光伏电站火灾最大“元凶”！

根据权威报道，光伏电站火灾案例中，直流电弧引发的火灾占比较大，成为光伏电站火灾的“带头大哥”。光伏电站直流电弧故障是一种时常发生、隐蔽性强、具有发展性、可以引起灾难性后果的“顽疾”。本文着重分析直流电弧火灾的主要类型，及国内外对相关内容的主要规范要求。

在光伏电站中，直流电弧的产生是一种常见且危险的故障现象。这种情况通常是由于接点脱落、器件老化、绝缘破裂或接地不良等因素引起的。与交流电弧相比，直流电弧的危害更为严重，因为它没有过零点，一旦产生就会持续燃烧，极难熄灭，从而极易引发火灾事故。

为此，笔者查访全球相关建筑光伏标准，发现各国均以120V电压等级列为直流电压得安全区标准，大量光伏因为高压直流拉弧引发火灾事故频发，120V电压等级的建筑光伏及储能系统即将成为主流。

据统计数据显示，超过半数的光伏电站火灾事故是由直流电弧引起的。随着光伏组件规格的增大，直流侧系统的功率和电流也在不断增强。根据焦耳定律Q=I²Rt，当电流增大一倍时，短路点的热效应将增加四倍，这进一步增加了引发火灾的风险。直流电弧的产生主要包括以下几类：

一、高压直流电弧分类

（1）串联电弧

串联电弧，也被称作拉弧，是光伏电站中一种常见的故障现象。这种故障通常是由于组件间的电缆插头接触不良、组串电缆与汇流箱或逆变器的连接不牢靠等原因引起的。在光伏电站中，由于存在大量的串联插头，例如一个1MW的屋顶光伏电站就有2000个对插点，这使得保证所有插头品质优良和接点对插良好变得极为困难。随着时间的推移，插头还可能出现老化问题，这些隐患都可能导致接触不良，进而形成直流电弧。

目前，虽然一些逆变器已经集成了拉弧保护功能，但这种保护存在三个个主要问题。首先，这是事后保护，就是已经拉弧才会动作，即已经出现了事故才去挽救。但高压拉弧故障一旦出现，产生的高压拉弧温度会接近3000度，极易引发火灾。其次，一旦其中一个组串出现拉弧故障，整个逆变器就会停机，从而造成巨大的发电量损失。第三，这些逆变器缺乏拉弧故障定位功能，导致运维人员无法及时准确地找到电弧发生的具体位置。

实际上，这使得问题无法得到根本解决。运维人员通常只能采取技术复位保护措施，使逆变器继续运行。因此，尽管逆变器集成了拉弧保护功能，但它并不能真正有效地解决拉弧故障问题。

（2）并联电弧

并联电弧故障主要由线路破损导致正负极性导体之间发生短接，或者是组串电缆线束（2根及以上正负级电缆捆绑一起）之间短接所引起的。当组串电缆受到机械挤压或磨损时(常见的现象就是电缆桥架内的绝缘层划伤、老化、电缆散热不佳等)，会在正负极之间或不同组串之间产生电弧放电。

主因也是因为直流侧电压太高，在直流电缆桥架内，大量的直流电缆束是引发并联电弧的主因。

此外，如果系统出现串联电弧故障且未及时处理，串联电弧产生的热量可能会损坏电缆绝缘层，进而引发并联电弧。当组件方阵的主导体之间发生并联电弧时，由于电弧能够获得足够的能量，因此更加难以熄灭，这种情况可能会引发严重的火灾事故。虽然断开光伏系统的直流母线或相应组串可以熄灭串联电弧，但对于并联电弧来说，这种方法却无法奏效，甚至可能导致更大的电流流经电弧通路，使电弧燃烧更加剧烈。

目前，尽管逆变器中集成了电弧保护功能，但这种功能通常无法检测到并联电弧和接地电弧。值得注意的是，高压直流线束并联电弧的破坏力往往是单根串联电弧的10倍甚至数十倍，因此其安全隐患更大。

（3）接地电弧

部件的老化、破损或机械损伤都可能导致对地放电的现象。当光伏组件铺设在彩钢瓦屋顶上时，这种情况尤为明显，可能会引发接地电弧或漏电问题。这种故障往往难以排查和发现，特别是在雨天更为常见。目前，常见的解决方法是暂停逆变器运行，等待接地处干燥后再重新启动。然而，这种方法并不能有效排除隐患，还可能增加人身触电的风险。因此，我们应该研发系统低压直流技术这一本征安全措施来解决这一问题，以确保光伏电站的安全运行。

（4）开路直流高压

在光伏电站中，光伏组件通过串联方式连接形成直流高压电路，电压水平通常达到1500V左右。这样的系统即使在安装施工、系统停机，拆除逆变器等任何串联状态下，光伏组件矩阵内仍然维持着较高的开路直流电压。尤其对非专业人士而言这是个潜在的高危因素，他们会认为已经拆除逆变器，已经离网，以为屋面光伏就很安全了！

