مقدمه
رشد پرشتاب انرژیهای تجدیدپذیر، بهویژه سامانههای خورشیدی، نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای گلخانهای و کاهش اتکا به سوختهای فسیلی دارد. با این حال، قرارگیری تجهیزات فتوولتائیک (PV) در فضاهای باز، پشتبامها و مناطق دور از مراکز شهری و صنعتی، مجموعهای از ریسکهای فنی، محیطی و ایمنی را ایجاد میکند. برخلاف تصور رایج مبنی بر کمخطر بودن انرژی خورشیدی، نیروگاههای PV با مخاطراتی مانند ولتاژهای بالای جریان مستقیم (DC)، صاعقه، کار در ارتفاع و تنشهای حرارتی مواجهاند. مدیریت ناکارآمد این ریسکها میتواند پیامدهای جدی برای کارکنان و بهرهوری سرمایه داشته باشد. این گزارش با رویکردی مهندسی، چالشهای اصلی HSE در صنعت خورشیدی و راهکارهای کنترلی آن را بررسی میکند.
نیروگاه فتوولتائیک (PV) چیست؟
نیروگاههای فتوولتائیک (PV)، که معمولاً با عنوان مزارع خورشیدی شناخته میشوند، تأسیساتی صنعتی با مقیاس بزرگ هستند که به منظور تولید برق از انرژی خورشیدی طراحی شدهاند. این نیروگاهها عمدتاً از هزاران پنل خورشیدی تشکیل شدهاند که با بهرهگیری از اثر فتوولتائیک، نور خورشید را مستقیماً به جریان برق مستقیم (DC) تبدیل میکنند. جریان تولیدی سپس توسط تجهیزات کلیدی مانند اینورترها (Inverters) به جریان متناوب (AC) تبدیل میشود تا امکان تزریق به شبکه سراسری برق یا استفاده مستقیم فراهم گردد. هدف اصلی این نیروگاهها، ارائه منبعی پاک، پایدار و تجدیدپذیر برای پاسخ به نیاز روزافزون برق و کاهش انتشار گازهای گلخانهای است.
شناسایی ریسکها و چالشهای ایمنی در نیروگاههای خورشیدی
نیروگاههای فتوولتائیک (PV) به دلیل ماهیت الکتریکی و شرایط نصب، با مجموعهای از مخاطرات بالقوه همراه هستند.
• خطرات الکتریکی (شوک و قوس الکتریکی)
در بخش جریان مستقیم سیستمهای PV، ولتاژهایی تا حدود 1500 ولت DC تولید میشود. در این شرایط احتمال وارد شدن شوک الکتریکی به پرسنل در صورت عدم توجه به نکات ایمنی و نبود وسایل ایمنی وجود دارد. قوس الکتریکی در مدارهای DC بهسختی خاموش میشود و میتواند منجر به آتشسوزی یا سوختگی شود. ولتاژهای گام و تماس در شرایط نقص سیستم زمین یا هنگام وقوع صاعقه از مهمترین تهدیدات ایمنی برای کارکنان محسوب میشود.
• ریسک صاعقه و اضافه ولتاژ
نصب پنلها در محیطهای باز، آنها را به اهداف مستعد برخورد مستقیم یا القایی صاعقه تبدیل میکند. صاعقه میتواند ماژولها، اینورترها و دیودهای بایپس را دچار تخریب کامل کند.
• کار در ارتفاع و سقوط
در پروژههای پشتبامی و سازههای مرتفع نگهدارنده پنلها، احتمال سقوط افراد یا اشیاء از اصلیترین عوامل حوادث شغلی است.
• تنشهای حرارتی و عوامل محیطی
کارکنان در معرض تابش مداوم آفتاب، دماهای بالا و پرتو UV قرار دارند. تجهیزات PV نیز در معرض نوسانات شدید دما، گردوغبار و رطوبت قرار میگیرند که میتواند باعث کاهش استحکام عایقی یا خوردگی اتصالات شود.
• فرسودگی تجهیزات و تخریب عملکردی
رخدادهایی مانند پدیده PID و ایجاد Hot Spot علاوه بر کاهش بازده، میتوانند منجر به وقوع حریق شوند.
