.svg)
Điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) mang đến cho doanh nghiệp nhiều lợi ích trong việc tiết giảm chi phí vận hành, chủ động nguồn năng lượng phục vụ sản xuất, đồng thời góp phần xây dựng hình ảnh thương hiệu xanh, thân thiện với môi trường. Mặc dù hệ thống ĐMTMN được đánh giá là khá an toàn, nhưng vẫn tiềm ẩn những rủi ro nếu không được đầu tư bài bản và kiểm soát nghiêm ngặt.
Các nguy cơ như chập điện, cháy nổ, hoặc hư hỏng thiết bị có thể xảy ra do lắp đặt sai kỹ thuật, sử dụng vật tư kém chất lượng, hoặc thiếu bảo trì định kỳ. Chính vì vậy, nhiều tổ chức quốc tế và các quốc gia phát triển đã ban hành các tiêu chuẩn cụ thể về an toàn hệ thống điện mặt trời. Các điều khoản và quy định kỹ thuật liên quan đến an toàn cũng đang được nhiều công ty bảo hiểm lớn cân nhắc đưa vào danh mục đánh giá rủi ro.
1. Tại sao doanh nghiệp cần phải chú ý đến an toàn hệ thống điện mặt trời
Hàng triệu hệ thống điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) đã được lắp đặt trên toàn thế giới và rủi ro cháy nổ do các hệ thống này gây ra đã được chứng minh là cực kỳ thấp. Tuy nhiên, đối với các hệ thống điện mặt trời dành cho doanh nghiệp – thường được triển khai trên diện tích mái nhà xưởng, nhà máy rộng lớn – thì yêu cầu về an toàn cần được đặt lên hàng đầu.
Việc đảm bảo an toàn hệ thống điện mặt trời không chỉ giúp bảo vệ tài sản và con người, mà còn là yếu tố then chốt để duy trì hoạt động sản xuất ổn định và tránh các gián đoạn không mong muốn. Do đó, doanh nghiệp cần tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật, lựa chọn nhà cung cấp uy tín, và thực hiện kiểm tra, bảo trì định kỳ để đảm bảo hệ thống vận hành hiệu quả và an toàn lâu dài.
Bảo vệ con người & tài sản
Với các dự án điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN), nguồn điện được sản xuất trực tiếp trên mái và cung cấp cho các hoạt động vận hành ngay bên dưới – nơi tập trung tài sản, máy móc, thiết bị và nguồn nhân lực của doanh nghiệp. Vì vậy, để bảo vệ tối đa con người và tài sản trong trường hợp xảy ra sự cố như cháy nổ hoặc các tình huống khẩn cấp khác, hệ thống ĐMTMN cần được trang bị đầy đủ các cơ chế an toàn, từ thiết bị bảo vệ đến quy trình ứng phó rủi ro.
Tuân thủ pháp lý & bảo hiểm
Ngày càng nhiều cơ quan quản lý, công ty bảo hiểm và tổ chức năng lượng đưa ra các yêu cầu và quy chuẩn an toàn hệ thống điện mặt trời mái nhà. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này không chỉ là điều kiện tiên quyết để hoàn thiện hồ sơ bảo hiểm hay xin cấp phép dự án, mà còn giúp doanh nghiệp nâng cao uy tín và giảm thiểu rủi ro pháp lý. Do đó, việc lựa chọn công nghệ hiện đại và sản phẩm đạt chuẩn là yếu tố quan trọng trong quá trình triển khai.
Duy trì hiệu suất & tuổi thọ
Việc đảm bảo an toàn hệ thống điện mặt trời mái nhà sẽ giúp doanh nghiệp ngăn ngừa sự cố ngay từ giai đoạn đầu, từ đó tiết kiệm chi phí bảo trì, sửa chữa và đảm bảo sản lượng điện ổn định. Điều này không chỉ giúp tối ưu hiệu suất vận hành mà còn kéo dài tuổi thọ của toàn bộ hệ thống, mang lại giá trị lâu dài cho doanh nghiệp.
