關(guān)于接地故障的危險性涉及了若干個不同的方面，我們就選取三個相對嚴(yán)重的情況來舉例說明。對于一個同時包括多個并聯(lián)組串（Multi String）的光伏系統(tǒng)，其中一個組串出現(xiàn)了接地故障，此時其他組串的電流因為電勢差將會注入發(fā)生第一故障的組串。每個組件都有自身最大反相電流的標(biāo)準(zhǔn)值，以前叫Maximum Reverse Current，現(xiàn)在叫Maximum Series Fuse Rating，當(dāng)從其他組串注入的電流超過這個最大值時，組件半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)就可能被破壞，變身為一個相當(dāng)大阻值的發(fā)熱器，根據(jù)熱能公式 ，隨著時間的推移，熱量積攢到一定程度，板子就存在著很大幾率的自燃的危險。而且這種自燃不是單個組件自燃，而是一整個組串自燃。這種情況在光照越強的地區(qū)和越強的季節(jié)（比如甘肅的夏季）就風(fēng)險越高。我們在今年初去調(diào)研了位于澳大利亞中部的沙漠地區(qū)Kings Canyon的一起事故，起火原因就是系統(tǒng)在設(shè)計的時候沒有考慮到反相電流的過載保護(hù)（Overcurrent Protection）這一塊。澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS/NZS 5033:2012 中對于過載保護(hù)的保險絲電流值的取值范圍有著明確的規(guī)定，介于1.5倍和2.4倍的組件短路電流值之間，其實也是參照著組件的Maximum Series Fuse Rating制定的。當(dāng)我在微博中提出這一點時，有不少業(yè)內(nèi)朋友私信問我是否可以使用阻流二極管（Blocking Diode）來代替保險絲（Fuse）。然而無論是從元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)上還是安全參數(shù)上，答案都是不可以。當(dāng)然在系統(tǒng)設(shè)計時把阻流二極管設(shè)計進(jìn)去是沒有問題的 ，AS/NZS 5033:2012在4.3.11章節(jié)對于這部分也有明確的選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，同時明確的陳述“Blocking diodes may be used but they are not a replacement for overcurrent protection。”（阻流二極管可以被使用但是不可以用來替代系統(tǒng)的電流過載保護(hù)裝置。）
 

　　第二個危害是來自直流電的電?。ˋrc）。由于電流的特性，交流電漏電時候經(jīng)常會看到電火花，但是直流電卻會形成電弧，直流電流會在出現(xiàn)接地故障的部分形成類似“藕斷絲連”的電弧路徑，同時因為存在絕緣故障，電流流通不流暢，電能會堆積在被破壞的接口處，所以會持續(xù)的產(chǎn)生電火花并且釋放熱能。如果此時屋頂若堆積有易燃的雜物，就會造成火災(zāi)隱患。不過常見的情況就是直接把故障接口處的電纜燒斷進(jìn)而徹底斷路系統(tǒng)。
 

　　第三個危害，我個人認(rèn)為第二故障的出現(xiàn)危險性是最大的。AS/NZS 5033:2012標(biāo)準(zhǔn)要求逆變器需要具備識別接地故障的能力并且通過發(fā)送信息或者鳴警報錯，然而這個要求被推后了24個月才會被強制實施在需要以及不需要功能性接地的組件系統(tǒng)上，這無疑是潛在的又增加的接地故障的危險性。另外如果系統(tǒng)先后出現(xiàn)了第一故障和第二故障分別在正極和負(fù)極上，逆變器是無法探測到的。這是因為第一故障和第二故障的同時出現(xiàn)會短路直流系統(tǒng)，同時正極故障處有個相對于地面的正電勢，負(fù)極故障處有個一負(fù)電勢，人員無論觸碰到哪一端都存在被電擊危險。直流電的安全電流上限是50毫安，同時因為光伏系統(tǒng)一般設(shè)計都是本著“高壓低流”的理念來設(shè)計的，所以很常見到上百伏或上千伏的光伏系統(tǒng)。由于交流電的電流特性，當(dāng)人被交流電電擊的時候，身體會顫抖，有幾率可能甩開電擊源；可是被直流電電擊的話，身體只會小幅度痙攣而不會大幅搖晃或振動，這就意味著人會被“吸”在了電擊源上。電擊的傷害正確的理解方式可以闡述為“電流的大小決定被傷害的程度，而被電擊的時間決定生還的概率”，也就是說被“吸”的時間越長，死亡可能性就越大。就算是一直被認(rèn)為安全性較高的隔離式逆變器，第二故障的存在對于它也是相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。

