(資料來源：太陽光発電設備に係る防火安全対策の検討結果, (東京
第二節 太陽光電模組於火災的特性研究
隨著太陽光電模組應用技術的逐漸成熟，將太陽光電模組與一般建築物結合 之概念，已廣為一般民眾所接受。但在建築附著型(Building Attached Photovoltaic;
BAPV)與建材一體型(Building Integrated Photovoltaics; BIPV)的這兩種設計方式
則是存在著許多的差異性。例如市售太陽光電模組必須先通過一系列的產品安全
表 3-1 所示，針對一般市售太陽光電模組進行防火阻熱實驗的現場照片如圖 3-12 與圖 3-13 所示。結果顯示，比較各國太陽光電模組的防火性能法規於尺寸、受 火條件以及外在環境皆有所差異，而市售太陽光電模組於不附加任何提升防火阻 熱措施情況下，僅具一般不燃特性而不具阻熱性能，因此於火場中受熱時，破損 速度相當快。
圖3-12 太陽光電模組於受火前現場照片 (資料來源：本研究整理)
圖3-13 太陽光電模組於受火後現場照片 (資料來源：本研究整理)
表3-1 燃燒試驗之結果
(資料來源：本研究整理)
針對太陽光電模組系統等性能認證，各國已有相關法規條文進行規制。目 (Preconditioning tests)、濕冷凍試驗(Humidity freeze test)、濕熱試驗(Damp Heat Test)、電擊危害試驗(Electrical shock hazard tests)、火災試驗(Fire hazard tests)、
機械應力試驗(Mechanical stress tests)以及結構試驗(Component tests)。
火災試驗部分，IEC61730-2 MST22、23項條文中明訂以ANSI/UL790(屋頂覆 [11]。此類太陽光電模組發生火災的事故在美國亦有一些案例(圖 3-15)，如 2015 年 5 月蘋果公司在亞利桑那州工廠的太陽光電屋頂發生火災(圖 3-16) [12, 13]。
圖 3-14 日本太陽光電災害事故統計表
(資料來源：見株式会社インターリスク総研, 太陽光発電の事故リス ク, (災害リスク情報第 60 号, 2014.))
圖 3-15 太陽光電火災實例
(資料來源：C. C. Grant, P.E., Fire Fighter Safety and Emergency
Response for Solar Power Systems Final Report, (Fire Protection
Research Foundation, 2014.))
圖 3-16 太陽光電火災實例(蘋果公司)
(資料來源：12news, Fire at Apple facility in Mesa may have been caused by solar panels,
(http://www.12news.com/story/news/local/valley/2015/05/26/mesa-ind ustrial-fire/27968857/, 2015.))
Dhere [14]等人研究太陽光電常見的火災原因，包括局部高電流、熱班效應
、接地故障、電弧放電或接線盒被燒壞等。圖3-17為電線短路所造成玻璃破裂或 是由玻璃破裂造成電線短路，圖3-18為電弧放電導致玻璃融化，圖3-19為接線盒 因為高溫被燒毀，而在於防範方面，必須注意太陽光電模組加裝在斜屋頂時，必 須注意斜屋頂著火所造成的煙囪效應，其方法可以在太陽光電板中間間隔處加裝 防火阻熱等障礙物，防止火焰往上延燒，如圖3-20所示。
圖3-17 電線短路所造成玻璃破裂或是由玻璃破裂造成電線短路
(資料來源：N. G. Dhere, N. S. Shiradkar, Fire hazard and other safety
concerns of photovoltaic system, (Journal of Photonics for Energy,
Vol.2, 022006, 2012.))
圖3-18 電弧放電導致玻璃融化
(資料來源：N. G. Dhere, N. S. Shiradkar, Fire hazard and other safety concerns of photovoltaic system, (Journal of Photonics for Energy, Vol.2, 022006, 2012.))
圖3-19 接線盒被燒壞
(資料來源：N. G. Dhere, N. S. Shiradkar, Fire hazard and other safety concerns of photovoltaic system, (Journal of Photonics for Energy, Vol.2, 022006, 2012.))
