An toàn cháy nổ trong các hệ thống điện mặt trời: Tìm hiểu về xếp hạng và phòng chống cháy nổ

Các hệ thống điện mặt trời ngày càng phổ biến như một nguồn năng lượng sạch cho gia đình, doanh nghiệp và cộng đồng. Các hệ thống này chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, cung cấp năng lượng cho các cơ sở khác nhau.

Tuy nhiên, cũng giống như bất kỳ hệ thống điện nào, hệ thống điện mặt trời có thể gây ra rủi ro hỏa hoạn nếu không được lắp đặt đúng cách.

Do đó, hiểu được các cân nhắc về an toàn cháy nổ liên quan đến hệ thống quang điện là điều cần thiết để vận hành an toàn.

Tầm quan trọng của an toàn cháy nổ trong hệ thống PV

Các hệ thống quang điện đưa ra những thách thức riêng về an toàn cháy nổ phải được giải quyết để chúng hoạt động an toàn.

Bản chất dòng điện một chiều và điện áp cao của hệ thống quang điện có thể tạo ra hồ quang điện và tia lửa, có thể đốt cháy các vật liệu gần đó.

Hơn nữa, nếu các mô-đun quang điện không được lắp đặt và bảo trì đúng cách, nhiệt do chúng tạo ra có thể gây hỏa hoạn.

Do đó, các cân nhắc về an toàn cháy nổ phải được xem xét trong quá trình thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống quang điện.

Tiêu chuẩn đánh giá cháy

Một số tiêu chuẩn công nghiệp tồn tại để cung cấp hướng dẫn về xếp hạng chống cháy của hệ thống điện mặt trời. Các tiêu chuẩn này bao gồm:

UL 1703

UL 1703 là một tiêu chuẩn do Underwriters Laboratories phát triển , đưa ra các yêu cầu về xếp hạng chống cháy cho các mô-đun quang điện.

Tiêu chuẩn này bao gồm các khía cạnh khác nhau liên quan đến an toàn cháy nổ, bao gồm:

• Tính dễ cháy của mô-đun: UL 1703 đặt ra các yêu cầu đối với các đặc tính dễ cháy của vật liệu mô-đun quang điện, đảm bảo rằng chúng không góp phần đáng kể vào việc lan truyền lửa.
• Khả năng chống bắt lửa của mô-đun: Tiêu chuẩn quy định các thử nghiệm để xác định khả năng chống bắt lửa của các mô-đun quang điện, đảm bảo rằng chúng không dễ bắt lửa bởi các nguồn nhiệt hoặc ngọn lửa bên ngoài.
• Lan truyền ngọn lửa trên mô-đun: UL 1703 bao gồm các quy trình thử nghiệm để đánh giá sự lan truyền của ngọn lửa trên bề mặt của các mô-đun quang điện khi tiếp xúc với lửa.

Bằng cách tuân thủ UL 1703, các nhà sản xuất có thể giúp đảm bảo rằng các mô-đun quang điện của họ được thiết kế và xây dựng có tính đến an toàn cháy nổ, giảm nguy cơ xảy ra sự cố liên quan đến hỏa hoạn trong các hệ thống năng lượng mặt trời.

Sự tuân thủ này rất quan trọng để người lắp đặt và người dùng cuối tin tưởng vào chất lượng và độ an toàn của các mô-đun quang điện được sử dụng trong lắp đặt năng lượng mặt trời.

IEC61730

IEC 61730, một tiêu chuẩn do Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế tạo ra, xác định các yêu cầu về xếp hạng chống cháy cho các mô-đun quang điện.

Tiêu chuẩn này nhằm đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy của các mô-đun quang điện trong các ứng dụng và điều kiện môi trường đa dạng.

IEC 61730 bao gồm hai phần:

IEC 61730-1: Yêu cầu xây dựng: IEC 61730-1 đề cập đến các yêu cầu chung đối với vật liệu, thiết kế và xây dựng các mô-đun PV. Nó bao gồm các thông số kỹ thuật cho các yếu tố như tải trọng cơ học, khả năng chống va đập, nhiệt độ và độ ẩm.

IEC 61730-2: Yêu cầu thử nghiệm: IEC 61730-2 nêu chi tiết quy trình thử nghiệm cho các mô-đun quang điện, đảm bảo chúng tuân thủ các yêu cầu quy định trong IEC 61730-1. Điều này bao gồm các thử nghiệm về cách điện, tải trọng cơ học, chu trình nhiệt, v.v.

