آتشسوزی در نیروگاههای خورشیدی؛ علل، روشهای پیشگیری و استانداردهای ایمنی
با توسعه سریع نیروگاههای خورشیدی در ایران و افزایش ظرفیت پروژههای فتوولتائیک، موضوع ایمنی نیروگاه خورشیدی بیش از گذشته اهمیت پیدا کرده است. نیروگاه خورشیدی در صورت طراحی، اجرا و بهرهبرداری صحیح، یک زیرساخت قابلاعتماد برای تولید برق است؛ با این حال نقص در اتصالات الکتریکی، کابلکشی، تجهیزات حفاظتی، نگهداری یا طراحی میتواند احتمال بروز خطا و در مواردی حریق را افزایش دهد.
به همین دلیل، پیشگیری از آتشسوزی نیروگاه خورشیدی تنها به انتخاب پنل یا اینورتر مناسب محدود نمیشود. ایمنی باید از مرحله طراحی نیروگاه آغاز شود و انتخاب تجهیزات، طراحی سازه، کابلکشی، نصب، راهاندازی، پایش و نگهداری دورهای را در بر بگیرد.
سافا؛ نگاه مهندسی به سازه نیروگاه خورشیدی
شرکت ساختههای فلزی اصفهان (سافا) با تمرکز بر طراحی و تولید سازههای نیروگاه خورشیدی، سازه را نه بهعنوان یک محصول مستقل، بلکه بهعنوان بخشی از زیرساخت مهندسی نیروگاه در نظر میگیرد.
در طراحی سازههای خورشیدی، علاوه بر الزامات استحکام و پایداری، موضوعاتی مانند امکان اجرای مناسب کابلکشی، دسترسی تیمهای بهرهبرداری و نگهداری، شرایط محیطی پروژه و دوام سازه در طول دوره بهرهبرداری اهمیت دارند.
هدف از این رویکرد، ایجاد بستری مناسب برای نصب و بهرهبرداری نیروگاه در مقیاسهای مختلف و کاهش چالشهای اجرایی و نگهداری در طول عمر پروژه است.
در این مقاله مهمترین علل آتشسوزی در نیروگاههای خورشیدی، نشانههای خطر، روشهای پیشگیری، تجهیزات حفاظتی و استانداردهای مرتبط با ایمنی سیستمهای فتوولتائیک را بررسی میکنیم.
آیا نیروگاههای خورشیدی مستعد آتشسوزی هستند؟
وجود ولتاژ DC در آرایههای خورشیدی باعث میشود برخی خطاهای الکتریکی در سیستم PV ویژگی متفاوتی نسبت به شبکههای متداول AC داشته باشند. یکی از مهمترین این موارد، ایجاد قوس الکتریکی DC است؛ زیرا آرایه خورشیدی در زمان دریافت تابش میتواند همچنان منبع انرژی باقی بماند. استاندارد IEC 62548-1 نیز بهطور مشخص الزامات طراحی ایمن آرایههای PV، سیمکشی DC، تجهیزات حفاظتی، قطع و ایزولاسیون و ارت را پوشش میدهد.
ریسک حریق در یک نیروگاه خورشیدی را میتوان با طراحی مهندسی، استفاده از تجهیزات استاندارد، اجرای صحیح، پایش مستمر و نگهداری پیشگیرانه به میزان قابلتوجهی کنترل کرد.
مهمترین علل آتشسوزی در نیروگاههای خورشیدی
1) قوس الکتریکی یا Arc Fault
یکی از مهمترین خطرات الکتریکی در بخش DC نیروگاه خورشیدی، قوس الکتریکی (Arc Fault) است.
شل شدن اتصال، آسیبدیدگی کابل، اتصال نامناسب کانکتورها، خوردگی یا افزایش مقاومت در یک نقطه از مدار میتواند شرایط ایجاد قوس الکتریکی را فراهم کند. قوس الکتریکی حرارت بسیار بالایی در محل خطا ایجاد میکند و در صورت مجاورت با مواد قابل اشتعال یا تجهیزات آسیبدیده میتواند به حریق منجر شود.
استاندارد IEC 63027:2023 به تجهیزات تشخیص و قطع قوس DC در سیستمهای فتوولتائیک تا ولتاژ 1500 ولت DC میپردازد و الزامات و روشهای آزمون تجهیزات حفاظت در برابر Arc Fault را مشخص میکند.
