太阳能电池板火灾危险性的实验研究

【摘要】：为了缓解日益紧张的能源紧张问题,德国、美国等国家相继推广了光伏并网发电系统,我国也在推行西部太阳能发电工程。太阳能发电系统的应用日趋普遍,但太阳能电池板长期工作在暴晒环境中,容易老化,存在火灾隐患。光伏发电日渐越普及,从人口稀疏地区向人口密集区延伸,由光伏发电站向光伏建筑一体化发展,太阳能电池火灾将直接威胁生命安全,光伏火灾的研究也迫在眉睫。目前对太阳能电池板的火灾危险性研究很少,本文通过分析光伏火灾案例及相关文献总结出引发光伏火灾的两个主要原因： (1)电弧故障(2)自燃。同时,光伏火灾“霸占”天台等救援通道,有可能诱发消防人员触电。太阳能电池组件的安全性能测试一般根据IEC 61215:2005、IEC 61730—2:2004、UL 1703:20043种光伏组件测试标准进行,本文对三种标准进行了对比分析。实验部分,本研究选择市场上应用普遍的多晶硅太阳能电池板作为实验材料,在锥形量热仪平台上进行了28kW/m2、30kW/m2、35 kW/m2、40 kW/m2和45 kW/m2五种辐射强度下电池板的燃烧实验,对实验数据分析获得了着火时间(TTI)、临界辐射热流(CHR)、热释放速率(HRR)、质量损失速率(MLR)等多个参数,并运用Petrella评价体系对太阳能电池组件的热危险性和烟气毒性进行了评价。文章通过理论分析和实验验证得出电池板为热厚型材料,运用Petrella评价体系分析得出电池板在30kW/m2及其以下的辐射强度下闪燃的危险性低,而在35-45kW/m2的辐射强度下闪燃危险性为中等。另外,电池板的总热释放量在38-57kW/m2之间,处于Petrella评价体系中的中等危险程度。实际上,被广泛应用于发电站及屋顶上的大型电池板的厚度是实验用电池板厚度的5-10倍,且屋顶火灾的火焰温度在800-900 ℃当火势蔓延至整个房屋时,火焰温度达到900-1000℃,即日常火灾中的火焰辐射强度远大于实验中的外加辐射强度。所以,在实际火灾中电池板的总热释放量也将远远大于实验值。实验表明,电池板产生的气体毒性可以忽略。另外,本文还对太阳能电池板中的主要可燃材料EVA进行了火灾危险性的实验研究。根据实验结果,从热危险性和气体毒性两个方面对EVA的火灾危险性进行了评价,并与太阳能电池板的危险性进行了对比。 【关键词】：太阳能电池火灾 锥形量热仪 火灾烟气毒性 热危险性
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 太阳能电池板火灾现状14-20
• 1.2.1 太阳能电池板的发电原理14-15
• 1.2.2 太阳能电池板火灾原因及其特殊性15-20
• 1.3 太阳能电池火灾研究现状20-22
• 1.3.1 太阳能电池组件安全性测试标准20-21
• 1.3.2 光伏材料火灾的研究现状21
• 1.3.3 太阳能电池板火灾危险性研究现状21-22
• 1.4 论文研究内容22-23
• 1.5 本文章节安排23-25
• 第2章 实验装置及原理25-31
• 2.1 引言25
• 2.2 锥形量热仪25-28
• 2.2.1 锥形量热仪结构26-27
• 2.2.2 锥形量热仪实验原理27-28
• 2.3 热电偶与数据采集系统28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第3章 太阳能电池板火灾危险性31-53
• 3.1 引言31
• 3.2 实验介绍31-33
• 3.2.1 实验样品31-32
• 3.2.2 辐射强度的确定32-33
• 3.3 燃烧过程及其理论分析33-36
• 3.3.1 太阳能电池板的燃烧过程33-34
• 3.3.2 理论分析34-36
• 3.4 实验结果分析36-52
• 3.4.1 着火时间与临界辐射强度36-42
• 3.4.2 热响应参数(TRP)42-45
• 3.4.3 热危险性分析45-47
• 3.4.4 气体毒性分析47-49
• 3.4.5 质量损失及汽化潜热49-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 太阳能电池板内部材料的火灾危险性53-63
• 4.1 实验材料及工况设置53-54
• 4.2 实验结果分析54-58
• 4.2.1 热危险性评价54-57
• 4.2.2 气体毒性评价57-58
• 4.3 EVA薄层与太阳能电池板的火灾危险性对比58-60
• 4.4 本章小结60-63
• 第5章 总结与展望63-67
• 5.1 本文主要工作63-64
• 5.2 本文工作创新点64
• 5.3 进一步工作展望64-67
• 致谢67-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文69-71
• 参考文献71-74

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