Tiêu chuẩn IEC 61730 đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng các mô-đun quang điện an toàn, đáng tin cậy và có thể chịu được các điều kiện môi trường khác nhau mà không gây ra rủi ro hỏa hoạn hoặc các mối nguy hiểm khác.

Việc tuân thủ tiêu chuẩn này là rất quan trọng để các nhà sản xuất, nhà lắp đặt và người dùng cuối tin tưởng vào chất lượng và độ an toàn của các mô-đun quang điện được sử dụng trong các hệ thống năng lượng mặt trời.

NFPA 70, Mã điện quốc gia

Bộ luật Điện lực Quốc gia Hoa Kỳ, hay NFPA 70, đưa ra các hướng dẫn cho việc lắp đặt hệ thống điện, bao gồm cả hệ thống điện mặt trời. Mã này bao gồm các yêu cầu đối với việc lắp đặt hệ thống điện mặt trời và giải quyết các cân nhắc về an toàn cháy nổ.

Class – Lớp đánh giá bảo vệ năng lượng mặt trời

Cấp xếp hạng bảo vệ năng lượng mặt trời, còn được gọi là cấp xếp hạng chống cháy, cho biết mức độ chống cháy của hệ thống quang điện.

Các tiêu chuẩn như UL 1703 và IEC 61730 xác định các loại này bằng cách đánh giá tính dễ cháy, khả năng chống bắt lửa và khả năng lan truyền ngọn lửa trên các mô-đun quang điện. Các hệ thống điện mặt trời thường có ba cấp độ chống cháy: Loại A, Loại B và Loại C.

Xếp hạng	Xếp hạng lan truyền ngọn lửa	Xếp hạng phát triển khói	Thích hợp để sử dụng trong
Hạng A	0-25	0-450	khu vực có nguy cơ cháy trung bình; các ứng dụng dân cư nơi yêu cầu mức độ phòng cháy chữa cháy vừa phải.
Hạng B	26-75	0-450	Khu vực có nguy cơ cháy thấp; các ứng dụng dân cư nơi yêu cầu mức độ phòng cháy chữa cháy thấp.
Lớp C	76-200	0-450	Khu vực có nguy cơ cháy thấp; các ứng dụng dân cư nơi yêu cầu mức độ phòng cháy chữa cháy thấp.

Cấp độ xếp hạng bảo vệ năng lượng mặt trời PV và mức độ phù hợp để sử dụng

Hạng A

Class A. Các mô-đun này đã vượt qua các thử nghiệm cháy nghiêm ngặt nhất, bao gồm các thử nghiệm ASTM E84 và UL 790 và ít có khả năng bắt lửa hoặc lan truyền ngọn lửa nhất.

Thử nghiệm ASTM E84 kiểm tra đặc tính cháy bề mặt của vật liệu xây dựng, trong khi thử nghiệm UL 790 tập trung vào khả năng chống cháy của vật liệu lợp mái.

Khi đối mặt với hỏa hoạn, các mô-đun PV có xếp hạng Loại A đã được đưa vào thử nghiệm để chống lại sự lan rộng của ngọn lửa và tạo ra khói.

Để nhận được xếp hạng Loại A, các mô-đun PV phải có xếp hạng lan truyền ngọn lửa từ 0-25 và xếp hạng phát triển khói từ 0-450.

Xếp hạng độ lan truyền của ngọn lửa đo tốc độ mà ngọn lửa di chuyển trên bề mặt của mô-đun. Trong khi đó, xếp hạng phát triển khói kiểm tra lượng khói được tạo ra.

Các mô-đun loại A lý tưởng cho các khu vực có nguy cơ cháy cao hoặc những nơi bắt buộc phải có biện pháp phòng cháy chữa cháy tối đa. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng thương mại, công nghiệp và dân cư, nơi các quy tắc xây dựng địa phương yêu cầu mức độ phòng cháy chữa cháy cao.

Xếp hạng Loại A đảm bảo mức độ chống cháy cao nhất cho các hệ thống quang điện. Đó là một cân nhắc quan trọng để đảm bảo an toàn và độ tin cậy của các hệ thống này.