راهکارهای کاهش ریسک قوس الکتریکی:
- استفاده از کانکتورها و تجهیزات سازگار و استاندارد
- اجرای صحیح Crimp یا پرس کانکتورها
- جلوگیری از کشش مکانیکی روی کابل و کانکتور
- بررسی دورهای اتصالات
- استفاده از سامانههای تشخیص و قطع قوس DC متناسب با طراحی نیروگاه
- پایش جریان و ولتاژ رشتهها
- بررسی ترموگرافی نقاط اتصال
نکته فنی: اصطلاح AFDD معمولاً برای تجهیزات تشخیص قوس در مدارهای AC خانگی و مشابه و در چارچوب IEC 62606 بهکار میرود؛ برای سیستمهای DC فتوولتائیک، IEC 63027 استاندارد تخصصی مرتبط با تشخیص و قطع قوس است.
2) ایجاد نقاط داغ یا Hot Spot در پنلهای خورشیدی
Hot Spot یا نقطه داغ زمانی ایجاد میشود که بخشی از سلول یا ماژول نسبت به سایر قسمتها دمای بالاتری پیدا کند. این وضعیت میتواند ناشی از سایه موضعی، آلودگی، خرابی سلول، مشکلات الکتریکی یا برخی ناهماهنگیها در عملکرد ماژول باشد.
افزایش غیرعادی دما علاوه بر کاهش راندمان، میتواند به مواد و اتصالات اطراف سلول فشار حرارتی وارد کند. به همین دلیل بررسی حرارتی تجهیزات یکی از ابزارهای مهم نگهداری پیشگیرانه نیروگاههای PV است.
IEC TS 62446-3 به بازرسی ترموگرافی مادون قرمز در ماژولها و نیروگاههای PV میپردازد و این روش را در زمینه نگهداری پیشگیرانه، شناسایی ناهنجاریهای حرارتی و ایمنی سیستم پوشش میدهد.
راهکارهای پیشگیری:
- شستوشو و پاکسازی اصولی پنلها
- جلوگیری از ایجاد سایههای غیرضروری
- ترموگرافی دورهای ماژولها
- بررسی سلامت Bypass Diode
- شناسایی و تعویض ماژولهای معیوب
- پایش عملکرد Stringها
1) خرابی کانکتورها و اتصالات DC
یکی از نقاط حساس هر نیروگاه خورشیدی، محل اتصال کابلها و کانکتورهاست.
استفاده از کانکتورهای نامتناسب، پرس غیراصولی، نفوذ رطوبت، نصب نادرست، آلودگی یا شل شدن اتصال میتواند مقاومت الکتریکی را افزایش دهد. افزایش مقاومت نیز میتواند باعث افزایش دمای موضعی و تشدید ریسک خرابی شود.
بنابراین تنها ظاهر مشابه دو کانکتور برای اتصال آنها کافی نیست و سازگاری تجهیزات باید مطابق مشخصات فنی سازنده و الزامات طراحی پروژه بررسی شود.
در بخش اتصالات DC باید به موارد زیر توجه شود:
- استفاده از کانکتورهای تأییدشده و سازگار
- استفاده از ابزار Crimp مناسب
- کنترل کیفیت اتصالات پیش از راهاندازی
- جلوگیری از قرار گرفتن کانکتور روی سطح زمین
- جلوگیری از ورود آب، گردوغبار و آلودگی
- حذف فشار مکانیکی روی اتصال
- بازرسی دورهای اتصالات در برنامه O&M
2) آسیب کابلهای خورشیدی
کابلهای DC بخش گستردهای از یک نیروگاه خورشیدی را تشکیل میدهند و هرگونه آسیب مکانیکی یا حرارتی در آنها میتواند عملکرد و ایمنی سیستم را تحت تأثیر قرار دهد.
لبههای تیز سازه، خمشدگی بیش از حد کابل، تماس مداوم با سطوح ساینده، تابش مستقیم و شرایط محیطی نامناسب، کابلکشی بدون ساپورت مناسب یا اجرای غیرصحیح مسیر کابل از جمله مواردی هستند که باید در طراحی و نصب کنترل شوند.
IEC 62548-1 الزامات مربوط به سیمکشی DC، حفاظت الکتریکی و ایمنی آرایههای PV را پوشش میدهد. همچنین IEC TS 62738 در طراحی نیروگاههای خورشیدی زمینی به موضوعاتی مانند روشهای مسیریابی کابل، انتخاب کابل، حفاظت اضافهجریان و همبندی در نیروگاههای گسترده میپردازد.
3) نقص یا افزایش دمای اینورتر
اینورتر یکی از مهمترین تجهیزات نیروگاه خورشیدی است و شرایط نصب آن تأثیر مستقیمی بر عملکرد پایدار سیستم دارد.