同时，对于屋顶光伏电站来说，一旦发生火灾，即使断开与电网的连接，关闭了逆变器，但因为组件串联的开路直流高压存在，消防救援工作都会变得异常困难，因为高电压的存在给安全施救带来了极大的挑战。此外，在日常的电站运维检修或物业保养过程中，运维人员也面临着触电的风险，需要格外小心操作，确保自身安全。

二、国内外相关的规范要求

1、国际电工委员会

国际电工委员会IEC成立于1906年，是世界上最早成立的国际电工标准化机构，致力于制定和发布国际电工电子标准，以促进全球电气、电子和相关技术领域的合作与发展。（IEC60204-1）规定安全特低电压（SELV）等级为直流电压≦ 120V和交流电压≦ 50V 。

2、中国国家标准

2.1．建筑物电气装置（国家质量监督检验检疫总局发布2001年）：在GBT 18379-2001 《建筑物电气装置的电压区段》中规定I区段电压等级的限值为120VDC，也就是说人体正常情况下可触及导电零件的电压限值为120VDC，这是人体的安全电压。

2.2．中国建材标准（中国建材检验认证集团有限公司2018年）：根据中国建材检验认证集团发布的《户用并网光伏系统检测及评价》：安装在屋顶上的户用并网光伏系统，当直流电压大于120V时，采用快速关断的方式控制危险直流电压，宜采用电弧故障检测、报警及处理系统。明确120V电压为户用光伏的安全电压限值。

2.3．中国标准GB/T37655-2019《光伏与建筑一体化发电系统验收规范》6.7条定义直流电压≦120V时，为安全区，无需采用安全保护措施。同时定义高于该电压所有电缆必须加装金属外套和直流拉弧快速关断控制。明确120V电压为中国所有“建筑光伏一体发电系统”的安全电压限值。验收规范第6.7条 关于直流侧电压验收标准规定如下：

2.4．中国标准《建筑电气与智能化通用规范》（GB 55024-2022）规定：安全电压等级的限值为交流电压50V及以下、直流电压120V以下。

2.5．住建部（住房和城乡建设部公告2021年第173号）：住建部批准《建筑节能与可再生能源利用通用规范》为国家标准，于2022年4月1日起实施。第5.2.5条太阳能系统与构件及其安装安全，应符合下列规定：应满足结构、电气及防火安全的要求。

2.6．《光伏发电系统直流电弧保护技术要求》（GB/T39750-2021）：直流侧电压大于120V的光伏项目建设使用的逆变器须具备防直流拉弧保护及防孤岛保护功能，且具备组件级快速关断及管理能力，确保人员及财产安全。鼓励商业建筑屋顶空间、新建建筑一体化光伏屋顶或光伏幕墙采用微型逆变器、组件优化器等装置。

再次明确120V电压为中国所有“建筑光伏一体发电系统”的安全电压限值。

3、美国NEC

美国国家电气规范（NEC）规定120V直流为安全电压区。并在NEC690.12-2020并规定住宅用光伏发电系统中，在紧急情况发生时，光伏系统交流并网端断开后30 秒内，距离光伏组件 1 英尺（0.25米）范围内的最大电压不能超过 80V”。

4、欧盟国家相关安规-德国标准

根据德国标准VDE-AR-E 2100-712要求：在光伏系统中如果逆变器关闭或者电网出现故障时，需要使直流电压小于120V，明确120V电压为德国光伏系统的安全电压限值。

德国以严谨的技术精神闻名于世，对光伏系统的安全规定在欧洲具有强烈的引领效应，致使欧盟过去10年（从2014年起）成为全球建筑光伏低压的引领示范市场，微型逆变器在北美和欧盟光伏市场的普及率高达80%以上。而微型逆变器的直流侧电压不超过120V.

当前全球微逆市场由SolarEdge（优化器 + 微逆）与Enphase（纯微逆）主导，2024 年两者合计市场份额达 80.4%，呈现 “双寡头” 格局：

Enphase：专注户用市场，2024 年美国收入占比 80%，技术以高可靠性著称。

SolarEdge：工商业场景优势显著，欧洲市场出货量领先，产品集成优化器与储能功能。

5、澳洲标准

根据最新AS/NZS 5033:2021标准的4.3.3章节提到：当直流电压大于120Vd.c时，组件和逆变器之间需要安装断开装置。对于光伏直流侧低于120V系统（含微型逆变器）则无需采用关断器。明确120V电压为澳大利压国家光伏系统的安全电压限值。