Hạng B

Khi nói đến khả năng bảo vệ năng lượng mặt trời, xếp hạng Loại B nằm ở giữa, cung cấp khả năng chống cháy ở mức độ vừa phải so với các mô-đun Loại A.

Mặc dù không phải trải qua các thử nghiệm cháy nổ rộng rãi như các mô-đun Loại A, nhưng các mô-đun có xếp hạng Loại B vẫn cung cấp các tiêu chuẩn chống cháy tốt.

Để đạt được xếp hạng Loại B, các mô-đun cần phải vượt qua phạm vi định mức lan truyền ngọn lửa là 26-75 và định mức phát triển khói là 0-450.

Các mô-đun loại B phù hợp với các khu vực có nguy cơ hỏa hoạn vừa phải, thường được sử dụng cho các ứng dụng dân dụng. Chúng không cung cấp cùng mức độ chống cháy như các mô-đun Loại A, vì vậy bạn cần xem xét các nguy cơ hỏa hoạn cụ thể của vị trí lắp đặt và xếp hạng chống cháy thích hợp.

Nhìn chung, xếp hạng Loại B cung cấp khả năng chống cháy vừa phải cho các hệ thống quang điện và rất quan trọng để đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy của chúng.

Hạng C

Khi nói đến khả năng bảo vệ năng lượng mặt trời PV, các mô-đun được xếp hạng Loại C cung cấp mức độ chống cháy thấp nhất, khiến chúng dễ bắt lửa hoặc cháy lan nhất.

Nhìn chung, các mô-đun Loại C trải qua các thử nghiệm chống cháy kém nghiêm ngặt hơn so với các mô-đun Loại A và B.

Để đạt được xếp hạng Loại C, chúng phải vượt qua phạm vi định mức lan truyền ngọn lửa là 76-200 và định mức phát triển khói là 0-450, đo tốc độ ngọn lửa di chuyển trên bề mặt mô-đun và lượng khói tạo ra.

Các mô-đun Loại C thường được sử dụng ở những khu vực có nguy cơ hỏa hoạn thấp, nơi các quy chuẩn xây dựng địa phương không cần đến hệ thống phòng cháy chữa cháy cấp độ cao, thường thấy trong các ứng dụng dân cư.

Điều đáng chú ý là trong trường hợp hỏa hoạn, các mô-đun Loại C có thể bắt lửa hoặc lan truyền ngọn lửa nhanh chóng vì chúng cung cấp khả năng chống cháy ở mức độ thấp nhất.

Do đó, bạn phải đánh giá các nguy cơ hỏa hoạn cụ thể của địa điểm và chọn xếp hạng hỏa hoạn phù hợp cho mục đích sử dụng.

Tóm lại, xếp hạng Loại C cung cấp mức chống cháy thấp nhất cho các hệ thống PV, đây là một khía cạnh quan trọng cần xem xét ở các khu vực có nguy cơ cháy thấp để đảm bảo an toàn và độ tin cậy của chúng.

Bạn cần sản phẩm chống cháy nào?

Xếp hạng chống cháy cần thiết cho hệ thống quang điện của bạn sẽ phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm:

Vị trí

Nếu bạn dự định lắp đặt hệ thống quang điện ở khu vực dễ xảy ra cháy rừng, hệ thống đó có thể cần xếp hạng chống cháy loại A do nguy cơ hỏa hoạn cao ở những khu vực đó.

Cháy rừng có thể nhanh chóng lan rộng và dễ dàng đốt cháy các hệ thống PV, cho thấy nhu cầu về khả năng chống cháy cao.

Các quy chuẩn xây dựng địa phương có thể yêu cầu các hệ thống PV có xếp hạng chống cháy Loại A để lắp đặt ở những khu vực này trong một số trường hợp nhất định.

Ở những vùng có nhiệt độ cao hoặc điều kiện thời tiết khắc nghiệt như sa mạc, hệ thống PV có thể yêu cầu xếp hạng chống cháy cao hơn do nguy cơ hỏa hoạn tăng do nhiệt độ cao hoặc sét đánh.

Trong những trường hợp này, hệ thống PV có xếp hạng chống cháy Loại A có thể là hiệu quả nhất trong việc ngăn chặn sự lan rộng của ngọn lửa.

Luật Xây dựng

Để đáp ứng các quy tắc xây dựng địa phương về an toàn cháy nổ, các hệ thống PV phải được lắp đặt với xếp hạng chống cháy cụ thể như Loại A hoặc Loại B.