اختلال در تهویه، تجمع گردوغبار، شرایط محیطی نامناسب، خرابی قطعات داخلی یا نگهداری ناکافی میتواند دمای کاری تجهیزات را افزایش دهد یا باعث بروز خطا شود.
برای کاهش ریسک باید محل نصب و شرایط بهرهبرداری اینورتر مطابق الزامات سازنده طراحی شده و بازدید، نظافت و سرویس تجهیزات در برنامه نگهداری نیروگاه قرار گیرد.
4) اضافهولتاژ، صاعقه و انتخاب نامناسب SPD
نیروگاههای خورشیدی به دلیل گستردگی آرایهها و کابلکشی میتوانند در معرض اضافهولتاژهای گذرا قرار بگیرند. به همین دلیل طراحی صحیح سیستم حفاظت در برابر Surge اهمیت زیادی دارد.
استاندارد IEC 61643-31 الزامات و روشهای آزمون SPDهای مورد استفاده در سمت DC سیستمهای PV را مشخص میکند. IEC 61643-32 نیز اصول انتخاب، نصب و هماهنگی SPDها در سیستمهای فتوولتائیک را پوشش میدهد.
انتخاب نوع SPD، محل نصب و هماهنگی آن با سایر تجهیزات حفاظتی باید بر اساس طراحی الکتریکی و ارزیابی ریسک پروژه انجام شود.
5) ضعف سیستم ارت و همبندی
طراحی و اجرای صحیح سیستم Earthing و Equipotential Bonding یکی دیگر از بخشهای کلیدی ایمنی نیروگاه است.
ضعف در اتصالات ارت، خوردگی نقاط اتصال یا اجرای نامناسب همبندی میتواند عملکرد حفاظت الکتریکی را تحت تأثیر قرار دهد. استاندارد IEC 62548-1 در کنار سایر موضوعات، الزامات مرتبط با Earthing و حفاظت الکتریکی آرایههای PV را نیز پوشش میدهد.
چگونه از آتشسوزی نیروگاه خورشیدی جلوگیری کنیم؟
پیشگیری مؤثر از حریق باید در تمام چرخه عمر نیروگاه انجام شود؛ یعنی از مرحله طراحی تا بهرهبرداری.
1) طراحی مهندسی صحیح
اولین لایه ایمنی در مرحله طراحی شکل میگیرد.
در طراحی باید مواردی مانند:
- مسیر کابلکشی
- انتخاب کابل
- حفاظت اضافهجریان
- سیستم قطع و ایزولاسیون
- SPD
- Earthing و Bonding
- دسترسی تعمیراتی
- جانمایی تجهیزات
- شرایط محیطی
- سازه نگهدارنده
بهصورت یکپارچه بررسی شوند.
نسخه فعلی استاندارد طراحی آرایههای فتوولتائیک IEC 62548-1:2023 همراه با Amendment 1:2025 است که الزامات مربوط به سیمکشی DC، تجهیزات حفاظتی، Switching و Earthing را دربر میگیرد.
2) استفاده از تجهیزات استاندارد و سازگار
کاهش هزینه اولیه با حذف تجهیزات حفاظتی یا استفاده از تجهیزات نامتناسب میتواند ریسک بهرهبرداری را افزایش دهد.
کابل، کانکتور، Fuse، SPD، تجهیزات قطع، اینورتر و سایر اجزای الکتریکی باید با طراحی سیستم، ولتاژ و جریان عملیاتی، شرایط محیطی و الزامات استاندارد پروژه تطابق داشته باشند.
3) کنترل کیفیت نصب
حتی بهترین تجهیزات در صورت نصب نادرست نمیتوانند ایمنی مورد انتظار را تأمین کنند.
کنترل کیفیت اجرا باید حداقل موارد زیر را شامل شود:
- کنترل Crimp کانکتورها
- کنترل Torque اتصالات
- بررسی پلاریته
- تست مدارها
- کنترل کابلکشی
- بررسی نقاط تماس کابل با سازه
- کنترل همبندی
- بررسی سیستم ارت
- کنترل تجهیزات حفاظتی
- ثبت نتایج تست و راهاندازی
IEC 62446-1 الزامات مستندسازی، آزمونهای راهاندازی و بازرسی سیستمهای PV متصل به شبکه را مشخص میکند.
نقش پایش هوشمند در جلوگیری از حریق نیروگاه خورشیدی
یکی از مؤثرترین روشهای مدیریت ریسک، شناسایی خطا پیش از تبدیل شدن آن به خرابی جدی است.
