居曉宇，廖百勝,2，黃玉彪，彭 揚(yáng)，楊立中*

(1. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230026；2. 西南科技大學(xué)土木建筑與藝術(shù)學(xué)院，綿陽 621010；

3. 國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，合肥 230601)

0 引言

在人類社會(huì)飛速發(fā)展的同時(shí)，傳統(tǒng)化石能源如煤炭、石油等卻正日益枯竭。為應(yīng)對(duì)能源短缺危機(jī)，人類開發(fā)利用了多種新型能源，而太陽能因具有能量的持續(xù)性[1]、普遍性、清潔和安全可靠等特點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注與應(yīng)用。光伏發(fā)電作為利用太陽能的重要形式，其與建筑結(jié)合應(yīng)用的方式[2-3]近年來取得了快速發(fā)展，這種將光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合的系統(tǒng)稱為光伏建筑一體化(BIPV)系統(tǒng)；但該系統(tǒng)在為建筑提供能源的同時(shí)，也為建筑的火災(zāi)防治帶來了新難題。在過去數(shù)十年間，世界范圍內(nèi)由BIPV系統(tǒng)引發(fā)的火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，造成了較為嚴(yán)重的人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。雖然這種形式的火災(zāi)問題已經(jīng)越來越引起人們的重視，但目前對(duì)其的研究仍處于起步階段。本文對(duì)BIPV 系統(tǒng)及其引發(fā)的火災(zāi)的危險(xiǎn)性進(jìn)行了闡述和分析，系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)有研究成果，并對(duì)未來的研究進(jìn)行了展望。

1 BIPV 系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r

在全球總能耗中，建筑能耗約占30%以上，為了實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，BIPV 系統(tǒng)被證明是一種有效的方式[4]。通過分析發(fā)現(xiàn)，BIPV 系統(tǒng)具有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：1)光伏組件可直接安裝在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面(或屋頂)，無需額外占用土地；2)可實(shí)現(xiàn)就地發(fā)電及利用，大幅節(jié)省了電網(wǎng)運(yùn)輸?shù)耐顿Y成本，并降低了輸電損耗[5]；3)除了向建筑自身供電外，還可將多余電能輸送到電網(wǎng)，以緩解用電高峰期的供需矛盾；4)安裝在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的光伏組件可吸收部分太陽光，有助于改善室內(nèi)溫度，降低空調(diào)的負(fù)荷[6-7]；5)有助于推動(dòng)光伏組件的生產(chǎn)及應(yīng)用場景的增加，降低光伏組件市場價(jià)格[8]。

過去數(shù)十年間，多個(gè)國家相繼出臺(tái)了BIPV系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃。為振興經(jīng)濟(jì)、緩解能源危機(jī)，美國一直將開發(fā)新能源技術(shù)列為其重要的發(fā)展對(duì)策，并于1997 年提出了“百萬光伏屋頂”計(jì)劃，即在100 萬個(gè)建筑屋頂或建筑的其他位置安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)；法國、德國、意大利、西班牙等歐盟國家相繼制定了新的能源政策，著力于推動(dòng)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；印度尼西亞、印度等發(fā)展中國家也出臺(tái)了一系列的優(yōu)惠政策，以扶持光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

中國自2006 年實(shí)施《中華人民共和國可再生能源法》以來，致力于大力發(fā)展光伏發(fā)電，并取得了顯著成績。財(cái)政部與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部都積極響應(yīng)國家“大力推進(jìn)節(jié)能減排，積極開發(fā)新能源”的號(hào)召，于2009 年共同發(fā)布了包括《太陽能光電建筑應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》《關(guān)于加快推進(jìn)太陽能光電建筑應(yīng)用的實(shí)施意見》及《關(guān)于印發(fā)太陽能光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目申報(bào)指南的通知》等文件，以補(bǔ)貼和鼓勵(lì)示范性光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展。2016 年，國家能源局在《太陽能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出，到2020 年底，全國光伏發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到1.05 億kW，太陽能年利用量超過1.4 億tce。

2 光伏組件的分類

目前已有多種類型的光伏組件被應(yīng)用于BIPV 系統(tǒng)。其中，晶體硅光伏組件由于開發(fā)最早且發(fā)電效率高，其市場份額最大，約為86%。晶體硅光伏組件的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

