關(guān)于接地故障的危險(xiǎn)性涉及了若干個(gè)不同的方面，我們就選取三個(gè)相對(duì)嚴(yán)重的情況來(lái)舉例說(shuō)明。對(duì)于一個(gè)同時(shí)包括多個(gè)并聯(lián)組串（Multi String）的光伏系統(tǒng)，其中一個(gè)組串出現(xiàn)了接地故障，此時(shí)其他組串的電流因?yàn)殡妱?shì)差將會(huì)注入發(fā)生第一故障的組串。每個(gè)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(guò)這個(gè)最大值時(shí)，組件半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)就可能被破壞，變身為一個(gè)相當(dāng)大阻值的發(fā)熱器，根據(jù)熱能公式 ，隨著時(shí)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(xiǎn)。而且這種自燃不是單個(gè)組件自燃，而是一整個(gè)組串自燃。這種情況在光照越強(qiáng)的地區(qū)和越強(qiáng)的季節(jié)（比如甘肅的夏季）就風(fēng)險(xiǎn)越高。我們?cè)诮衲瓿跞フ{(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(jì)的時(shí)候沒(méi)有考慮到反相電流的過(guò)載保護(hù)（Overcurrent Protection）這一塊。澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS/NZS 5033:2012 中對(duì)于過(guò)載保護(hù)的保險(xiǎn)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(shí)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(diǎn)時(shí)，有不少業(yè)內(nèi)朋友私信問(wèn)我是否可以使用阻流二極管（Blocking Diode）來(lái)代替保險(xiǎn)絲（Fuse）。然而無(wú)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(jì)時(shí)把阻流二極管設(shè)計(jì)進(jìn)去是沒(méi)有問(wèn)題的 ，AS/NZS 5033:2012在4.3.11章節(jié)對(duì)于這部分也有明確的選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，同時(shí)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(lái)替代系統(tǒng)的電流過(guò)載保護(hù)裝置。）
 

　　第二個(gè)危害是來(lái)自直流電的電?。ˋrc）。由于電流的特性，交流電漏電時(shí)候經(jīng)常會(huì)看到電火花，但是直流電卻會(huì)形成電弧，直流電流會(huì)在出現(xiàn)接地故障的部分形成類(lèi)似“藕斷絲連”的電弧路徑，同時(shí)因?yàn)榇嬖诮^緣故障，電流流通不流暢，電能會(huì)堆積在被破壞的接口處，所以會(huì)持續(xù)的產(chǎn)生電火花并且釋放熱能。如果此時(shí)屋頂若堆積有易燃的雜物，就會(huì)造成火災(zāi)隱患。不過(guò)常見(jiàn)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(gè)危害，我個(gè)人認(rèn)為第二故障的出現(xiàn)危險(xiǎn)性是最大的。AS/NZS 5033:2012標(biāo)準(zhǔn)要求逆變器需要具備識(shí)別接地故障的能力并且通過(guò)發(fā)送信息或者鳴警報(bào)錯(cuò)，然而這個(gè)要求被推后了24個(gè)月才會(huì)被強(qiáng)制實(shí)施在需要以及不需要功能性接地的組件系統(tǒng)上，這無(wú)疑是潛在的又增加的接地故障的危險(xiǎn)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(wú)法探測(cè)到的。這是因?yàn)榈谝还收虾偷诙收系耐瑫r(shí)出現(xiàn)會(huì)短路直流系統(tǒng)，同時(shí)正極故障處有個(gè)相對(duì)于地面的正電勢(shì)，負(fù)極故障處有個(gè)一負(fù)電勢(shì)，人員無(wú)論觸碰到哪一端都存在被電擊危險(xiǎn)。直流電的安全電流上限是50毫安，同時(shí)因?yàn)楣夥到y(tǒng)一般設(shè)計(jì)都是本著“高壓低流”的理念來(lái)設(shè)計(jì)的，所以很常見(jiàn)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(shí)候，身體會(huì)顫抖，有幾率可能甩開(kāi)電擊源；可是被直流電電擊的話(huà)，身體只會(huì)小幅度痙攣而不會(huì)大幅搖晃或振動(dòng)，這就意味著人會(huì)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(shí)間決定生還的概率”，也就是說(shuō)被“吸”的時(shí)間越長(zhǎng)，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(duì)于它也是相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。

