0.引言：

在双碳战略目标和全球能源转型的双重驱动下，以分布式光伏为代表的新能源发电方式出现了爆发式增长。分布式光伏电站利用各类建筑屋顶、闲置场地等资源，就地消纳、损耗小、灵活性高，优化能源结构、保障电力供应等方面正发挥着越来越重要的作用。分布式光伏项目规模小、数量多、安装位置分散且靠近居民和生产区，与集中式电站相比，使它的安全风险更复杂、隐蔽。从前期不规范的设计、施工阶段的质量隐患到运维阶段的电气火灾、设备故障，再到废弃阶段的环境污染问题，任何一个环节出错，都可能会引起一系列的反应，甚至造成人员伤亡、财产损失。因此要建立覆盖“规划-建设-运维-拆除”全生命周期的安全风险管控体系，用先进科技手段来支撑它的有效运行，已经成为行业急需解决的核心课题。

1.规划与建设阶段的安全风险管控关键技术

1.1基于BIM和GIS的选址及布局优化技术

在项目规划设计阶段，集成BIM和GIS的协同应用，是实现从宏观选址到微观布局风险管控的技术，。GIS技术可以宏观上对区域的太阳能资源、气象数据（风压、雪压、冰雹频次）以及地质条件、周围环境、电网接入条件进行评估，利用多维度的信息叠加分析，自动选择出具有高发电效益、低环境风险的潜在场址，避免洪水、地质沉降等重大自然灾害风险。BIM技术在此基础上对选定的建筑物进行三维激光扫描和建模，从而准确获取到屋顶的尺寸、坡度、朝向以及承重结构信息。通过BIM模型，设计人员可以对光伏阵列做详细的布置，模拟全年的光照遮挡情况，计算不同布局方案下的发电量。更为重要的是，通过BIM和结构分析软件联动来对屋顶在装设光伏组件及出现极端气候状况下结构荷载进行精确校核，来保障建筑物结构安全，从源头上杜绝因负载超量和设计不合理造成的坍塌^[1]。

1.2关键设备与材料的智能质量检测技术

分布式光伏电站长期可靠运行，需要光伏组件、逆变器、支架、线缆等核心设备和材料的质量来保障。在建设期间采用智能化的质量检查技术，可以防止质量不好的产品出现在现场。针对光伏组件可以使用便携式电致发光（EL）测试仪，进场验收时可以对组件做快速无损的内部缺陷检测，能准确的发现电池片的隐裂，碎片，虚焊等缺陷问题，避免有缺陷的组件被上架安装。对于逆变器，可以利用专业的测试平台来对它的最大功率点跟踪（MPPT）效率、谐波含量、保护功能等重要电气性能做严格的验证。对于金属支架、紧固件等可以用X射线荧光光谱分析仪（XRF）来快速鉴定其材质成分、镀层厚度是否达到耐腐蚀设计要求。另外，建设基于二维码或者RFID的设备全生命周期追溯系统，把设备出厂信息、检测报告、安装位置、运维记录等数据关联绑定，做到从生产、安装到运维、报废的全程质量透明化管理。

1.3施工过程中的数字化与精细化管理技术研究

施工质量关乎电站的安全性能，传统现场管理方式不能对施工的全流程予以有效监控。数字化和精细化管理技术依靠物联网（IoT），移动互联网以及人工智能等手段，做到对施工现场“人，机，料，法，环”这五大要素的全方位感知并加以智能控制。像在施工现场部署高清视频监控再加上AI行为识别算法，就能做到对工人戴不戴安全帽，系不系安全带，高处作业有没有违规等情况进行实时监测，而且还能自动抓拍那些违章的行为并发出警告。利用无人机进行施工进度和安装质量的航拍巡检，能够对组件排布不整齐，支架安装不牢固等高精度问题快速识别。而且可以开发施工管理APP，手机端可以固化标准施工工艺流程（SOP），施工人员每完成一个施工步骤，必须按要求拍照上传，然后由后台质量工程师或者AI模型审核，保证支架力矩、线缆敷设、接地电阻等重要工艺参数符合规范要求，使整个施工过程标准化、透明化、可追溯，极大地降低了人为造成的安全隐患^[2]。