تحلیل علل ریشهای ریسکها
بسیاری از حوادث نیروگاههای خورشیدی ناشی از ترکیب عوامل مهندسی، محیطی و مدیریتی است.
- نقص در طراحی سیستم زمین (Earthing): مقاومت بالای خاک یا طراحی نادرست شبکه زمین باعث عدم تخلیه صحیح جریانهای خطا میشود. نبود همبندی مؤثر بین اجزای فلزی میتواند اختلاف پتانسیلهای خطرناک ایجاد کند.
- ضعف در رعایت الزامات HSE: فقدان رویههای قفل و برچسبگذاری (LOTO) در عملیات تعمیراتی کمبود آموزشهای تخصصی برای مواجهه با ولتاژهای بالا
- خوردگی و شرایط محیطی: عوامل خورنده شامل رطوبت، نمک، گردوغبار صنعتی یا مواد شیمیایی این موارد موجب تخریب اتصالات، افزایش مقاومت الکتریکی و تولید گرمای بیشازحد میشود.
- محدودیتهای زیرساخت فیزیکی:در اتاقهای اینورتر و پستهای برق، عدم استفاده از کفپوشهای عایق یا استفاده از بتنهای بیکیفیت که در برابر نشت مواد شیمیایی (مانند روغن ترانسفورماتور یا الکترولیت باتریها) مقاوم نیستند، ریسک حوادث الکتریکی را بالا میبرد.
راهبردهای کنترل و مدیریت ریسک در نیروگاههای خورشیدی
• اقدامات مدیریتی
- استقرار سیستم مدیریت ایمنی و بهداشت: اجرای چرخه PDCA و استقرار استاندارد ISO 45001 برای مدیریت سیستماتیک ریسکهای HSE ضروری است.
- سیستم مجوز کار و LOTO: استفاده از رویههای Lockout/Tagout هنگام کار با اینورترها و کابلهای DC مانع برقدار شدن ناگهانی مدارها میشود.
- بازرسیهای دورهای و پایش وضعیت: پایش حرارتی با ترموگرافی برای شناسایی نقاط داغ بررسی دورهای اتصالات، تابلوها، دیودهای بایپس و کابلهای DC،استفاده از برنامههای نگهداری پیشگیرانه (PM)
• اقدامات فنی و مهندسی
سیستم حفاظت در برابر صاعقه (LPS): طراحی LPS مطابق استاندارد IEC 62305 استفاده از روش Rolling Sphere برای جانمایی هادیها همبندی کامل سازههای فلزی برای جلوگیری از وقوع Side Flash.
حفاظت در برابر اضافه ولتاژ (SPD): نصب SPD در سمت AC و DC اینورتر کاهش ولتاژهای گذرای ناشی از صاعقه یا کلیدزنی.
ایمنسازی سطوح و زیرساختها
استفاده فرش عایق برق در فضاهای الکتریکی: در اتاقهای اینورتر، پستهای برق، تابلوهای فشار ضعیف و متوسط و محل عملیات تعمیراتی، استفاده از فرش عایق برق استاندارد IEC 61111 نقش اساسی در کاهش خطر شوک الکتریکی دارد. استاندارد بینالمللی IEC 61111:2009 با عنوان (Electrical Insulating Mat for Live Working) مرجع اصلی برای تعیین الزامات فنی، روشهای آزمون و معیارهای کیفیت کفپوشهای عایق الکتریکی ساختهشده است. هدف کلیدی این استاندارد، ایجاد یک سطح ایمن برای کارکنانی است که در محیطهای دارای تجهیزات برقدار است. کفپوشهای عایق برق رایان مطابق استاندارد بینالمللی IEC 61111:2009 طراحی و تولید شدهاند و برای محیطهای صنعتی و نیروگاهی با ولتاژهای مختلف از 1kV تا 36kV مناسباند.
بهرهگیری از کفپوشهای عایق مطابق استاندارد IEC 61111 فقط یک الزام ایمنی نیست بلکه قسمتی از طراحی مهندسی دقیق برای کنترل ریسک است. برای مثال، انتخاب فرش های عایق برق رایان که در کلاسهای مختلف IEC 61111 عرضه میشوند، میتواند در کنار سیستمهای SPD، همبندی مناسب و حفاظت صاعقه، سطح ایمنی نیروی انسانی را بهطور محسوسی ارتقا دهد.