圖3-20 避免煙囪效應導致擴大火焰
(資料來源：N. G. Dhere, N. S. Shiradkar, Fire hazard and other safety
concerns of photovoltaic system, (Journal of Photonics for Energy,
以下則是說明有關於太陽光電模組遭受破壞或火災時的相關特性研究：
太陽能電池模組遭受破壞時的發電特性[15]
圖 3-21 至圖 3-24 顯示萬能斧破壞單晶與薄膜太陽光電模組的試驗圖，以及 太陽光電模組被破壞後的輸出電壓變化。
以萬能斧破壞正在發電的單晶與薄膜太陽光電模組試驗。由圖 3-21 顯示萬 能斧分別在單晶太陽光電模組的 6 個位置進行敲擊破壞試驗，圖 3-21 顯示單晶 太陽光電模組被萬能斧破壞過後，其表面的強化玻璃會有裂開的現象。圖 3-22 顯示薄膜太陽光電模組的敲擊破壞試驗，由光電模組的背面可以清楚看到萬能斧 刺穿薄膜太陽光電板。
圖 3-21 萬能斧破壞單晶太陽光電模組的位置
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と 消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-22 萬能斧破壞薄膜太陽光電模組的位置
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-23 顯示在不同時間點用萬能斧破壞單晶太陽光電模組的 6 個位置，並 陽光照度約在 70000~130000 lx。由圖顯示薄膜太陽光電模組在敲擊破壞試驗之 前的輸出電壓約 80V 上下，當試驗時間約 60 秒左右進行第一次的敲擊破壞試 驗，其結果顯示薄膜太陽光電模組的輸出電壓立即變成 0 V。由此結果可知薄膜 太陽光電模組只要被萬能斧敲擊破壞一次，則立即不再有電壓輸出。此現象與單 晶太陽光電模組並不相同，但詳細原因則未加詳細探討。
圖 3-23 單晶太陽光電模組被破壞時的輸出電壓比
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と 消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-24 薄膜太陽光電模組被破壞時的輸出電壓
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と 消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
多晶太陽能電池模組在不同光源照度與火焰試驗的輸出電壓特性實驗[15]
本小節分別敘述多晶太陽光電模組在不同光源照度與火焰試驗的研究結 果，圖 3-25 顯示多晶太陽光電模組的尺寸與示意圖。多晶太陽光電模組在不同
光源照度的實驗設備與配置方式如圖 3-26 所示，實驗設備分別有照明燈、油盤、
照度計、幅射計。油盤放置的位置則是距離多晶太陽光電模組 1 公尺處。研究參 數分別為「無照明-無火焰，無照明-有火焰，有照明-無火焰，有照明-有火焰」
等 4 組。
圖 3-25 多晶太陽光電模組示意圖
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と 消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-26 不同光源照度的實驗設備與配置方式
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
研究結果如圖 3-27 所示，「無照明-無火焰」的參數顯示，多晶太陽光電模 組並無輸出電壓的產生。「無照明-有火焰」的參數顯示，多晶太陽光電模組會受 到火焰的照度影響，進而有輸出電壓的狀況產生。此油盤火焰所產生的最大照度 約 1500 lx，對應此時的輸出電壓約 7 V。
「有照明-有火焰」的參數顯示，多晶太陽光電模組受到超過 12000 lx 的照 度照射，使得輸出電壓超過 9 V。但在「有照明-無火焰」的參數顯示，純粹只用 照明燈即可提供 13700 lx 的照度，然而多晶太陽光電模組的輸出電壓卻只有 2.6 V 遠低於「有照明-有火焰」的研究結果。由「有照明-無火焰」與「無照明-有火焰」
的研究結果相互比較可知，「有照明-無火焰」參數在 13700 lx 條件下，其輸出電 壓為 2.6 V，然而「無照明-有火焰」參數只需在 670 lx 條件下一樣可以達到 2.6 V 的輸出電壓。此現象可以說明在相同輸出電壓的條件下，不同來源的光波段所對 應的照度也有所不同。