 

　　接地故障對(duì)于非隔離式逆變器除了安全問(wèn)題，對(duì)電功質(zhì)量也有一定影響，會(huì)存在直流直接注入電網(wǎng)的可能性，成量后會(huì)直接影響用戶(hù)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(yùn)行，需要將正極或負(fù)極接地來(lái)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(shí)期內(nèi)會(huì)大幅度下降。近幾年因?yàn)橐慌M件商在制作電池板的時(shí)候，忽視了電壓誘導(dǎo)衰減（Potential Induced Degradation）的影響。對(duì)于上百千瓦級(jí)的項(xiàng)目上，在一些特殊的環(huán)境下，PID對(duì)于整個(gè)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(shí)是因?yàn)楣杵瑑?nèi)部的P-N結(jié)處的Depletion Region因?yàn)檫吙虻慕拥囟a(chǎn)生相對(duì)電勢(shì)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(wú)隔離式逆變器一起使用，換言之，對(duì)于已有的無(wú)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?yàn)閮蓚€(gè)方面，直流注入以及接地故障。據(jù)我有限的了解范圍，國(guó)內(nèi)系統(tǒng)有些無(wú)隔離逆變器系統(tǒng)采用把負(fù)極接地來(lái)改善組件效率，設(shè)計(jì)師的理由是因?yàn)槟孀兤鹘涣鞫嗽贛EN部分零線(xiàn)（Neutral）是和地線(xiàn)（Earth）連接的，所以根據(jù)無(wú)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(méi)有問(wèn)題的。這顯然是不正確的。對(duì)于絕大多數(shù)的逆變器在工作的時(shí)候，在H-bridge進(jìn)行逆變的時(shí)候，無(wú)論是五開(kāi)關(guān)式還是六開(kāi)關(guān)式，直流端的輸入口的正極和負(fù)極事實(shí)上是輪流和交流輸出端的火線(xiàn)和零線(xiàn)接通的，而并非負(fù)極恒定接通零線(xiàn)的。當(dāng)直流系統(tǒng)的負(fù)極接通火線(xiàn)時(shí)，正極接通零線(xiàn)時(shí)，此時(shí)由于系統(tǒng)的負(fù)極是被功能性接地的，而零線(xiàn)在交流MEN端也是接地的，光伏系統(tǒng)就會(huì)注入一定量的直流電到電網(wǎng)，注入量由系統(tǒng)大小，IJBT開(kāi)關(guān)控制時(shí)間以及回路距離長(zhǎng)短決定。其次，無(wú)隔離式逆變器對(duì)于接地故障的探測(cè)是非常脆弱的，目前較先進(jìn)的技術(shù)也只能探測(cè)到第一故障，并且還是存在十分之一左右的錯(cuò)報(bào)幾率，而功能性接地其實(shí)相當(dāng)于人為制造了一個(gè)第一故障。如果隨后第二故障出現(xiàn)，逆變器將會(huì)無(wú)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(zhuān)門(mén)解釋一下，雖然目前的主流的DC/DC升壓控制采取的是開(kāi)關(guān)控制法，但是同樣有一些無(wú)隔離式逆變器依然采用較老的“Flyback Inductor Transformer”控制，就是通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器的Turning Ratio來(lái)實(shí)現(xiàn)升壓和降壓控制。這個(gè)方法的好處是將光伏系統(tǒng)和逆變橋隔離開(kāi)來(lái)，這樣就不存在直流注入的問(wèn)題，缺點(diǎn)在于變壓器效率損耗，零點(diǎn)交叉時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)波形影響以及維修成本和難度增加。那么配有該控制的無(wú)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(jì)處理后才可以。毫無(wú)疑問(wèn)，直接采用隔離式逆變器會(huì)有效且安全的多。
 

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