因覆蓋層材料的差異，晶體硅光伏組件可分為硬質(zhì)光伏組件和柔性光伏組件2 種類型。硬質(zhì)光伏組件的覆蓋層材料為鋼化玻璃，其堅(jiān)固耐用，可有效保護(hù)電池和其他封裝材料；而柔性光伏組件的覆蓋層材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)。柔性光伏組件作為近年來剛進(jìn)入市場的新型產(chǎn)品，因柔韌性強(qiáng)、可裁剪、便攜等特點(diǎn)而逐漸受到用戶的青睞。

3 BIPV 系統(tǒng)的火災(zāi)危害性

在光伏組件的各層封裝材料中，EVA 膠膜和TPT 背板均屬于可燃性材料，增加了建筑自身的燃料荷載。除上述材質(zhì)問題外，BIPV 系統(tǒng)帶來的火災(zāi)危害還體現(xiàn)在以下5 個(gè)方面[9-10]：1)妨礙建筑通風(fēng)排煙系統(tǒng)的正常運(yùn)行。建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的煙霧可能會(huì)在光伏陣列下方積聚，對(duì)建筑通風(fēng)排煙系統(tǒng)排出內(nèi)部煙霧產(chǎn)生不利影響。2)改變建筑內(nèi)、外部的火勢蔓延途徑。建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的火焰在光伏組件下方延伸，從而形成頂棚射流火焰，會(huì)顯著增加組件下方屋面材料受到的火焰輻射。這勢必會(huì)改變火焰的蔓延路徑，對(duì)建筑造成更嚴(yán)重的損害。3)妨礙消防滅火救援操作。當(dāng)建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，消防人員將無法在較短時(shí)間內(nèi)通過破拆作業(yè)等方式快速到達(dá)建筑內(nèi)部，救出被困人員。4)若BIPV 系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)正處于工作狀態(tài)，會(huì)給消防救援人員帶來觸電的危險(xiǎn)。5)光伏組件燃燒產(chǎn)生的毒性氣體會(huì)對(duì)附近人員造成傷害。

表1 展示了近幾年國內(nèi)外涉及BIPV 系統(tǒng)引發(fā)火災(zāi)的案例。從表中可以看出，BIPV 系統(tǒng)引發(fā)火災(zāi)后破壞性強(qiáng)，火災(zāi)的防治難度高。因此，對(duì)BIPV 系統(tǒng)引發(fā)的火災(zāi)的危險(xiǎn)性進(jìn)行系統(tǒng)性地研究變得尤為必要。

4 BIPV 系統(tǒng)的火災(zāi)特性研究進(jìn)展

針對(duì)BIPV 系統(tǒng)的火災(zāi)特性，研究人員已開展了一些研究，主要包括光伏組件的火災(zāi)特性、組件內(nèi)部可燃性材料的火災(zāi)特性，以及光伏陣列對(duì)建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性的影響特性等。

4.1 光伏組件的火災(zāi)特性

WOHLGEMUTH 等[11]發(fā)現(xiàn)，串聯(lián)電阻高、熱斑效應(yīng)和電弧故障是導(dǎo)致光伏組件過熱進(jìn)而起火的主要原因。為增強(qiáng)組件的安全性，他們提出了以下建議：1)篩除具有低分流電阻或易產(chǎn)生熱斑效應(yīng)的光伏組件；2)最大程度地減少電路內(nèi)部的開路；3)確保足夠的旁路二極管保護(hù)，并可根據(jù)ASTM E 2481[12]或IEC 61215[13]中的規(guī)定對(duì)組件進(jìn)行熱斑效應(yīng)測試；4)防止因安裝不正確引起的接地故障。

表1 近幾年BIPV 系統(tǒng)引發(fā)火災(zāi)的案例Table 1 Recent fire cases caused by BIPV system

CANCELLIERE[14]按照意大利的消防指南中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)現(xiàn)有的光伏組件引發(fā)的火災(zāi)的危險(xiǎn)性進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)，并提出了降低BIPV 系統(tǒng)火災(zāi)危害的解決方案。

CHOW 等[15]針對(duì)2 種晶體硅光伏組件開展了熱重和紅外光譜分析，其中一種是使用了聚氨酯粘合劑的硅酸鹽光伏組件，另外一種組件中含有環(huán)氧樹脂，并且可能存在火焰阻燃劑。通過利用錐形量熱儀進(jìn)行燃燒測試，獲得了2 種組件的總熱釋放量、閃燃概率和煙氣毒性等可以表征其熱危害與煙氣毒性危害的參數(shù)。結(jié)果顯示，在燃燒的早期階段，2 種組件的熱危害很小，但有大量的煙氣顆粒生成。