Điều này đặc biệt quan trọng ở những khu vực có nguy cơ hỏa hoạn cao như California, nơi yêu cầu tất cả các mô-đun PV được lắp đặt ở một số khu vực nhất định phải có xếp hạng Loại A.

Để đảm bảo rằng các yêu cầu này được đáp ứng, cần phải lắp đặt các biện pháp bổ sung như tấm chắn lửa và/hoặc hệ thống lắp đặt chống cháy.

Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Quốc gia (NFPA) có hướng dẫn lắp đặt các loại hệ thống này sẽ giúp bảo vệ chống ngọn lửa lan rộng nếu xảy ra sự cố tiềm ẩn.

Điều cần thiết là khi lắp đặt bất kỳ loại hệ thống quang điện nào, bạn phải xem xét các quy tắc xây dựng tại địa phương và tuân theo các quy định phù hợp về việc xây dựng và lắp đặt chúng để chúng có thể bảo vệ tối đa khỏi hỏa hoạn trong khi vẫn cung cấp khả năng tạo năng lượng đáng tin cậy trong suốt vòng đời của nó.

Nguy cơ hỏa hoạn

Khi lắp đặt hệ thống PV gần các nguồn có khả năng gây cháy nổ, chẳng hạn như đường ống dẫn khí đốt hoặc bình chứa khí propan, chỉ số chống cháy cao hơn là rất quan trọng để ngăn ngọn lửa lan sang hệ thống PV.

Trong những trường hợp này, một hệ thống PV có xếp hạng chống cháy Loại A sẽ là lý tưởng vì nó cung cấp khả năng chống cháy ở mức cao nhất.

Tương tự, các hệ thống quang điện được lắp đặt ở những khu vực có điều kiện thời tiết khắc nghiệt, chẳng hạn như gió lớn hoặc nhiệt độ cao, có thể yêu cầu xếp hạng chống cháy cao hơn để đảm bảo hệ thống có thể chịu được những thách thức này.

Ví dụ: hệ thống quang điện ở khu vực dễ bị bão có thể yêu cầu xếp hạng chống cháy cao hơn để ngăn ngọn lửa lan rộng khi có gió lớn.

Việc chọn xếp hạng chống cháy phù hợp cho hệ thống điện mặt trời sẽ giúp đảm bảo độ an toàn và độ tin cậy của hệ thống trong các điều kiện khác nhau bằng cách xem xét cẩn thận các yếu tố môi trường cụ thể và các nguy cơ tiềm ẩn của vị trí lắp đặt.

Loại tòa nhà

Khi cài đặt một hệ thống PV, điều quan trọng là phải xem xét loại tòa nhà mà nó sẽ được cài đặt. Điều này đặc biệt quan trọng khi đánh giá rủi ro hỏa hoạn và bảo vệ cư dân tòa nhà và cơ sở hạ tầng quan trọng.

Ví dụ: nếu bạn đang lắp đặt hệ thống PV trên tòa nhà cao tầng hoặc bệnh viện, gần như chắc chắn bạn sẽ cần xếp hạng chống cháy cao hơn để ngăn ngọn lửa lan rộng theo chiều dọc.

Xếp hạng chống cháy loại A thường được khuyến nghị trong những tình huống này vì nó cung cấp khả năng chống cháy ở mức cao nhất, giảm thiểu thiệt hại và hạn chế sự lan rộng của ngọn lửa.

Tuy nhiên, tùy thuộc vào nguy cơ hỏa hoạn ở khu vực xung quanh, việc lắp đặt hệ thống PV trên tòa nhà dân cư một tầng hoặc tầng thấp có thể không yêu cầu chỉ số chống cháy cao như vậy. Trong những trường hợp như vậy, chỉ số chống cháy Loại B hoặc Loại C có thể đủ.

Yêu cầu bảo hiểm

Các nhà cung cấp bảo hiểm thường yêu cầu xếp hạng chống cháy cụ thể cho các hệ thống PV để đảm bảo phạm vi bảo hiểm phù hợp trong trường hợp hỏa hoạn.

Xếp hạng chống cháy bắt buộc có thể thay đổi tùy theo vị trí hoặc loại tòa nhà và các rủi ro liên quan.

Trong một số trường hợp, các công ty bảo hiểm có thể yêu cầu xếp hạng chống cháy cao hơn cho các hệ thống PV để giảm rủi ro hỏa hoạn và giảm thiểu thiệt hại tiềm ẩn.