6、泰国：泰国国家电气规范（Thai Electrical Code:Solar Rooftop Power Supply Installations2022）中4.3.13章节：要求屋顶光伏电站必须安装有快速关断装置，且在距离光伏矩阵0.3m为界限，装置启动后30秒内界限范围内电压降低到80V以下，界限范围外电压降到30V以下。

7、中国国家政策的安全化路径

2021年11月26日，国家能源局发布了关于公开征求对《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知（征求意见稿）》意见的公告。其中，在“项目设计管理”相关章节中明确要求：安装电弧故障断路器或采用具有相应功能的组件，实现电弧智能检测和快速切断功能；光伏组件应具有安全关断保护功能，保证逆变器关机，交流断电后，系统子阵外直流电压低于安全电压。

公告对于分布式光伏安全性的提高给出了大方向的指引，而“电弧智能检测”、“快速切断功能”以及“直流电压低于安全电压”等要求实际上是对光伏电站中存在的“直流高压”等问题提出了具体性的解决引导措施。

8、中国地方标准

《DB33/T 2189-2019家庭屋顶光伏电源接入电网技术规范》等全国十余个城市地方文件中对建筑能源提出具体的规范，均明确120V是光伏直流侧安全电压的临界值，引导行业健康有序发展。典型如下：

浙江地方标准（浙江省市场监督管理局2019年） ：光伏电源并网电气设备应符合GB 50054等国家相关技术标准。根据GB/T 3805和GB/T18379 相关规定，光伏电源应具备技术措施，在施工、维护和检修等情况下能够控制人体可能接触的直流部分电压在120V安全限值范围内。

安徽地方标准（安徽省市场监督管理局2018年）：根据安徽省质量技术监督局发布的《建筑光伏系统防火技术规范》：建筑光伏系统中需要设置快速关断装置，且对“光伏系统”关闭与“光伏组件”关闭做了区分。对于仅仅实现矩阵快速关断的系统，仍然要求有明显标识说明光伏组件存在直流高压危险。

北京地方标准（北京市分布式光伏发电工程技术规范（DB11/T1773-2022）提出与建筑结合的光伏系统宜采用低于120V的直流电压，如果高于该安全电压需安装拉弧快速关断装置！

深圳地方标准《深圳市分布式光伏发电项目管理操作办法》第二条的第（一）项项目建设中，对逆变器的要求为“光伏组件应具有安全关断保护功能，保证逆变器关机，系统子阵内直流电压低于安全电压（120V）”

同时，我们还应该看到，由于多头管理，出台大量的多部门联合发文的意见、规定，建筑光伏存在很多管理上的重叠和危险源管理上的盲区。比如我国的住建部门很少涉及光伏的管理；而以发改、工信、电网等部门更多以组件电池逆变器等单一产品的转化效率、“四可”要求等作为管控引导方向，忽略了集成系统、使用场景、建筑美观、建筑功能诉求等方面的综合管理。建筑光伏乱象丛生，依然没有一个统一的意见和法规。我们在光伏制造产业全球最大，但在系统应用产业的技术和观念仍为落后，我们作为一个光伏大国，新能源大国的地位仍存在极大提升空间！

三、高压直流光伏的本征危险

与建筑光伏发电按直流侧的电压等级分为2个技术路线：（1）600-1500V级的高压直流（2）120V级安全低压。

高压系统：组件和组件之间简单串联连接，直流侧串联电路，每串20-30块组件，每串600-1000/1500V直流高压，整个屋面/墙面形成“面高压场景”。高压直流容易拉弧，易引发明火，同时伴随着3000℃左右的高温，在此高温下，钢结构软化，墙体开裂，玻璃融化，引发建筑起火和坍塌。

安全低压系统：直流侧微串联电路1-2块组件，每串60-120V直流安全低压，整个屋面/墙面形成“面低压场景”。直流侧电压不大于120V，符合全球直流电安全电压区标准，彻底解决了由高压直流拉弧引起的火灾风险，同时也解决了当房屋起火时，由屋顶直流高压而阻碍施救的问题。

建筑光伏高压直流电弧故障是一种时常发生、隐蔽性强、具有发展性、可以引起灾难性后果的“慢性病”和“常见病”。据2022年《光伏产业联盟》不完全统计，光伏系统故障率中45%来自高压直流拉弧，光伏火灾中有90%来自高压直流拉弧。

尽快不少国家和我国的不少地方政府推动以组件级快速关断器技术路线的补救措施，但任何的拉弧检测或现场关断保护动作都是事后动作，不能改变600-1500V高电压本身存在的危险，而这种危险因为在建筑表面，与人类日常高频互动和接触，将人类生活场景置于极其不安全的“面高压危害”场景。是该改变的时候了！