YANG等[16]通過開展錐形量熱儀燃燒實(shí)驗(yàn)，研究了晶體硅光伏組件的火災(zāi)特性。實(shí)驗(yàn)觀測到了光伏組件的著火時(shí)間、質(zhì)量損失速率、熱釋放速率、CO 和CO2濃度等參數(shù)，并基于Petrella準(zhǔn)則[17]對(duì)光伏組件引發(fā)的火災(zāi)的危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

居曉宇等[18-20]研究了柔性與硬質(zhì)晶體硅光伏組件的點(diǎn)燃溫度、點(diǎn)燃時(shí)間、熱釋放速率和臨界點(diǎn)燃熱通量等參數(shù)，表征了其著火特性，提出了預(yù)測光伏組件著火行為的數(shù)學(xué)模型。圖2 展示了錐形量熱儀燃燒實(shí)驗(yàn)中柔性與硬質(zhì)晶體硅光伏組件的典型燃燒現(xiàn)象[18]。

LIAO 等[21]利用火災(zāi)早期特性燃燒實(shí)驗(yàn)裝置研究了以PET 作為基質(zhì)層的光伏組件的燃燒熱與毒性危害。通過研究該種光伏組件在外加不同輻射熱流作用下的點(diǎn)燃時(shí)間、質(zhì)量損失速率、熱釋放速率及總?cè)紵裏幔治隹偨Y(jié)了其熱危害特性；同時(shí)，利用氣體探測設(shè)備對(duì)燃燒產(chǎn)生的如二氧化硫、氟化氫、氰化氫等毒性氣體進(jìn)行了探測，并結(jié)合毒性評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)氣體毒性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。

4.2 光伏組件內(nèi)部可燃性封裝材料的火災(zāi)特性

晶體硅光伏組件內(nèi)部的可燃性封裝材料包括EVA 膠膜和TPT 背板。研究人員已針對(duì)這2 種材料的熱解燃燒特性開展了相關(guān)研究。

BONNET 等[22]研制了一種包含磷和硅元素的阻燃型EVA 膠膜，其加熱測試結(jié)果顯示，這2 種元素對(duì)于電荷量較低的太陽電池產(chǎn)生了協(xié)同作用，并在電池表面形成了致密的碳化層，導(dǎo)致該EVA 膠膜的峰值熱釋放速率比純EVA 膠膜的降低了近35%。

居曉宇等[10]采用熱重-紅外光譜聯(lián)用分析法測定了典型晶體硅光伏組件封裝材料EVA 膠膜和TPT 背板的熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，揭示了其熱解反應(yīng)機(jī)制和產(chǎn)物揮發(fā)特性。

OHUCHI 等[23]使用氟塑料替代光伏組件中的EVA 膠膜。通過火焰蔓延測試發(fā)現(xiàn)，采用氟塑料封裝的光伏組件著火后產(chǎn)生的火焰要弱于采用EVA膠膜封裝的光伏組件著火后產(chǎn)生的火焰。

MCGRATTAN 等[24]使用熱重-紅外光譜-質(zhì)譜分析法觀測了EVA 膠膜的熱解特性，發(fā)現(xiàn)其主要有2 個(gè)熱解階段：醋酸分離和碳?xì)渲麈湹臄嗔选?/p>

NAIR 等[25]分別研究了FEVE/PET 背板、PVDF/PET/PVDF 背板和PVF/PET/PVF 背板這3種不同類型的商用光伏背板的燃燒特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，PVF/PET/PVF 背板的阻燃效果最佳；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，背板厚度對(duì)背板燃燒時(shí)間的影響較大。

4.3 光伏陣列對(duì)建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性的影響特性

BIPV 系統(tǒng)中的光伏陣列通常安裝于建筑屋頂或立面，其除了增加建筑自身的燃料荷載外，還改變了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)邊界條件，對(duì)火勢蔓延途徑產(chǎn)生了不利影響，加重了對(duì)建筑的損害。

