成汇流箱、直流柜被毁。电缆

走线没有安装桥架，也无任何的防护，电缆老化加快，会出 现电缆破损，造成漏电引发火灾。屋顶没有良好的排水措

施，容易导致常年积水，降低光伏效率，导致组件进水，加 快电缆的老化和腐蚀，引发火灾。由于组件面板与屋面之

间形成夹层，枯草、落叶等可燃物容易在夹层中产生堆积，

并不断累积热量造成火灾隐患。2.3对建筑物安全性的影响光伏组件的自重、承受的风荷载、施工荷载等对建筑 物荷载产生影响。在建筑物上敷设分布式光伏发电系统，

增加建筑物火灾风险。光伏系统一般设置埋件使支架与 屋面结构连接，或采用配重压柱支架地龙骨来平衡组件与 支架在活荷载作用下产生的倾覆力矩，对屋面防水、排水 产生影响。屋面光伏组件与邻近建筑或安全出口之间没

有防火措施,对火灾蔓延和人员集散产生影响。7223防火安全措施3.1整体评估燃烧性能敷设光伏组件方阵的屋面一般是钢筋混凝土的上人 屋面或钢结构轻质的不上人屋面。常见建筑物上敷设的

光伏组件防火等级为C,光伏组件敷设在建筑屋面后，应 将光伏组件面板和屋面二者结合作为整体评估其燃烧性 能等级和耐火极限，替代建筑构件的光电蜂窝模块屋顶、

光电幕墙、光电采光顶等产品需要满足替代部位建筑构件 燃烧性能和耐火极限的要求。分布式光伏建筑一体化组

件及其构成的建筑构件燃烧性能等级评估方法及国家标

准欠缺，研究安全适用、经济合理的燃烧性能和耐火极限 要求及检测方法标准，对建筑用光伏构件进行燃烧性能试

验和判定十分必要，为分布式光伏与建筑紧密结合提供技

术支撑。3.2编制技术标准制定国家技术标准，明确光伏建筑一体化系统的防火

技术要求。设置光伏建筑一体化系统的建筑物耐火等级

不低于二级；对易燃易爆企业屋顶敷设光伏组件的做法加 以限制，避免互相影响；不同性质的建筑采用不同防火等

级的光伏组件，高层建筑和重要的公共建筑应釆用防火等

级为A的光伏组件；组件方阵与屋面间形成夹层，可通过 调节光伏面板与屋面距离垂直距离和合理使用挡火板等 降低火灾风险；确定组件与邻近建筑物或安全出口之间的

防火间距，采取防火分隔措施。3.3防火技术措施（1） 防止电气设备自身起火。一是明确设备载流设计

要求，在光伏设备选择时要考虑阵列可能产生的最大电

流；二是合理选择过流保护装置，单个逆变器有三路及以 上组串输入时，每个组串配备过流保护装置或者防反向电 流装置，防止因元器件失效引起线路互相倒灌从而造成过

载；三是防止直流电弧故障危害，直流侧的系统电压超过

80 V的光伏系统需要安装直流故障电弧保护装置，直流故 障电弧保护装置需要能在2.5 s之内或电弧能量750 J以

下检测到电弧的发生并进行保护动作，直流故障电弧保护

装置无论采用哪种方式都需要保证准确性，不允许因为设 备启动涌流产生误动作。（2） 防止火灾蔓延。一是光伏组件需要通过ANSI/ UL 790《屋顶层材料防火试验的安全标准》的料块燃烧和

火焰蔓延测试；二是逆变器使用无熔丝设计，避免直流侧

故障引起火灾，内部逆变变压器、PCB板等容易产生高温 的内部元器件应采用不燃或难燃材料；三是汇流箱、控制 设备、配电设备内部元器件采用不燃或难燃材料，外壳应 釆用不燃材料；四是线缆要求采用阻燃、低烟和毒性小的

线缆材料；五是屋内配电装置的电缆出入口、进入设备的

洞口、汇流箱电缆出入口、电缆穿墙处、电缆沟与电缆沟的 接口处等孔洞采取防火封堵措施。3.4强化监督管理消除火灾隐患分布式光伏发电与建筑的结合越来越紧密，成为建筑

Fire Science and Technology,May 2019,Vol 38,No.5构件的一部分，消防安全管理任重道远，需要住建、供电、 产品质量监督、消防等部门相互配合，规范建设、设计、施