2.运维阶段安全风险管控关键技术研究

2.1无人机与AI驱动的智能巡检技术

无人机巡检技术把传统人工“眼看、手摸、耳听”的运维方式给完全改写掉，成了分布式光伏电站高效率、准确定位风险的利器。装载有高清可见光和红外热成像双光云台的无人机可以按照预设航线进行自动巡航，迅速地完成大面积屋顶光伏组件巡检。红外热成像技术可以实现非接触式检测组件表面温度分布，准确判断由于电池片隐裂、遮挡、二极管失效等导致的热斑、热带等发热部位，这些都是造成组件背板起火燃烧的隐患。可见光相机用来发现组件表面的破损情况，污秽，鸟粪等。巡检完毕以后，收集上来的大量图像数据会被传送到云端平台，在这个平台里面会利用含有AI图像识别算法的分析系统来进行自动化的分析。该系统能够自动检测、定位并分类各种缺陷，生成带有问题坐标、问题严重程度、处理建议的巡检报告，运维人员只需要对AI所发现的问题中高危部分进行精确复检及处理即可，巡检速度和问题发现准确度比人工提高几十倍。

2.2电气安全风险的在线监测预警技术

电气安全在光伏电站运维阶段的风险控制中占了非常重要的地位。针对分布式光伏系统所独有的直流拉弧，接地故障以及绝缘老化这些核心风险，研发并运用前沿的在线监测及预警技术变得格外关键。比如说安装带智能拉弧故障断路器（AFCI）功能的逆变器或者汇流箱，AFCI可以通过高频信号检测算法，实时地检测直流侧的线路上是否有电弧，一旦发现就会在几毫秒内快速切断电路，这样就可以阻止电弧引起的火灾。对于绝缘性能：通过在线的绝缘监测装置来不断的监测光伏组串与地之间的绝缘电阻，当出现线缆破损，受潮等情况导致绝缘电阻值降至一定阀值时就会触发报警。另外，利用高精度的电能质量监测终端，可随时了解电站的电压，电流，谐波，功率因数等数据，从而对于逆变器故障，电网异常等风险实现提前预警。而当这些在线监测数据与大数据平台相融合时，就能进一步剖析出设备健康状态的变化趋向，做到由被动反应变成主动预判^[3]。

2.3基于大数据的故障诊断与预测性维护技术

分布式光伏电站数量暴增之后，运行数据变得大量而且多维，这样的特点为通过大数据来进行深入分析并加以应用带来可能。通过创建一个集中式的光伏大数据云平台来汇集电站的实时运行数据，过往的运维记录，气象数据以及设备资料等诸多种类的数据，从而形成起细致入微的设备健康模型以及电站性能模型。用神经网络、支持向量机等机器学习算法对海量数据进行深度挖掘，可实现关键设备（逆变器、箱变等）的故障智能诊断。拿逆变器的电流，电压，温度这些参数变化趋势做例子，AI模型可以从中识别出风扇出了故障，IGBT模块老化或者电容失效这些具体的故障情形。更进一步是建立设备的衰退模型，也就是所谓的预测性维护（PdM）。预测设备在某一段时间后会发生故障的可能性，从而在事先制定出维护计划，提前对即将出现故障的设备进行处理，在设备故障之前就消除故障，尽量减少设备发生故障时的非计划停机和发电损失以及防止故障扩大的安全事故^[4]。

3.拆除废弃阶段安全风险管控技术研究

分布式光伏电站设计寿命为25年，其寿命终了后的拆除和废弃处理是全生命周期风险控制的最后一道防线，也恰恰是当前最容易被忽略的一个环节。此阶段风险主要有两个方面，一方面为拆除作业过程中存在的作业安全风险，包括高空作业、触电作业、结构破坏等；另一方面为废旧组件处置不妥造成的环境污染风险，因为光伏组件中含有铅、镉、氟等有毒有害物质。随着第一批光伏电站逐步进入“退役潮”，规范拆除流程、发展绿色回收技术，对防范末端风险、实现产业闭环发展有着重要的战略意义。