美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室的BACKSTROM 等[26-27]建立了全尺寸房屋及相應(yīng)的屋頂光伏陣列模型，用于模擬與BIPV 系統(tǒng)相關(guān)的火災(zāi)，以研究消防員滅火救援過程中遇到的潛在危險(xiǎn)。其開展了2組實(shí)驗(yàn)：一組為建筑室內(nèi)發(fā)生轟燃后火焰經(jīng)窗戶蔓延燒至屋頂?shù)墓夥嚵猩?；另一組為屋頂上的可燃材料著火并蔓延到光伏陣列背面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，建筑著火后，切斷與某一組光伏組件連接的電路，并不能完全避免發(fā)生電氣火災(zāi)；2)光伏陣列下方的火焰會(huì)破壞屋頂，從而導(dǎo)致火勢蔓延至閣樓空間。

KRISTENSEN 等[28]研究了屋頂上光伏組件背面蔓延的火焰對(duì)屋面的再輻射特性。實(shí)驗(yàn)中，光伏組件被固定在坡度為13°的屋頂上，最低點(diǎn)距離屋面高度為9 cm。在測量了光伏組件下方屋面上的輻射熱流后發(fā)現(xiàn)：1)傾斜的光伏組件的下方屋面中，屋面抬升較高的一側(cè)受到的火焰再輻射熱流較大。這是因?yàn)榛鹧嬖谧矒魞A斜的光伏組件背面后更多地偏向了屋面較高的一側(cè)，從而形成了火焰的不均勻分布，增加了火焰偏轉(zhuǎn)較高一側(cè)的再輻射熱流。2)通過改變光伏組件的傾斜角度和安裝角度，可以影響其背面的火焰分布情況，進(jìn)而影響組件所在屋面受到的火焰再輻射熱流分布。

MIAO 等[29]選取典型的“房間-豎井”連通結(jié)構(gòu)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其在房間入口處放置了油池火火源，豎井立面安裝了4 塊光伏組件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與未安裝光伏組件的情況相比，安裝光伏組件后會(huì)對(duì)豎井內(nèi)的煙氣排出產(chǎn)生影響，導(dǎo)致豎井內(nèi)溫度顯著增加，加劇了火災(zāi)的危險(xiǎn)性。

居曉宇等[10,30]量化分析了平/坡屋頂安裝光伏組件對(duì)建筑火災(zāi)安全的影響機(jī)制，建立了預(yù)測火焰輻射反饋熱流分布規(guī)律的理論模型，提出了屋頂光伏陣列的安裝建議。圖3 展示了平屋頂安裝的光伏組件對(duì)屋面火災(zāi)再輻射特性影響的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

4.4 光伏組件火災(zāi)的滅火技術(shù)

當(dāng)BIPV 系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于光伏組件通常具有較高的電壓(300～1000 V)[11,31]，且無法及時(shí)斷開，因此在對(duì)其滅火的過程中，電力安全成了研究人員需要重點(diǎn)考慮的問題。

TOMMASINI 等[32]研究了以水流作為滅火劑，對(duì)建筑屋頂上帶電的光伏組件進(jìn)行滅火時(shí)，這一過程中的安全距離問題；綜合研究了包括水槍噴嘴設(shè)計(jì)、射流形狀、水壓及水流長度等在內(nèi)的不同條件下的滅火情況，并對(duì)射流水霧的導(dǎo)電特性進(jìn)行了評(píng)估。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在考慮安全距離的情況下，上述不同條件時(shí)的水流可以安全地熄滅直流電壓高達(dá)1000 V 的帶電光伏組件。

RAMANUJAM 等[33]開展了不同噴嘴直徑、水壓和滅火距離下對(duì)建筑立面的帶電光伏組件滅火的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1)在其他參數(shù)保持不變的情況下，增加水壓，漏電電流減??；2)增加水槍噴嘴與帶電光伏組件之間的距離可以減小漏電電流，而增加噴嘴直徑可以增加漏電電流；3)在直流輸入電壓為50 V、噴嘴直徑為9 mm、1.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的情況下，熄滅帶電光伏組件的安全距離為88 cm；4)在直流輸入電壓為50 V、1.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的條件下，當(dāng)噴嘴直徑為5 mm 時(shí)，熄滅帶電光伏組件的安全距離則上升為98 cm。

除上述文獻(xiàn)外，筆者尚未發(fā)現(xiàn)其他涉及BIPV 系統(tǒng)中光伏組件火災(zāi)滅火的相關(guān)研究。

5 對(duì)未來研究的思考

綜上所述可知，前人已經(jīng)開展了與BIPV 系統(tǒng)相關(guān)的火災(zāi)的危害和特性的相關(guān)研究，未來可以考慮從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步開展深入研究。