دستهبندی کلاسهای ولتاژی کفپوشهای عایق برق مطابق IEC 61111
| کلاس عایقی | ضخامت | وزن (هر متر مربع) | ولتاژ A.C | ولتاژ D.C |
|---|---|---|---|---|
| کلاس (0) | 2 میلیمتر | 3.5 کیلوگرم | 1000 ولت | 1500 ولت |
| کلاس (1) | 3 میلیمتر | 5 کیلوگرم | 7500 ولت | 11500 ولت |
| کلاس (2) | 4 میلیمتر | 7 کیلوگرم | 17000 ولت | 25500 ولت |
| کلاس (3) | 5 میلیمتر | 8.5 کیلوگرم | 26500 ولت | 39000 ولت |
| کلاس (4) | 6 میلیمتر | 11 کیلوگرم | 36000 ولت | 54000 ولت |
مطالعه موردی
در یک نیروگاه متصل به شبکه، با وجود تجهیز سایت به صاعقهگیر، سوختگی مکرر دیودهای بایپس مشاهده شد. بررسیها نشان داد که: وقوع صاعقه در مجاورت نیروگاه موجب القای ولتاژهای گذرا در حلقههای سیمکشی شده است. مساحت زیاد این حلقهها و ضعف در سیستم زمین عامل اصلی آسیب بوده است.
راهکارهای اصلاحی:
کاهش مساحت حلقههای سیمکشی DC از طریق بازطراحی مسیر کابلکشی، نصب SPD مناسب در سطح ماژول و اینورتر تقویت شبکه زمین با مواد کاهنده مقاومت نتیجه این اقدامات، کاهش محسوس نرخ خرابی و بازگشت ولتاژهای گام و تماس به محدوده ایمن بود.
نتیجهگیری
ایمنی نیروگاههای خورشیدی نیازمند ترکیب هوشمندانهای از طراحی مهندسی دقیق، مدیریت ریسک فعال و نگهداری پیشگیرانه است. توجه به جزئیات فنی مانند شبکه زمین، حفاظت در برابر صاعقه، کیفیت سطوح کار، و حفاظت سازهای، نقش تعیینکنندهای در کاهش حوادث و حفظ پایداری عملکرد نیروگاه دارد. استفاده از مواد و پوششهای مقاوم در برابر عوامل محیطی، بهبود زیرساختهای الکتریکی )استفاده از فرش عایق برق مطابق استاندارد IEC 61111) و رعایت الزامات HSE میتواند به ایجاد محیطی پایدار، قابل اعتماد و مطابق با استانداردهای بینالمللی کمک کند. برای انتخاب مناسبترین کفپوش با استاندارد IEC 61111:2009 ، مشاوره و خرید محصولات کفپوش عایق برق پایا پوشش رایان میتوانید از طریق زیر با ما در ارتباط باشید.
سایر مقالات پایا پوشش رایان
برای آشنایی کاملتر با حوزه پوششهای صنعتی، کفپوش صنعتی، فرش های عایق برق و سایر موضوعات مرتبط، میتوانید به بخش وبلاگ رایان سر بزنید. در این بخش، مجموعهای از مقالات کاربردی و بهروز گردآوری شده است که دیدگاهی عملی و مفید در اختیار شما قرار میدهد. مطالعه مقالات زیر به شما توصیه میشود:
- استاندارد IEC 61111؛ راهنمای جامع، کاربردها و الزامات ایمنی الکتریکی
- ریسکهای روزمره سکوهای نفتی | نظام مدیریت ایمنی و کنترل ریسک
- چه مواردی در بازرسی ایمنی روزانه واحد پتروشیمی بررسی میشود؟
- کفپوش آنتیاستاتیک (ESD) عملکرد، مزایا و کاربرد در صنایع
- پیشگیری از برق گرفتگی در صنایع
- فرهنگ ایمنی؛ ستون اصلی حفاظت و پایداری در صنایع
سوالات متداول در رابطه با ایمنی نیروگاه های خورشیدی
در فضاهایی مانند اتاق اینورتر، پست برق، تابلوهای فشار ضعیف و فشار متوسط، باتریخانهها و محل عملیات تعمیراتی، استفاده از کفپوش عایق مطابق استاندارد IEC 61111 ضروری است.