3.1组件性能衰退与残值评估技术

电站退役决策前，用科学的方法对光伏组件性能衰减状态和残值进行评价，是实现资源效益最大化的基本条件。这需要开发精准、有效的现场检测和评估技术。便携式I-V曲线测试仪在现场可以快速测量组件的实际输出功率、开路电压、短路电流、填充因子等关键参数，与出厂标称值做对比，准确量化其功率衰减率。结合EL检测技术可以综合判断出组件的健康情况。根据以上实测数据以及结合组件运行年限、历史发电数据以及同类型组件的市场价格等因素，建立一套剩余价值评估模型。评估结果可以为电站业主选择全部更换还是部分延寿提供决策依据，也可以为性能尚好的二手组件进入梯次利用市场（例如：离网系统、充电桩等对性能要求不高的场合）提供定价基础，防止价值资产直接被当成垃圾处理。

3.2环保拆解与有害物质处理技术

光伏电站的拆解过程要严格遵守安全操作规程，防止发生次生安全事故。从技术上来说，应该推广专用绝缘工具和防护用具的使用，并制定详细的电气隔离和解锁挂牌的程序，保证作业人员不带电作业。对于屋顶工程，还要制定防止坠落、防止物体打击的安全措施。拆解的核心技术难题是废旧组件的环保处理。传统的物理破碎法虽然简单，但是无法有效的将玻璃，金属以及含有有害物质的半导体进行分离，并且会产生大量的粉尘污染。采用先进的环保拆解技术，比如热解法、有机溶剂溶解法以及超临界流体萃取法等等，能更加高效的对组件实施分层。如热解法，在无氧环境下高温加热可以有效的除去EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)封装材料，从而达到玻璃、硅片、金属电极等初步分离的目的。分离出的含铅焊带、含镉（指碲化镉薄膜电池）等危险废物，必须交给有专门资质的专业机构进行无害化处置，防止重金属污染土壤和地下水。

3.3废旧组件绿色回收与再利用技术研究

实现废旧光伏组件的高值化回收再利用，既是解决其末端处置风险、推动行业循环经济发展的最终技术路径，又是发展绿色经济的有效手段。绿色回收技术要达到在环保的情况下最大限度地回收组件中包含的高纯硅、银、铜、铝等有价材料。完成环保拆解以后，回收的硅片可以经过化学提纯工艺，去除掺杂物、金属电极，使硅片恢复到高纯度，进而用它来制造新的太阳能电池或者半导体器件，实现硅材料的闭环利用。对于回收来的银（主要来源于电极栅线）、铜（主要来源于汇流条和接线盒）、铝（主要来自于边框）等金属，可以使用常规的冶金方法对它们进行提炼和循环使用。从建筑中分选出的钢化玻璃可以被用于降级成生产玻璃砖和泡沫玻璃等建筑材料。通过构建完整的“拆解-分离-提纯-再利用”的技术链条，既可以消除废旧组件的环境隐患，又可以创造可观的经济效益，将潜在的环保负担转变为新的资源宝库^[5]。

4.结束语：

保证分布式光伏电站的安全运行是一整套贯穿于其整个生命周期的系统工程，要从规划设计的源头抓起，严把建设施工过程关，加强运维阶段的实时监控和智能诊断，在拆除回收阶段也要实现绿色闭环。本文讨论了基于BIM和GIS协同设计、施工过程数字化管理、无人机智能巡检、电气安全在线监测、大数据故障诊断、废旧组件绿色回收等关键技术，这些技术一起形成了全生命周期安全风险的技术保障体系。随着物联网、人工智能、数字孪生等前沿技术的深度融合发展应用，分布式光伏电站风险管控向智能化、精准化、预测化方向发展，为大规模、高质、持续的普及应用打下坚实安全基础。

参考文献：

[1]张华,李明,陈思远.分布式光伏电站全生命周期风险评价与控制策略研究[J].太阳能学报,2023,44(5):210-218.

[2]王浩然,赵建国.基于BIM与无人机技术的光伏电站建设期安全管理应用研究[J].电力建设,2022,43(11):135-142.

[3]刘宇航,孙晓东,周志伟.基于深度学习的光伏组件缺陷智能诊断技术综述[J].高电压技术,2024,50(2):556-568.

[4]郭磊,钱峰.光伏系统直流拉弧故障检测与保护关键技术研究进展[J].电工技术学报,2023,38(7):1789-1803.

[5]孟祥海,袁铁江.废弃晶体硅光伏组件回收处理技术研究现状与展望[J].环境工程学报,2021,15(9):3133-3143.