5.1 光伏組件熱解燃燒特性

由于光伏組件包括多層材料，若組件著火，其火焰蔓延過程必然涉及到內(nèi)部材料的傳熱及熱解。未來可以結(jié)合已經(jīng)得到的可燃材料熱解特性參數(shù)，建立光伏組件在外加輻射條件下的表面熱吸收、內(nèi)部熱傳導(dǎo)和熱解的一維熱解模型，以預(yù)測光伏組件的著火時(shí)間[8]。

目前多是在自然通風(fēng)條件下對(duì)光伏組件開展錐形量熱儀實(shí)驗(yàn)研究，然而在實(shí)際的BIPV 系統(tǒng)火災(zāi)中，位于火場中的部分光伏組件周圍的氧濃度可能要低于大氣中的氧濃度，進(jìn)而產(chǎn)生不同的燃燒行為。因此，未來可考慮采用材料火蔓延裝置(FPA)，針對(duì)光伏組件在不同氧氣濃度下的燃燒行為進(jìn)行研究。

此外，還可對(duì)光伏組件燃燒產(chǎn)生的氟化氫(HF)氣體的毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)；開展對(duì)小尺寸FPA測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果適用性的研究，即評(píng)價(jià)縮尺模型研究結(jié)果應(yīng)用于真實(shí)火災(zāi)場景中的情況；研究光伏組件熱解燃燒行為與環(huán)境的耦合作用等；同時(shí)，可以利用變傾角輻射實(shí)驗(yàn)臺(tái)(如圖4 所示)研究光伏組件在不同外部條件(如傾斜角度、外加輻射及環(huán)境風(fēng)速)下的燃燒特性，同時(shí)可對(duì)燃燒尾氣毒性進(jìn)行測定并評(píng)價(jià)。

由于光伏組件的種類多樣，其燃燒特性差異較大，因此可以考慮開展不同類型光伏組件的燃燒特性測試，對(duì)所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理；同時(shí)可借助已建立的理論模型對(duì)測試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深化研究；最后，建立相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，以便于與BIPV 系統(tǒng)相關(guān)的研究者、生產(chǎn)商及工程技術(shù)人員進(jìn)行參考和查閱。

5.2 光伏組件對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)火災(zāi)安全的影響機(jī)制

現(xiàn)有的研究大多是針對(duì)屋頂光伏組件背面的火焰延伸特性，并提出了預(yù)測再輻射熱流分布的關(guān)系式。未來可以開展建筑立面BIPV 系統(tǒng)火災(zāi)特性的研究。主要研究內(nèi)容可包括：搭建縮尺BIPV 系統(tǒng)模型，研究不同窗戶開口尺寸、不同溢流火源功率對(duì)建筑立面上安裝的光伏組件火災(zāi)特性的影響；針對(duì)不同類型的建筑立面光伏組件的火災(zāi)特性開展對(duì)比研究；耦合窗戶大小、火源功率及環(huán)境風(fēng)向、風(fēng)速等因素，綜合研究這些因素對(duì)建筑立面光伏組件火災(zāi)特性的影響；探究BIPV 系統(tǒng)縮尺模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果在真實(shí)尺度下的適用情況。

5.3 光伏組件電力故障引發(fā)自燃的特性

BIPV 系統(tǒng)中處于運(yùn)行狀態(tài)的光伏組件通常具有較高的電壓(300～1000 V)[11,31]，這意味著當(dāng)組件自身出現(xiàn)電路故障時(shí)可能會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)建筑火災(zāi)?，F(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，熱斑效應(yīng)、電弧故障和高串聯(lián)電阻是導(dǎo)致光伏組件過熱，從而引發(fā)火災(zāi)的直接原因。未來可側(cè)重于研究不同電阻阻抗效應(yīng)及電弧放電能量對(duì)光伏組件自燃的影響。同時(shí)，還可以對(duì)比研究不同老化程度的BIPV 系統(tǒng)中光伏組件產(chǎn)生電路故障的特性。