اصلیترین ریسکها شامل ولتاژهای بالای DC، خطر شوک و قوس الکتریکی، ولتاژهای گام و تماس، و خطاهای ناشی از نقص در سیستم زمین است. در سیستمهای PV، قوس الکتریکی DC بهدلیل تداوم جریان، دیرتر خاموش میشود و احتمال آتشسوزی، سوختگی و آسیب تجهیزات را افزایش میدهد.
سیستم زمین نقش کلیدی در تخلیه جریانهای خطا و صاعقه دارد. مقاومت بالای خاک، همبندی ناکافی و توزیع نامتناسب الکترودها میتواند موجب افزایش اختلاف پتانسیل و ایجاد ولتاژهای خطرناک در نقاط مختلف سایت شود. این مسئله بهطور مستقیم روی ایمنی کارکنان و عملکرد تجهیزات تأثیر میگذارد.
SPDها از تجهیزات الکترونیکی حساس مانند اینورتر، پنلها و تابلوهای DC/AC در برابر ولتاژهای گذرای ناشی از صاعقه یا کلیدزنی محافظت میکنند. نصب SPD در ورودی و خروجی اینورترها و همچنین در سطح آرایه PV، باعث کاهش فشار الکتریکی روی دیودهای بایپس و جلوگیری از تخریب ماژولها میشود.
عواملی مانند پدیده PID، ایجاد نقاط گرم (Hot Spot)، خوردگی اتصالات، شلشدگی کابلها، تنشهای حرارتی و نفوذ رطوبت از مهمترین دلایل کاهش راندمان و افزایش نرخ خرابی هستند. پایش دورهای با ترموگرافی و تستهای الکتریکی برای پیشگیری از این مشکلات ضروری است.
فهرست منابع
- پژوهشگاه نیرو. (1399). تعمیر و نگهداری نیروگاههای فتوولتائیک: دادهبرداری و بررسی عملکرد سیستمهای نصبشده (گزارش شماره NRI-ER-1022-PSEPN05-1-00-F). گروه پژوهشی انرژیهای تجدیدپذیر.
- سازمان برنامه و بودجه کشور. (1398). دستورالعمل محیط زیست، بهداشت و ایمنی نیروگاههای خورشیدی – فتوولتائیک (ضابطه شماره 785). معاونت فنی، امور زیربنایی و تولیدی.
- شریعتینسب، رضا؛ کرمانی، بهزاد؛ و نجفی، حمیدرضا. (1395). تحلیل و بررسی تأثیر برخورد صاعقه به سیستمهای فتوولتائیک. بیست و چهارمین کنفرانس مهندسی برق ایران (ICEE)، دانشگاه شیراز.
- محمدزاده، زهرا. (1393). ارائه مدلی کاربردی از نحوه پیادهسازی الزامات بهداشت، ایمنی و محیط زیست (HSE) در نیروگاهها. بیست و نهمین کنفرانس بینالمللی سیستمهای قدرت (PSC)، تهران.
- Damianaki, Katerina; Christodoulou, Christos A.; Kokalis, Christos-Christodoulos A.; Kyritsis, Anastasios; Ellinas, Emmanouil D.; Vita, Vasiliki; & Gonos, Ioannis F. (2021). Lightning Protection of Photovoltaic Systems: Computation of the Developed Potentials. Applied Sciences, 11(1), 337.
- Parhamfar, Mohammad; Naderi, Reza; & Sadeghkhani, Iman. (2025). Risk assessment, lightning protection, and earthing system design for photovoltaic power plants: A case study of utility-scale solar farm in Iran. Solar Energy Advances, 5, 100098.
- Zhang, Yang; Chen, Hongcai; & Du, Yaping. (2019). Lightning Protection Design of Solar Photovoltaic Systems: Methodology and Guidelines. Electric Power Systems Research.