Bên cạnh xếp hạng chống cháy, các nhà cung cấp cũng có thể yêu cầu các biện pháp phòng cháy bổ sung, chẳng hạn như lắp đặt hệ thống báo cháy, để tăng cường an toàn và giảm thiểu thiệt hại trong trường hợp hỏa hoạn.

Khi xem xét việc lắp đặt hệ thống PV, điều quan trọng là phải xem xét các yêu cầu cụ thể của chính sách bảo hiểm của bạn để đảm bảo hệ thống của bạn có xếp hạng và khả năng chống cháy phù hợp.

Đầu tư vào xếp hạng phòng cháy chữa cháy cao hơn và các biện pháp an toàn phòng cháy chữa cháy bổ sung có thể mang lại sự an tâm và bảo vệ khoản đầu tư của bạn khỏi những thiệt hại tiềm ẩn liên quan đến hỏa hoạn.

Tìm hiểu thêm về Xếp hạng lan truyền ngọn lửa

Khi đánh giá vật liệu xây dựng về an toàn cháy nổ, nhiều yếu tố bao gồm nhiệt độ đánh lửa, độc tính của khói và khả năng lan truyền ngọn lửa được xem xét. Khả năng lan truyền ngọn lửa, được sử dụng để mô tả các đặc tính cháy trên bề mặt của vật liệu xây dựng, là một trong những đặc tính chống cháy được thử nghiệm nhiều nhất của vật liệu. Thử nghiệm nổi tiếng nhất để phát triển đánh giá này là Phương pháp thử nghiệm E-84 của Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM), thường được gọi là thử nghiệm đường hầm.

Thử nghiệm đường hầm đo khoảng cách và tốc độ lan truyền của ngọn lửa trên bề mặt của mẫu thử. Trong thử nghiệm này, một mẫu vật liệu rộng 20 inch và dài 25 feet, được lắp đặt làm trần của buồng thử nghiệm và tiếp xúc với ngọn lửa khí ở một đầu. Xếp hạng độ lan truyền ngọn lửa (FSR) thu được được biểu thị bằng một số trên thang liên tục trong đó tấm xi măng cốt thép vô cơ là 0 và gỗ sồi đỏ là 100. Thang này được chia thành ba loại. Các phân loại lan truyền ngọn lửa được sử dụng phổ biến nhất là: Loại I hoặc A, với FSR 0-25; Loại II hoặc B với FSR 26-75; và Loại III hoặc C với 76-200 FSR.

Nói chung, vật liệu vô cơ như gạch hoặc ngói là vật liệu loại I. Nguyên liệu gỗ nguyên tấm thường là loại II, trong khi nguyên liệu gỗ tái chế như ván ép, ván dăm hay ván cứng là loại III. Gỗ nguyên tấm được định nghĩa là gỗ được sử dụng ở dạng giống như gỗ xẻ từ cây.

Mặc dù các loại gỗ khác nhau có tốc độ cháy (lan truyền ngọn lửa) trên bề mặt khác nhau, nhưng hầu hết các sản phẩm gỗ đều có mức lan truyền ngọn lửa nhỏ hơn 200 và được coi là vật liệu Loại C hoặc III. Một số loài có chỉ số lan truyền ngọn lửa nhỏ hơn 75 một chút và được coi là vật liệu Loại B hoặc II. Biểu đồ dưới đây tổng hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau và hiển thị xếp hạng mức độ lan truyền của ngọn lửa đối với một số vật liệu xây dựng phổ biến:

Hệ thống phân loại mức độ lan truyền ngọn lửa được chấp nhận rộng rãi nhất xuất hiện trong Bộ luật An toàn Tính mạng của Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Quốc gia, NFPA Số 101. Bộ luật này nhóm các lớp sau theo mức độ lan truyền ngọn lửa và khói của chúng:

Loại A – Ngọn lửa lan rộng 0-25, khói phát triển 0-450.

Loại B – Ngọn lửa lan rộng 26-75, khói phát triển 0-450.

Loại C – Ngọn lửa lan rộng 76-200, khói phát triển 0-450.

NFPA 101 chủ yếu áp dụng phân loại này cho vật liệu hoàn thiện tường và trần nội thất. Lớp phủ mái nhà phải đáp ứng một bộ tiêu chí khác.