光伏组件带来的住宅防火挑战

安装在屋顶的光伏面板固然可以一定程度地缓解能源压力,然可燃物累积和电气发热确实带来了新的消防挑战,又因面板自身相对较低的防火性能更影响整个屋面系统的耐火等级。结合研究试验,本文从可燃物累积、自身散热、电气发热和整体耐火性能等层面论述发展太阳光电面板产业新标准的必要性。

安装在屋顶的光伏面板固然可以一定程度地缓解能源压力,然可燃物累积和电气发热确实带来了新的消防挑战,又因面板自身相对较低的防火性能更影响整个屋面系统的耐火等级。结合研究试验,本文从可燃物累积、自身散热、电气发热和整体耐火性能等层面论述发展太阳光电面板产业新标准的必要性。

 在城市化高速发展的时代,能源相对短缺现象已是全球必须面临的压力。光伏因具有总储量大的优势,且来源广泛及环保无污染等特点成为最佳能源解决方案,因此可收吸光伏进行转换发电的面板顺应而生,并有越来越多的商用及居家建筑屋顶取材应用。只是光伏面板的导入确实能带来可观的能源收益,但遗憾的是,因使用面板而导致火灾事件层出不穷。针对此,UL 研究团队通过大量的实验分析,归纳可燃物累计、电气发热和光伏面板自身较低的耐火能力为火灾意外的主要肇因,并致力发展新的标准条文。

 可燃物累积 — 由于日积月累的自然风吹雨淋,枯草落叶等可燃物在普通的坡面屋顶上难以堆积,然而光伏面板一旦安装后,即与屋顶形成夹层,为上述可燃物提供挡风遮雨的“最佳处所”,再因人为不便清理因素,于是屋顶便无形有了火灾隐患。为观察枯草落叶在光伏面板屋顶可能带来的灾害,UL 研究团队利用《UL 790 屋面燃烧测试标准》的实验设备,将小火星吹到屋顶以代替落叶等可燃物进行一组对比实验,结果显而易见:一般屋顶因为特性的关系,确实难以累积落叶等材料而引发火灾,但已安装光伏面板的屋顶,落叶等可燃物会在夹层中堆积而不断蓄积热量并最终导致这项实验的失败。

  通过实验也不难发现:即便安装了开孔仅为 1/16 英吋的滤网阻隔,小火星依然能够进入夹层中并导致实验失败。但此一对比实验的结果却也证明,虽然安装滤网并不能完全能阻挡小火星造成的火灾意外,但仍能够在自然条件下,某种程度的减少枯草或者落叶等可燃物进入夹层的可能性,以降低意外的风险。

  自身散热 — 半导体材料在光照条件下会产生光生伏特效应(Photovoltaic Effect),意指光伏在直接转换为电能的过程中,自身也会产生热量。在无加装光伏面板的一般屋面上,热辐射量大致在 15KW/M2 左右,但加上面板后,中间夹层部分的热辐射量可高达41 kW/M2(如< 表一>);而若再加装额外的滤网,显然会对整个系统的散热产生影响。

  依据 UL 1703 标准,将相同的两块光伏面板安装在模拟屋顶的木板上,其中一块四周都安装上开孔为 1/8 的滤网,另外一块则无任何处理,此时将两块面板都接通电路并使之处于正常使用状态两日后,通过对比实验和记录可显著发现:安装滤网的光伏面板的底板和二极管之温升皆比没有安装面板高出 3-5℃(如< 表二>)。由此可见滤网的安装对散热势必有不利影响,特别是在夏天环境温度较高的情况下,前述的 3-5℃ 温差也许就成了对象会否达到可燃物燃点的关键。

光伏组件带来的住宅防火挑战

    耐火等级评估 — 此部份将由光伏面板本身制作的材料属性所决定,其耐火等级通常只能达到 UL 790 标准中规定的最基本 C等级,而达不到屋面系统一般所要求的最高 A 等级,故当二者安装在一起的时候,就只能通过改变安装方式或加上额外的防护等措施提高共同的耐火等级。事实上,UL 在通过大量的对比实验后,也发现只有当光伏面板和屋面间的垂直距离为 0(意指无夹层)或者是安装完全无开孔的挡板,才能通过测试。

   综合上述的实验结果,光伏面板的安装确实会为屋面防火带来更加严竣的新挑战,尤其是当面板被点燃后,即等同于赋予火场增添额外燃料的因子,而使得火灾情况更形恶劣。当进入新能源时代,身为研发者与使用者的人类,在全盘兼顾能源利用和消防安全的情况下,绝对须将光伏面板和屋面二者组合为一整体考虑。UL 顺应新能源产品应用所运筹的新标准规范,除聚焦在光伏面板产品本身质量的更加严格控管外,也希望能够对于其落实安装层面有所着墨,如通过对面板到屋面垂直距离的调节和滤网、以及挡火板的合理使用,让火灾风险尽可能降至最低。

光伏组件带来的住宅防火挑战

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