Dự án ĐMTMN trên nhà máy Bosch Việt Nam, sử dụng công nghệ biến tần (inverter) SolarEdge
2. Các mối nguy hiểm tiềm ẩn trong hệ thống điện mặt trời
Điện áp (DC) cao - rủi ro tiềm ẩn trong vận hành và bảo trì
Trong điều kiện hoạt động bình thường, hệ thống điện mặt trời (PV) được xem là an toàn và không gây nguy hiểm cho con người hay tài sản. Tuy nhiên, một rủi ro tiềm ẩn cần đặc biệt lưu ý là điện áp một chiều (DC) cao được tạo ra liên tục trên các tấm quang điện và dây dẫn khi có ánh sáng mặt trời – kể cả khi hệ thống đã ngắt kết nối với lưới điện.
Do các tấm quang điện được kết nối thành chuỗi, điện áp sẽ cộng dồn và có thể đạt mức rất cao, từ 600VDC đến 1500VDC. Điểm nguy hiểm ở đây là điện áp DC không thể tắt hoàn toàn khi còn ánh sáng, vì các tấm pin ( tấm quang điện) vẫn tiếp tục tạo ra điện. Điều này khiến việc xử lý sự cố, bảo trì hoặc ứng phó khẩn cấp trở nên phức tạp và tiềm ẩn nguy cơ giật điện hoặc cháy nổ.
Trong các tình huống đặc biệt như hỏa hoạn hoặc tai nạn kỹ thuật, điện áp cao này có thể gây nguy hiểm cho đội phản ứng nhanh, nhân viên cứu hỏa hoặc kỹ thuật viên nếu không có biện pháp cách ly và bảo vệ phù hợp. Vì vậy, việc thiết kế hệ thống với các cơ chế ngắt DC, cảnh báo điện áp và hướng dẫn xử lý sự cố là vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn hệ thống điện mặt trời tuyệt đối.
Điện áp cao DC không thể tắt hoàn toàn khi còn ánh sáng vì các tấm quang điện ( tấm pin) vẫn tiếp tục tạo ra điện
Hồ quang điện (arc fault) - nguy cơ điện giật và cháy nổ
Hồ quang điện trong hệ thống điện mặt trời (ĐMTMN) là hiện tượng phóng điện liên tục khi dòng điện đi qua một môi trường không dẫn điện, như không khí. Khi xảy ra, hồ quang điện có thể giải phóng một lượng năng lượng rất lớn trong thời gian ngắn, kèm theo nhiệt độ cực cao và ánh sáng mạnh. Đây là một trong những rủi ro nghiêm trọng nhất gây mất an toàn hệ thống điện mặt trời, có thể gây điện giật cho con người và gây cháy nổ, đặc biệt trên các hệ thống ĐMTMN lắp đặt ngoài trời, nơi có nhiều vật liệu dễ cháy và thiết bị điện nhạy cảm.
Hồ quang điện có thể sinh ra nhiệt độ lên đến hàng nghìn độ C, đủ để đốt cháy các vật liệu xung quanh như nhựa, lớp cách điện, thậm chí cả kim loại nếu tiếp xúc lâu. Đối với nhân viên vận hành hoặc bảo trì, hồ quang điện không chỉ gây bỏng nghiêm trọng mà còn có thể dẫn đến các chấn thương liên quan đến nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh phát ra.
Để giảm thiểu nguy cơ này và đảm bảo an toàn hệ thống điện mặt trời mái nhà, ta cần trang bị các thiết bị phát hiện và ngắt hồ quang điện, đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật trong thiết kế, lắp đặt và bảo trì.
Hiện tượng hồ quang điện
Những nguyên nhân phổ biến gây ra hồ quang trong hệ thống PV gồm:
- Cáp hoặc đầu nối bị lỗi / kết nối không đúng kỹ thuật: Đây là nguyên nhân thường gặp nhất. Khi đầu nối không khớp hoặc bị lỏng, điện trở tiếp xúc tăng cao dẫn đến sinh nhiệt và phát sinh hồ quang.
- Ăn mòn và tác động môi trường: Các kết nối, đầu dây hay cáp dẫn đặt ngoài trời thường bị ảnh hưởng bởi thời tiết, nhiệt độ, môi trường, bụi bẩn, dẫn đến ăn mòn và suy giảm chất lượng cách điện.