此外，也可以對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中各組成模塊(如光伏方陣、蓄電池組、蓄電池控制器、逆變器、交流配電器及太陽跟蹤器等)出現(xiàn)故障后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)安全性能的影響展開研究，進(jìn)行總結(jié)歸納后，提出相應(yīng)的電力火災(zāi)安全評(píng)價(jià)模型。所涉及到的故障包括：逆變器無法啟動(dòng)或正常運(yùn)行時(shí)突然停止工作；直流輸入開關(guān)或交流輸出開關(guān)無法正常合上，即一合上就跳閘；正常光照下，逆變器輸出功率不穩(wěn)定等因素。

5.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)的滅火技術(shù)

現(xiàn)有的研究重點(diǎn)關(guān)注在使用水作為滅火介質(zhì)來撲滅帶電光伏組件引發(fā)的火災(zāi)；然而水是一種電導(dǎo)體，滅火人員在撲救過程中存在觸電的風(fēng)險(xiǎn)。因此，尋找更加安全高效的滅火劑將成為未來研究的重點(diǎn)之一。通過系統(tǒng)對(duì)比研究市場上現(xiàn)有的如干粉、泡沫、氣體及水等常見滅火劑在不同類型光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)中的滅火效果，總結(jié)出采用不同滅火劑的各滅火方法的優(yōu)、缺點(diǎn)，并據(jù)此探討是否需要開發(fā)更加實(shí)用有效的滅火劑。

5.5 光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)的智能探測監(jiān)控

由于BIPV 系統(tǒng)通常包含大量光伏組件，當(dāng)某塊或某個(gè)區(qū)域的組件發(fā)生故障引發(fā)火災(zāi)時(shí)，若無預(yù)警措施，火勢可能由此蔓延開來，造成嚴(yán)重后果；但若在故障發(fā)生早期階段即能監(jiān)測到設(shè)備異常，并通報(bào)中控室，則可以大幅減小損失，降低引發(fā)大型火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)的早期探測報(bào)警，可以考慮從以下2 個(gè)方面開展研究工作：1)建立電力監(jiān)測系統(tǒng)。對(duì)運(yùn)行中的組件的電力學(xué)指標(biāo)參數(shù)(如電壓、電流及電阻等)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常，立即通報(bào)控制系統(tǒng)對(duì)異常情況作進(jìn)一步判斷和確認(rèn)；2)開發(fā)一套現(xiàn)場消防探測報(bào)警系統(tǒng)，其可由光電感煙探測器、攝像頭模組、溫度傳感器及通信芯片組成復(fù)合型可視化探測器，同時(shí)耦合通信控制單元、輸入輸出控制單元及圖像處理單元，以圖像數(shù)據(jù)形式反映現(xiàn)場情況，并傳輸?shù)街锌叵到y(tǒng)，為相關(guān)人員判斷故障情況提供重要依據(jù)。隨著智慧消防技術(shù)的發(fā)展，可以考慮將控制系統(tǒng)集成到相關(guān)管理人員的手機(jī)等個(gè)人移動(dòng)設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)調(diào)閱現(xiàn)場情況的功能。

6 結(jié)論

本文對(duì)BIPV 系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r、BIPV 系統(tǒng)引發(fā)火災(zāi)的危害性及與BIPV 系統(tǒng)相關(guān)的火災(zāi)特性的研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹，并針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，從光伏組件熱解燃燒特性、光伏組件對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)火災(zāi)安全的影響機(jī)制、光伏組件電力故障引發(fā)自燃的特性、光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)的滅火技術(shù)及光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)的智能探測監(jiān)控等方面對(duì)未來的研究進(jìn)行了展望。

美國伍斯特理工學(xué)院出版的《綠色建筑的消防安全挑戰(zhàn)》重點(diǎn)分析了現(xiàn)有的建筑可持續(xù)能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)建筑消防安全的影響[34]，并針對(duì)BIPV 系統(tǒng)的消防安全提出了一些在實(shí)際應(yīng)用中的建議。由此可見，BIPV 系統(tǒng)消防安全已經(jīng)引起國際上的廣泛關(guān)注和重視?？茖W(xué)防/減災(zāi)是實(shí)現(xiàn)BIPV 系統(tǒng)消防安全的必由之路，其中重點(diǎn)是加強(qiáng)對(duì)光伏組件自身火災(zāi)特性的認(rèn)知，并針對(duì)其發(fā)生機(jī)理制定出科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)方案和改進(jìn)措施，進(jìn)而從根本上實(shí)現(xiàn)BIPV 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益與消防安全并行的目的。