圖 3-27 火焰與照明燈照度對太陽光電模組輸出電壓的影響性
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-28 顯示火焰試驗的實驗設置與配置，其設備分別有照明燈(6 台)、油盤、
熱電偶(k type)、多晶太陽光電模組。熱電偶主要是固定在多晶太陽光電模組示 意圖(圖 3-25)中的 11 與 23 號位置。本火焰試驗除了油盤火焰之外，亦有照明燈 的光源照射多晶太陽光電模組。試驗用油盤火焰於試驗時間 978 秒時會將燃料消 耗完畢，因此之後的試驗時間僅有照明燈持續照明太陽光電模組，最後在 2700 秒之後關閉照明燈。
圖 3-28 顯示置於多晶太陽光電模組後下方的油盤引燃之後，其產生的火焰 會開始燃燒太陽光電模組的上半部。火焰試驗之後的太陽光電模組與損壞狀況如 圖所示。由圖 3-29 可以清楚顯示太陽光電模組的損壞部分主要是分佈在上半部，
並且還有破碎的強化玻璃與碎裂晶圓。
圖 3-28 實驗設備與火焰試驗圖
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と 消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-29 多晶太陽光電模組燃燒後的外觀損壞情形
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
圖 3-30 顯示多晶太陽光電模組在火焰試驗過程中的輸出電壓與表面溫度變 化。由圖顯示多晶太陽光電模組在 600 秒左右仍有穩定的輸出電壓，此時熱電偶 (11 號量測點)所量測的表面溫度亦從室溫上升至約 330 oC，而熱電偶(23 號量測 點)的溫度則是從室溫上升至約 210 oC。當火焰試驗時間約超過 660 秒之後，可 以發現輸出電壓急劇下降至約 0.01 V，此時熱電偶(11 號量測點)所量測的溫度約 達到 350 oC，而熱電偶(23 號量測點)的溫度依然維持在 210 oC。在此火焰試驗過 程可以發現熱電偶(11 號量測點)的溫度最高，以及在此處有發生太陽光電模組損 壞的情形，所以輸出電壓才會急遽下降。
當試驗時間超過 978 秒時，油盤火焰由於油盤內的燃料消耗完畢，因此便無 火焰燃燒太陽光電模組的情形，所以熱電偶(11 號量測點與 23 號量測點)所量測 的溫度會隨著時間的增加而減少。此時太陽光電模組的輸出電壓亦會下降至 0.1 V 以下，最後關閉照明燈時則無輸出電壓的產生。
圖 3-30 多晶太陽光電模組的輸出電壓與表面溫度變化
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
太陽光電板燃燒時所產生的氣體[15]
本小節為說明太陽光電板在燃燒時所產生的氣體分析，其試驗的模組結構與 檢測設備如表 3-3 所示。試驗的 A 模組所採用的黏著劑為 EVA(乙烯醋酸乙烯酯) 與 PVF(聚氟乙烯)，而 B 模組所採用的黏著劑為 EVA 與 PET(聚对苯二甲酸乙二 酯)。檢測分析的方式主要分為兩類：第一類為各黏著劑(EVA、PVF 與 PET)分別 在氮氣或空氣的環境(沒有產生火焰)下進行氣體檢測分析。第二類為 A 模組 (EVA-PVF)與 B 模組(EVA-PET)在空氣的環境(有產生火焰)下進行氣體檢測分析。
檢測分析的結果如表 3-4 所示，第一類的檢測結果分別檢驗出「氟化氫、四 氟化矽、醋酸、羰基化合物、丙醛以及不知鏈長的 n-烴及醛類。」而第二類的檢 測結果分別檢驗出「不知鏈長的醛類、甲烷、乙炔、丙烯、丁二烯、丙醛、苯、
甲苯、苯乙烯。」由此可知太陽光電板在燃燒過程會產生可燃性與有毒的氣體。
表 3-3 各太陽電池結構與量測設備
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と
消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
表 3-4 氣體檢測結果
(資料來源：見消防庁消防研究センター, 太陽光発電システム火災と 消防活動における安全対策, (消防研究技術資料 83 号, 2014.))
太陽光電模在實尺寸火災時的輸出電壓特性[15]
本小節為說明太陽光電模組在實尺寸火災時的輸出電壓特性。圖 3-31 與圖 3-32 顯示實尺寸房屋外觀以及平面圖和內部擺設情況。