工、验收和产品质量等各个环节的防火安全管理。光伏组

件需要按建筑构件防火安全性能进行评估，电气设备和线 路敷设需要满足建筑电气安全相关要求，光伏建筑一体化

系统应当纳入建设工程设计、施工监督管理范畴。3.5设置相适应的火灾自动报警系统现有工程大多数未设置火灾自动报警系统，部分工程 在逆变器集装箱处设置感温和感烟火灾探测器。根据分 布式光伏发电系统的特殊性，试验研究与各部位相适应的 火灾报警探测器和电气火灾监控探测器选型，及时联动组

件的关断功能，有利于及时发现火灾和控制火灾蔓延。

3.6防范直流电弧、智能关断组件直流电弧是分布式光伏发电最主要的危险源，直流电

弧的产生及其特性极为复杂，需要正确分辨“正常弧”和 “非正常弧”，直流电弧检测难度大，对检测方式和计算方

法提出了更高的要求，需要综合研究解决或改善直流电弧 引发的直流高压问题的方法，改善分布式光伏发电系统构

成或改良组串逆变器，降低直流电弧发生概率。如采用微 型逆变器方案，组串逆变器直流电缆增加保护套，直流电 缆不裸露，直流电缆超过1.5 m间隔安装物理关断开 关等。光伏组件应具备智能关断功能，如增加外部控制模

块，组件端通过智能芯片实现紧急状态下关断。组件的智 能关断功能是防止火灾蔓延和及时实施灭火救援的重要

措施。分布式光伏发电系统在光照条件下，持续产生500

V以上电压，用水灭火有触电危险，通常要等待光伏组件

设备彻底烧毁后，再实施灭火救援。当采用快速关断功能 的智能型电气设备时，火灾时可以快速关断每个组件，并 通过接地迅速放电，使得组件电压瞬间降至安全值以内， 可及时实施灭火救援。4结论针对分布式光伏建筑一体化系统存在的火灾隐患，评 估光伏组件及其构成建筑构件的燃烧性能和耐火极限，研

究制定设计、施工的技术标准，优化设计、施工、运营等各

环节的防火技术措施，更有利于光伏建筑一体化技术的应 用和发展。参考文献：[1] 杨亮，赵媾，王帅.建筑保温光伏构件燃烧性能测试方法[J].消防科学

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技术研究与探讨[J].太阳能,2016,(2):72-77.[4] 朱华，安超.肖奇峰.美国国家光伏标准中新防火测试项目[J].质量与

认证,2014,(12):61-62.[5] 张宏伟.既有建筑安装光伏系统对建筑和电气的安全性影响分析[J].荫险科学与枚术2019年5月第38卷第5期f •科技信息• )基于系统可靠性分析的钢桁架

火灾安全评价波兰研究人员采用基于系统可靠性分析的方5

(法对钢桁架的火灾安全性逬行了评估。研究提出I j的方法，可以为基于部分安全系数的传统方法提j

｛供一种替代方法。新方法的最大优点是可以更真｛

；实地反映结构在火灾条件下的行为。计算承载力I ＜和作用效应时，考虑了杨氏模量、屈服强度和杆件｛

｝横截面积的随机变化。分析的目的是监测连续火｝

J灾下几分钟内的可靠性指标。研究成果所提出的｛

｝新方法，使火灾条件下考虑结构受静力方式的变J !化成为可能。 ｛I

肖科供稿?智能建筑与城市信息,2013,(12):98-100.[6]吴春荣.光伏构件对火反应性能及试验模式[J].消防科学与技术，

2015,34(8):1002-1004.Analysis on fire safety of integrated

photovoltaic building systemZHENG Yan-qiu(Wuxi Fire Detachment, Jiangsu Wuxi 214035,China)Abstract: In order to improve the fire safety of photovoltaic build­

ing integrated system, the fire hazard of distributed photovoltaic

power generation system was investigated, the fire hazards in building fire prevention and fire fighting rescue after the combina­tion of photovoltaic and building were analyzed, and the counter­

measures were proposed including studying the combustion perfor­mance and detection methods of distributed photovoltaic modules, formulating the technical standards for design and construction of

photovoltaic building integrated system, preventing photovoltaic equipment from self-ignition and fire spread, and strengthening su­

pervision and eliminating hidden fire hazards, etc.Key words: photovoltaic buildings； fire hazards； combustion perfor­

mance； fire safety作者简介：郑雁秋(1968-),女，浙江人，无锡市消防支

队防火处高级工程师，学士，主要从事建筑工程消防设计 审核及消防监督管理工作，江苏省无锡市滨湖区太湖新城

梁南路9号,214035»收稿日期:2018-12-21723