- Động vật cắn phá dây dẫn: Chuột, sóc hoặc các loài động vật nhỏ có thể làm hỏng lớp cách điện của dây, tạo điều kiện cho hồ quang hình thành.
- Cầu dao DC hoặc thiết bị đóng cắt bị hỏng: Nếu các thiết bị đóng/ngắt không đạt chuẩn hoặc đã xuống cấp, chúng có thể không ngắt mạch hoàn toàn, dẫn đến hiện tượng hồ quang khi thao tác đóng/ngắt điện.
- Quá nhiệt tại các bộ phận của hệ thống ĐMTMN: Nếu hệ thống vận hành trong thời gian dài ở công suất cao hoặc bị thông gió kém, các mối nối và thiết bị điện có thể nóng lên bất thường, dẫn đến hỏng hóc và phát sinh hồ quang.
- Sự lão hóa tự nhiên của hệ thống: Theo thời gian, các điểm nối, dây dẫn và vật liệu cách điện sẽ bị xuống cấp, mất khả năng bảo vệ ban đầu, khiến nguy cơ xuất hiện hồ quang ngày càng tăng nếu không được kiểm tra và bảo trì định kỳ.
3. Các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định an toàn điện mặt trời trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới có nhiều các tổ chức, hiệp hội ban hành những quy định riêng về an toàn hệ thống điện mặt trời, được áp dụng rộng rãi tại các quốc gia trên thế giới và trở thành tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn cho nhiều doanh nghiệp áp dụng. Ngoài ra, tại các quốc gia và khu vực địa lý cũng ban hành những quy định áp dụng riêng cho các điều kiện lưới điện và quản lý khác nhau ở các nước. Những tiêu chuẩn này thường có mục tiêu giống nhau, đó là đảm bảo an toàn hệ thống điện mặt trời trong việc sử dụng điện và bảo vệ con người và tài sản khỏi nguy cơ cháy nổ và tai nạn điện.
3.1 Một số các tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn điện mặt trời quốc tế đáng chú ý
Tiêu chuẩn IEC 63027
Một trong những tiêu chuẩn mới đáng chú ý là IEC 63027:2023, quy định về khả năng phát hiện và ngắt hồ quang điện một chiều (DC arc fault) trong hệ thống điện mặt trời (ĐMTMN). Hồ quang điện là hiện tượng nguy hiểm có thể gây cháy nổ hoặc điện giật nếu không được xử lý kịp thời. Việc thiết bị đạt chuẩn IEC 63027 đồng nghĩa với việc hệ thống có thể tự động phát hiện và ngắt hồ quang trong thời gian ngắn, bảo vệ con người và tài sản một cách hiệu quả.
IEC 63027 là tiêu chuẩn mới và tiên tiến hơn so với các tiêu chuẩn trước đây như UL1699B (Mỹ).
Tiêu chuẩn NEC 2020
NEC (National Electrical Code) là bộ quy chuẩn kỹ thuật điện do Hiệp hội Phòng cháy Quốc gia Hoa Kỳ (NFPA) ban hành, được cập nhật ba năm một lần. Phiên bản NEC 2020 đưa ra nhiều yêu cầu mới nhằm nâng cao an toàn hệ thống điện mặt trời (PV), đặc biệt là trong các lĩnh vực như bảo vệ hồ quang điện (arc fault protection), ngắt nhanh (rapid shutdown) và quản lý dây dẫn.
Theo Điều 690.12 của NEC 2020, các dây dẫn DC nằm ngoài ranh giới array boundary, điện áp phải được giảm xuống dưới 30V trong vòng 30 giây sau khi kích hoạt ngắt nhanh. Đối với các dây dẫn nằm trong ranh giới, yêu cầu là điện áp phải được giảm xuống dưới 80V trong vòng 30 giây
Tại sao điều này quan trọng?
Trong hệ thống ĐMTMN truyền thống, điện áp DC vẫn tồn tại khi có ánh sáng mặt trời, ngay cả khi inverter đã ngắt. Điều này tạo ra nguy cơ điện giật nghiêm trọng. Rapid Shutdown giúp giảm điện áp xuống mức an toàn nhanh chóng, bảo vệ con người và tài sản.