سیستم مانیتورینگ نیروگاه باید امکان بررسی روندهای غیرعادی را فراهم کند. اختلاف غیرمعمول جریان میان Stringها، افت ناگهانی تولید، افزایش دمای تجهیزات یا تکرار خطاهای اینورتر میتواند نشانهای برای انجام بررسی فنی باشد.
ترکیب دادههای مانیتورینگ با بازدیدهای میدانی و ترموگرافی میتواند به تیم O&M کمک کند تا نقاط پرریسک را سریعتر شناسایی کند. استاندارد IEC 62446-2 نیز نگهداری پیشگیرانه، نگهداری اصلاحی، ایمنی کارکنان و فعالیتهای مرتبط با قابلیت اطمینان و جلوگیری از حریق در سیستمهای PV متصل به شبکه را پوشش میدهد.
ترموگرافی؛ یکی از ابزارهای مهم تشخیص زودهنگام
دوربینهای حرارتی امکان شناسایی اختلاف دمای غیرعادی در تجهیزات را فراهم میکنند.
در یک نیروگاه خورشیدی میتوان از ترموگرافی برای بررسی بخشهایی مانند:
- سطح ماژولها
- کانکتورها
- نقاط اتصال
- تابلوهای DC
- تجهیزات قدرت
- برخی اتصالات و کابلها
استفاده کرد.
IEC TS 62446-3 الزامات مربوط به ترموگرافی Outdoor نیروگاهها و ماژولهای PV را شامل شرایط محیطی اندازهگیری، تجهیزات، روش بازرسی، گزارشدهی و طبقهبندی ناهنجاریهای حرارتی تشریح میکند.
مدیریت نامناسب پوشش گیاهی
در نیروگاههای زمینی، نگهداری و مدیریت Vegetation بخشی از فعالیتهای بهرهبرداری و نگهداری است و IEC 62446-2 نیز به نگهداری پوشش گیاهی در نیروگاههای PV اشاره دارد.
مهمترین استانداردهای ایمنی نیروگاه خورشیدی
| کاربرد اصلی | استاندارد |
|---|---|
| طراحی آرایه PV، سیمکشی DC، حفاظت، قطع و ارت | IEC 62548-1:2023 + AMD1:2025 |
| مستندسازی، بازرسی و تستهای راهاندازی | IEC 62446-1 |
| نگهداری پیشگیرانه و اصلاحی نیروگاههای PV | IEC 62446-2:2020 |
| ترموگرافی ماژولها و نیروگاههای خورشیدی | IEC TS 62446-3 |
| الزامات نصب الکتریکی سیستمهای PV | IEC 60364-7-712:2025 |
| تشخیص و قطع قوس DC در سیستمهای فتوولتائیک | IEC 63027:2023 |
| لزامات SPD در سمت DC سیستم PV | IEC 61643-31 |
| انتخاب و نصب SPD در سیستمهای PV | IEC 61643-32 |
IEC 60364-7-712 در سال 2025 نیز بازنگری شده و نسخه سوم آن الزامات نصب الکتریکی سیستمهای PV را پوشش میدهد.
استاندارد دقیق مورد استفاده در هر پروژه باید بر اساس کشور محل اجرا، الزامات کارفرما، ضوابط اتصال به شبکه و مشخصات فنی پروژه تعیین شود.
نقش سازه خورشیدی در افزایش ایمنی نیروگاه
اگرچه بسیاری از ریسکهای اصلی حریق در نیروگاه خورشیدی ماهیت الکتریکی دارند، طراحی سازه خورشیدی میتواند بر نحوه کابلکشی، دسترسی به تجهیزات، نگهداری و حفاظت مکانیکی اجزای سیستم اثرگذار باشد.
به همین دلیل طراحی سازه صرفاً مسئله تحمل بار پنلها نیست. در یک طراحی مهندسی باید شرایط بهرهبرداری نیروگاه نیز در نظر گرفته شود.
1) ایجاد مسیر مناسب برای کابلکشی
جانمایی صحیح اعضای سازه میتواند امکان هدایت و مهار مناسب کابلها را فراهم کند و احتمال تماس کابل با نقاط نامناسب را کاهش دهد.
2) حذف یا کنترل لبههای آسیبزا
در نقاطی که کابلها در مجاورت سازه عبور میکنند، طراحی و اجرای مناسب باید از آسیب مکانیکی به عایق کابل جلوگیری کند.
3) ایجاد دسترسی مناسب برای بازرسی
نیروگاه باید در طول عمر خود بارها مورد بازدید، تعمیر و نگهداری قرار گیرد. طراحی سازهای که دسترسی کارشناسان به پنلها، کابلها و نقاط مورد بازرسی را دشوار کند، فرآیند O&M را پیچیدهتر خواهد کرد.
