太阳能光伏建筑防雷保护系统的监测预警系统研究

太阳能光伏建筑防雷保护系统的监测预警系统研究

【摘要】通过光伏建筑智能防雷设备收集雷击发生时间，雷击次数，通流强度等数据信息，再通过通信管理单元将信息发送至监控主机，实现对防雷保护系统的智能监测预警功能。

【关键词】光伏建筑防雷保护系统监测预警系统

近年来，随着我过太阳能技术在建筑中的应用越来越受到重视，与建筑相结合的并网光伏发电系统成为当今光伏应用的新趋势。然而由太阳能光伏发电系统遭受雷击引发的事故不断增加，每年都有5%-10%的太阳能光伏建筑遭受到直击雷或雷击电磁脉冲的损坏。

雷电对太阳能光伏发电系统具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培，雷击对太阳能光伏发电系统所造成的破坏性后果，将严重导致设备损坏，甚至人员伤亡。因此，防雷保护系统是保证太阳能光伏并网发电系统设备正常安全运行的关键，这要引起足够的重视。通过建立与光伏发电系统相关的雷电监测预警系统，对于掌握好雷电的特点、预防雷击的危害、有效保护光伏发电系统的各个组件等各个方面有巨大的实际意义。

1 光伏建筑的防雷保护系统

对于光伏建筑的并网发电系统来说，雷电的危害主要是直击雷，感应雷，雷电波入侵。因此，针对不同的雷电危害方式，采取相对应的防雷措施与技术方法，才能确立光伏建筑的整体防雷保护系统。

1.1 对直击雷的防护措施

光伏建筑的屋面大部分由太阳能板组成，所以合理的防直击雷措施能够有效的保护太阳能板。防直击雷采取的措施是引导雷云对避雷装置放电，使雷电流迅速流入大地，从而保护建（构）筑物免受雷击。防直击雷的完整装置包括接闪器、引下线和接地装置三部分。对建筑物屋顶易受雷击部位，应装接闪杆、接闪带、接闪网进行直击雷防护。雷电流被接闪器引入大地时，要经由引下线、接地体而分散入地。对于光伏建筑，主要采用共同接地系统的设计。

1.2 感应雷的防护措施

雷电发生在电池板的附近，则会在电池板支架上产生静电感应过电压，阵列支架应与接地系统进行可靠连接。太阳能电池板背面的直流电压引出导线与供电系统设备之间应达到绝缘配合。太阳能电池板四周铝合金框架应与支架导通连接。当雷击发生时，雷电流经过太阳电池板的铝合金框架及金属支架泄入大地，从而使太阳能电池板得到保护，避免直击雷冲击而损坏。

1.3 对雷电感应的防护措施

由于雷电波（雷电浪涌）侵入造成控制机房内的控制器或逆变器遭损坏的概率最大，所以必须对雷电波侵入进行多级防护。在太阳电池方阵接线箱内安装防雷模块，在控制器、逆变器内安装防雷元器件，使其具有防雷保护功能；在交流输出端，改变以往设计中在架空出线杆上安装低压阀式避雷器的做法，改用更加灵敏、安全、方便的浪涌保护器即防雷器件防止雷电波由输电线路进入机房。

2 防雷系统的监测预警系统组成

防雷系统的监测预警系统负责检测每次雷击防雷装置动作后入地脉冲电流的强度、雷击电压的极性、雷击次数的计数以及各个SPD的动作损坏情况，将检测信号传到监控主机上，并作为整个监测系统的数据库管理中心，比如雷击次数、雷击电流强度、雷击电压极性、避雷装置损坏情况等。该系统的主要包括数据采集的智能监测仪及两种前端处理，PC监控主机。如图1所示。

系统的上位PC机作为整个监测系统的管理中心，主要负责光伏建筑内各个智能监测仪所检测的防雷装置的各种雷击信息。它可以显示防护区域内所有防雷装置的位置及动作状态，当防雷装置损坏，还能够故障报警。

3 系统功能

该系统利用先进的智能型防雷设备构建防雷系统的监测预警系统能够有效的保证光伏建筑防雷保护的有效性，应具有以下功能：

该系统能够自动监控并记录累计发生时间，累计次数，通流强度等动态数据，用户可以通过主机进行累计情况查询；防雷装置长期运行及多次承受强雷击后，可能发生劣化，老化等故障从而失去防雷保护作用。故障一旦发生，监控主机会及时报警，并显示故障装置的安装位置等信息，使工作人员能够及时维护设备，避免防雷保护系统失效；用户可以通过主机可以查询该系统中防雷设备的信息，包括运行状态，故障信息，安装位置，维护记录等。本系统还提供各项维护记录，故障记录等多种统计报表功能，支持导出Excel，PDF文档及打印输出，方便数据统计及管理存档。

本文所设计的监测预警系统将防雷装置集中监控，实时了解防雷保护系统各个设备的状态，有效的解决了雷击随机性与人工巡检阶段性的矛盾，使防雷保护系统维护管理更有效，更方便，更及时。

4 结语

随着太阳能光伏建筑越来越普及，对光伏建筑的防雷技术要求也越来越高。本文针对光伏建筑防雷保护系统提出了预警监测系统。该系统是集雷电防护，远程监控，设备检测，故障报警，事件记录和统计报表等功能于一体的智能系统。该系统保障了光伏建筑防雷保护系统正常运行，减少了人工巡检，使防雷保护系

统维护管理更有效，更方便，更及时。

参考文献：

[1]国家技术监督局中华人民共和国建设部GB50057-2010建筑物防雷设计规范，北京：中国计划出版社，2010.

[2]周志敏，纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例[M].北京：电子工业出版社，2012.