只有系统的本征安全才是解决问题的正确途径。

四、本征安全光伏系统

要想彻底解决上述问题，首先需要直接把建筑分布式发电的直流侧电压全部降低至120V以下；其次，让组件从可燃、易脆且不具有建材性能的产品，升级成防火、防水、抗冰雹、可行走踩踏的发电建材产品，“建材即光伏”。

电气方面：通过低压直流式逆变器或DCDC直流升压，实现组件（屋面墙面）的面电场为安全低压。

同时，缩小组件的管理数量，通过组件级的监控管理系统，实现建筑能源的物联网级监控管理和智能化。基于大数据分析，及时预警，实现建筑新能源系统的智能化、数字化、AI化，实现高安全性、高效率、高智能、免维护。

五、赫里欧建筑光伏一体化方案：发电建材+隔离型安全低压组串逆变器

为了从根本上解决此类本征不安全因素，从技术路线和产品性能上做革新性的改变，严格采用安全低压逆变器系统，采用防火型（建材防火A级和光伏TUV-A级的，双A级）不燃组件产品，实现系统的本征安全。

1、组件结构由钢化玻璃+发电层+钢板三合一，一体成型的A2防火建材。

2、隔离型安全低压组串逆变器和建筑储能，均采用120V直流低压。实现全系统的安全低压，彻底消除各类直流拉弧隐患。

3、赫里欧首创发明的隔离型低压组串逆变器，兼具组串式逆变器高转换效率及微型逆变器的安全防爆、自然散热、20年寿命耐久性高、免维护性能、即插即用的特点；组件级的监控管理和最大功率点跟踪(MPPT)更加适合屋面、墙面等各类复杂场景的分布式光伏发电。

每台4路独立MPPT不高于120V的直流输入，电气物理隔离。可以通过对每路模块的输出功率进行优化，使得整体的输出功率最大化。具备

安全、高效、智能等特性，更实现了功率密度的大幅提升和电流的升级，实现功率因数可调，支持PLC、RS485通讯模式，可远程升级管理等功能。

符合NB/T30024-2018《光伏逆变器并网技术规范》和NB/T42142-2018《光伏并网微型逆变器技术规范 》中隔离型逆变器标准，并采用变压器物理隔离和导热硅胶浇筑型封装，满足GB50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》2区设备防护等级（EPL）GB,GC级技术标准。

4、赫里欧为全球首家全面使用直流侧安全低电压技术路线的专业BIPV公司，拥有完全独立自主的知识产权，在发电建材、电力电子、建筑储能和EMS软件四大部分，均为自主研发并自主生产制造。建筑光伏和储能系统的直流电压始终为低于120V安全电压等级，满足全球建筑电气安全规范，开启建筑光伏安全新时代。

5、作为全球首家全面采用120V安全低压技术的BIPV企业，赫里欧以四大行业首创破解行业难题：

5.1. 本征安全：从源头杜绝火灾

• 电压仅120V：符合全球建筑电气安全规范，无触电、无拉弧风险；

• A2级防火认证：建材级防火材料，火灾中不参与燃烧；

• 隔离型逆变器：每路独立MPPT，电气物理隔离。

5.2. 高效智能：免维护设计

• 免升压直连：减少交直流转换损耗，光能利用率更高；

• 组件级监控：每片瓦实时数据反馈，故障精准定位；

• 即插即用设计：运维成本降低50%。

5.3. 建筑友好：一体化解决方案

• 替代传统建材：直接作为屋面/墙面材料，抗风、防水、抗冰雹；

• 超轻荷载：产品有10.5kg/m²的高强化板，代替建材强化屋面墙面；也有最低2.8kg/m²轻柔钢板系列，可适用老旧建筑改造覆盖和贴合装饰，以及承重不够的屋面安装使用，并能实现防水发电一体化。

结语

赫里欧的逆变器采用安全低压直流系统，解决了常规光伏高压直流拉弧隐患，解决了组件故障无法精准定位的问题，也解决了光伏系统智能化低的问题。消除了串联电弧、并联电弧和对地电弧，并且做到组件故障位置精准定位，还可以实现漏电故障检测与定位。

我国正在大规模推广建筑发电，专家预测至2060年“碳中和”时代，人类70%的电力能源来自光伏，唯有建筑从能源的消费者升级为能源的生产者和存储者，三位一体，人类将实现清洁能源自由发展的碳中和时代。如今，分布式光伏和分布式储能正在走进千家万户与老百姓生产生活紧密相连，如何保障建筑光伏系统的“安全性”正在引起全行业的高度重视。

建筑光伏是构建现代化基础设施体系，实现经济效益、社会效益、生态效益、安全效益相统一，服务国家重大战略，支持经济社会发展。建筑新能源作为重要的能源基础设施，安全稳定高效运行是经济发展的重要保障。

信息来源：亚洲BIPV产业联盟、新能源世纪网、PV-TECH、国际电气联盟IEC、美国国家电气规范NEC、FM、UL等。