4) دوام در شرایط محیطی
سازههای نیروگاه خورشیدی سالها در معرض رطوبت، باد، تابش خورشید، گردوغبار و سایر عوامل محیطی قرار دارند. انتخاب صحیح متریال و سیستم حفاظت در برابر خوردگی، بخشی از طراحی برای دوام بلندمدت سازه است.
IEC 62548-1:2023 در بازنگری الزامات طراحی PV، الزامات مربوط به Mounting Structure و کابلها را نیز مورد بازنگری قرار داده است.
جمعبندی؛ ایمنی نیروگاه خورشیدی از طراحی آغاز میشود
آتشسوزی در نیروگاه خورشیدی معمولاً یک اتفاق بدون نشانه و غیرقابلکنترل نیست. بسیاری از ریسکها را میتوان با طراحی صحیح، تجهیزات مناسب، کنترل کیفیت نصب، تست و راهاندازی اصولی، پایش مستمر و نگهداری پیشگیرانه کاهش داد.
قوس الکتریکی، Hot Spot، اتصالات نامناسب، آسیب کابل، خرابی تجهیزات و اضافهولتاژ از جمله مواردی هستند که باید در طراحی و برنامه بهرهبرداری نیروگاه مورد توجه قرار گیرند.
در این میان، سازه خورشیدی نیز بخشی از اکوسیستم ایمنی نیروگاه است. طراحی مسیر مناسب کابلها، دسترسی مناسب برای تعمیر و بازرسی، کاهش احتمال آسیب مکانیکی کابلها و انتخاب راهکار متناسب با شرایط محیطی پروژه میتواند بهرهبرداری و نگهداری نیروگاه را تسهیل کند.
در پروژههای خورشیدی، ایمنی یک تجهیز نیست؛ نتیجه هماهنگی طراحی، سازه، تجهیزات الکتریکی، اجرا و بهرهبرداری است.
سوالات متداول درباره آتشسوزی نیروگاه خورشیدی
مهمترین علت آتشسوزی در نیروگاه خورشیدی چیست؟
یک علت واحد برای تمام حوادث وجود ندارد. خطا در اتصالات DC، قوس الکتریکی، آسیب کابل، Hot Spot، خرابی تجهیزات و ضعف در طراحی یا نگهداری از مهمترین ریسکهایی هستند که باید بررسی شوند.
Arc Fault در نیروگاه خورشیدی چیست؟
Arc Fault یا قوس الکتریکی نوعی تخلیه الکتریکی است که میتواند در اثر ایجاد شرایط نامناسب در اتصال یا مدار شکل بگیرد و دمای زیادی ایجاد کند. IEC 63027 استاندارد تخصصی تجهیزات تشخیص و قطع قوس DC در سیستمهای PV است.
Hot Spot پنل خورشیدی چیست؟
Hot Spot به ناحیهای از ماژول گفته میشود که دمای آن بهصورت غیرعادی از سایر قسمتها بیشتر میشود. ترموگرافی یکی از روشهای شناسایی ناهنجاریهای حرارتی در نیروگاههای خورشیدی است و IEC TS 62446-3 به این موضوع اختصاص دارد.
هر چند وقت یکبار باید نیروگاه خورشیدی بازرسی شود؟
فاصله بازرسی باید بر اساس طراحی نیروگاه، شرایط محیطی، الزامات سازندگان تجهیزات، سوابق خطا، برنامه O&M و الزامات پروژه تعیین شود و نمیتوان یک بازه واحد را برای همه نیروگاهها تجویز کرد. IEC 62446-2 چارچوب مرتبط با نگهداری سیستمهای PV متصل به شبکه را ارائه میکند.
آیا سازه خورشیدی در ایمنی نیروگاه تأثیر دارد؟
بله. سازه بر نحوه عبور و مهار کابلها، امکان دسترسی برای بازرسی و تعمیرات، تماس احتمالی کابل با اجزای مکانیکی و پایداری تجهیزات در شرایط محیطی اثرگذار است. الزامات Mounting Structure نیز در IEC 62548-1 مورد توجه قرار گرفته است.
مهمترین استاندارد طراحی ایمن آرایه خورشیدی چیست؟
یکی از استانداردهای اصلی، IEC 62548-1:2023همراه با Amendment 1:2025 است که الزامات طراحی آرایههای PV شامل سیمکشی DC، تجهیزات حفاظتی، Switching و Earthing راپوشش میدهد.