 

　　接地故障對于非隔離式逆變器除了安全問題，對電功質(zhì)量也有一定影響，會存在直流直接注入電網(wǎng)的可能性，成量后會直接影響用戶端變壓器的功能和壽命。

 

　　功能性接地（Functional Earthing）主要是一部分組件，比如薄膜電池（Thim Film）和背面電池（Back Contact）為了正常運行，需要將正極或負(fù)極接地來引流走堆積的電子，抵抗自身的“bar-graph”腐蝕。早幾年的薄膜組件如果不功能性接地幾乎就不能用，工作效率在短時期內(nèi)會大幅度下降。近幾年因為一批組件商在制作電池板的時候，忽視了電壓誘導(dǎo)衰減（Potential Induced Degradation）的影響。對于上百千瓦級的項目上，在一些特殊的環(huán)境下，PID對于整個系統(tǒng)的輸出功率影響還是比較可觀的。然而不同于TCO腐蝕，PID其實是因為硅片內(nèi)部的P-N結(jié)處的Depletion Region因為邊框的接地而產(chǎn)生相對電勢差而導(dǎo)致電子偏移造成的現(xiàn)象，如果將直流輸出端的負(fù)極接地，等同于功能性接地，便可以有效地改善PID現(xiàn)象。為了和功能性接地匹配，就目前的逆變器科技而言，只能使用隔離式逆變器。
 

　　功能性接地不能夠也不應(yīng)該被允許和無隔離式逆變器一起使用，換言之，對于已有的無隔離式逆變器系統(tǒng)，不能夠也不應(yīng)該被允許功能性接地組件系統(tǒng)。而且越是大功率系統(tǒng)這樣做的后果就越嚴(yán)重，主要是因為兩個方面，直流注入以及接地故障。據(jù)我有限的了解范圍，國內(nèi)系統(tǒng)有些無隔離逆變器系統(tǒng)采用把負(fù)極接地來改善組件效率，設(shè)計師的理由是因為逆變器交流端在MEN部分零線（Neutral）是和地線（Earth）連接的，所以根據(jù)無隔離逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，直流端系統(tǒng)負(fù)極接地是沒有問題的。這顯然是不正確的。對于絕大多數(shù)的逆變器在工作的時候，在H-bridge進(jìn)行逆變的時候，無論是五開關(guān)式還是六開關(guān)式，直流端的輸入口的正極和負(fù)極事實上是輪流和交流輸出端的火線和零線接通的，而并非負(fù)極恒定接通零線的。當(dāng)直流系統(tǒng)的負(fù)極接通火線時，正極接通零線時，此時由于系統(tǒng)的負(fù)極是被功能性接地的，而零線在交流MEN端也是接地的，光伏系統(tǒng)就會注入一定量的直流電到電網(wǎng)，注入量由系統(tǒng)大小，IJBT開關(guān)控制時間以及回路距離長短決定。其次，無隔離式逆變器對于接地故障的探測是非常脆弱的，目前較先進(jìn)的技術(shù)也只能探測到第一故障，并且還是存在十分之一左右的錯報幾率，而功能性接地其實相當(dāng)于人為制造了一個第一故障。如果隨后第二故障出現(xiàn)，逆變器將會無法做出正確的判斷，進(jìn)而可能存在一系列的安全隱患。

 

　　這里還有必要專門解釋一下，雖然目前的主流的DC/DC升壓控制采取的是開關(guān)控制法，但是同樣有一些無隔離式逆變器依然采用較老的“Flyback Inductor Transformer”控制，就是通過調(diào)節(jié)變壓器的Turning Ratio來實現(xiàn)升壓和降壓控制。這個方法的好處是將光伏系統(tǒng)和逆變橋隔離開來，這樣就不存在直流注入的問題，缺點在于變壓器效率損耗，零點交叉時間延長對波形影響以及維修成本和難度增加。那么配有該控制的無隔離式逆變器是否可以匹配系統(tǒng)負(fù)極直接接地的功能性接地技術(shù)呢？答案還是不行，需要優(yōu)化設(shè)計處理后才可以。毫無疑問，直接采用隔離式逆變器會有效且安全的多。
 

　　對于隔離式的功能性接地，其實也有若干規(guī)定。我們將會在下一篇關(guān)于屋頂隔離器開關(guān)選擇中再做詳細(xì)的分析和解釋。