太陽能電池板火災(zāi)危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：為了緩解日益緊張的能源緊張問題,德國、美國等國家相繼推廣了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),我國也在推行西部太陽能發(fā)電工程。太陽能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用日趨普遍,但太陽能電池板長期工作在暴曬環(huán)境中,容易老化,存在火災(zāi)隱患。光伏發(fā)電日漸越普及,從人口稀疏地區(qū)向人口密集區(qū)延伸,由光伏發(fā)電站向光伏建筑一體化發(fā)展,太陽能電池火災(zāi)將直接威脅生命安全,光伏火災(zāi)的研究也迫在眉睫。目前對(duì)太陽能電池板的火災(zāi)危險(xiǎn)性研究很少,本文通過分析光伏火災(zāi)案例及相關(guān)文獻(xiàn)總結(jié)出引發(fā)光伏火災(zāi)的兩個(gè)主要原因： (1)電弧故障(2)自燃。同時(shí),光伏火災(zāi)“霸占”天臺(tái)等救援通道,有可能誘發(fā)消防人員觸電。太陽能電池組件的安全性能測(cè)試一般根據(jù)IEC 61215:2005、IEC 61730—2:2004、UL 1703:20043種光伏組件測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,本文對(duì)三種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)部分,本研究選擇市場上應(yīng)用普遍的多晶硅太陽能電池板作為實(shí)驗(yàn)材料,在錐形量熱儀平臺(tái)上進(jìn)行了28kW/m2、30kW/m2、35 kW/m2、40 kW/m2和45 kW/m2五種輻射強(qiáng)度下電池板的燃燒實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析獲得了著火時(shí)間(TTI)、臨界輻射熱流(CHR)、熱釋放速率(HRR)、質(zhì)量損失速率(MLR)等多個(gè)參數(shù),并運(yùn)用Petrella評(píng)價(jià)體系對(duì)太陽能電池組件的熱危險(xiǎn)性和煙氣毒性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。文章通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出電池板為熱厚型材料,運(yùn)用Petrella評(píng)價(jià)體系分析得出電池板在30kW/m2及其以下的輻射強(qiáng)度下閃燃的危險(xiǎn)性低,而在35-45kW/m2的輻射強(qiáng)度下閃燃危險(xiǎn)性為中等。另外,電池板的總熱釋放量在38-57kW/m2之間,處于Petrella評(píng)價(jià)體系中的中等危險(xiǎn)程度。實(shí)際上,被廣泛應(yīng)用于發(fā)電站及屋頂上的大型電池板的厚度是實(shí)驗(yàn)用電池板厚度的5-10倍,且屋頂火災(zāi)的火焰溫度在800-900 ℃當(dāng)火勢(shì)蔓延至整個(gè)房屋時(shí),火焰溫度達(dá)到900-1000℃,即日?；馂?zāi)中的火焰輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)中的外加輻射強(qiáng)度。所以,在實(shí)際火災(zāi)中電池板的總熱釋放量也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)值。實(shí)驗(yàn)表明,電池板產(chǎn)生的氣體毒性可以忽略。另外,本文還對(duì)太陽能電池板中的主要可燃材料EVA進(jìn)行了火災(zāi)危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從熱危險(xiǎn)性和氣體毒性兩個(gè)方面對(duì)EVA的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià),并與太陽能電池板的危險(xiǎn)性進(jìn)行了對(duì)比。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池火災(zāi) 錐形量熱儀 火災(zāi)煙氣毒性 熱危險(xiǎn)性
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 太陽能電池板火災(zāi)現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 太陽能電池板的發(fā)電原理14-15
• 1.2.2 太陽能電池板火災(zāi)原因及其特殊性15-20
• 1.3 太陽能電池火災(zāi)研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3.1 太陽能電池組件安全性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)20-21
• 1.3.2 光伏材料火災(zāi)的研究現(xiàn)狀21
• 1.3.3 太陽能電池板火災(zāi)危險(xiǎn)性研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4 論文研究內(nèi)容22-23
• 1.5 本文章節(jié)安排23-25
• 第2章 實(shí)驗(yàn)裝置及原理25-31
• 2.1 引言25
• 2.2 錐形量熱儀25-28
• 2.2.1 錐形量熱儀結(jié)構(gòu)26-27
• 2.2.2 錐形量熱儀實(shí)驗(yàn)原理27-28
• 2.3 熱電偶與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第3章 太陽能電池板火災(zāi)危險(xiǎn)性31-53
• 3.1 引言31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)介紹31-33
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)樣品31-32
• 3.2.2 輻射強(qiáng)度的確定32-33
• 3.3 燃燒過程及其理論分析33-36
• 3.3.1 太陽能電池板的燃燒過程33-34
• 3.3.2 理論分析34-36
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析36-52
• 3.4.1 著火時(shí)間與臨界輻射強(qiáng)度36-42
• 3.4.2 熱響應(yīng)參數(shù)(TRP)42-45
• 3.4.3 熱危險(xiǎn)性分析45-47
• 3.4.4 氣體毒性分析47-49
• 3.4.5 質(zhì)量損失及汽化潛熱49-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第4章 太陽能電池板內(nèi)部材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性53-63
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料及工況設(shè)置53-54
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析54-58
• 4.2.1 熱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)54-57
• 4.2.2 氣體毒性評(píng)價(jià)57-58
• 4.3 EVA薄層與太陽能電池板的火災(zāi)危險(xiǎn)性對(duì)比58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-63
• 第5章 總結(jié)與展望63-67
• 5.1 本文主要工作63-64
• 5.2 本文工作創(chuàng)新點(diǎn)64
• 5.3 進(jìn)一步工作展望64-67
• 致謝67-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文69-71
• 參考文獻(xiàn)71-74

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