Biến tần SolarEdge với các tính năng an toàn đạt chuẩn IEC 63027
3.2 Các tiêu chuẩn quy định an toàn điện mặt trời tại Việt Nam
Tại Việt Nam, các tiêu chuẩn kỹ thuật thường tham chiếu từ IEC và NEC, sau đó được điều chỉnh để phù hợp với điều kiện lưới điện và môi trường nhiệt đới để đảm bảo an toàn hệ thống điện mặt trời. Một số tiêu chuẩn có thể kể đến:
- TCVN 7447 (dựa trên IEC 60364): Quy định lắp đặt hệ thống điện hạ áp an toàn.
- Các yêu cầu về AFCI và chống hồ quang điện hiện nay chưa phổ biến như NEC/IEC 63027, tuy nhiên đang dần được quan tâm khi số lượng dự án điện mặt trời mái nhà tăng.
3.3 Các tiêu chuẩn, khuyến nghị từ các công ty bảo hiểm tài sản hàng đầu thế giới
Song song với các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế (IEC, NEC, VDE, UL), nhiều tổ chức bảo hiểm, hiệp hội năng lượng và viện nghiên cứu trên thế giới cũng ban hành hoặc khuyến nghị các hướng dẫn an toàn hệ thống điện mặt trời nhằm giảm thiểu rủi ro cháy nổ, nâng cao độ an toàn, bảo đảm cho con người và tài sản
- FM Global (2020):
FM Global – một trong những công ty bảo hiểm tài sản lớn nhất thế giới đã đưa ra một bảng dữ liệu phòng ngừa mất mát tài sản bao gồm các tiêu chuẩn khắt khe nhằm giảm thiểu nguy cơ mất mát tài sản do hỏa hoạn, điều kiện thời tiết và sự cố thiết bị điện hoặc cơ khí. Việc tuân thủ các giải pháp kỹ thuật an toàn hệ thống điện mặt trời này sẽ giúp hệ thống PV được bảo hiểm công nhận và đánh giá rủi ro thấp hơn. FM Global, cập nhật tháng 1/2024, khuyến nghị:
“FM Global đưa ra khuyến nghị lắp đặt Module Level Power Electronics (MLPE) trong hệ thống điện mặt trời. Đây là thiết bị cho phép phát hiện sự cố và cách ly nhanh chóng, đồng thời tự động ngắt nguồn điện ở cấp độ từng tấm pin. Nhờ đó, nguy cơ hồ quang điện và cháy nổ được giảm thiểu đáng kể, góp phần nâng cao an toàn hệ thống điện mặt trời ngay cả khi hệ thống đã vận hành lâu năm.”
- Japan Photovoltaic Energy Association (2021):
Ban hành hướng dẫn thực hành tốt nhất cho Agri-PV tại Nhật Bản, trong đó nhấn mạnh đến yêu cầu an toàn khi lắp đặt hệ thống PV trên mái nông nghiệp.
- Hướng dẫn an toàn hệ thống điện mặt trời tốt nhất về phòng ngừa lắp đặt PV của MMA (2022):
Khuyến nghị về điện áp DC thấp khi inverter tắt. AFCI cho hồ quang nối tiếp và song song.
- Solar Power Europe (2023):
Đưa MLPE (Module Level Power Electronics) vào thực hành tốt nhất cho Agri-solar và Floating PV, nhằm đảm bảo an toàn trong cả môi trường phức tạp và khắc nghiệt.
- AXA Risk Consulting (2023):
Trong tài liệu tư vấn rủi ro, AXA khuyến nghị sử dụng optimizers để lực lượng cứu hộ có thể can thiệp nhanh chóng, giảm nguy cơ điện giật và cháy nổ.
- Zurich Resilience solutions (2023):
Zurich Resilience Solutions khuyến khích sử dụng các giải pháp microinverter hoặc bộ chuyển đổi DC-to-DC nhằm tăng cường hiệu suất và độ an toàn hệ thống điện mặt trời. Một ví dụ nổi bật là SolarEdge Power Optimizer, công nghệ có khả năng giảm rủi ro hồ quang điện, đồng thời cải thiện hiệu suất phát điện và giúp hệ thống hoạt động ổn định hơn trong thời gian dài.