光伏系统防雷设计

光伏系统防雷设计

随着人们环境保护意识的增强和太阳能光伏技术的发展，太阳能光伏并网发电系统的数量、规模和应用规模都在不断扩大，为确保太阳能光伏并网发电系统安全可靠运行，太阳能光伏并网发电系统的防雷设计也越来越受重视。太阳能光伏并网发电系统的防雷与一般电器的防雷既有区别又有联系，因此要根据太阳能光伏并网发电系统的特点来合理设计可靠的防雷方案。

雷电的影响分析

雷电是一种在大气中的放电的自然现象，它对大地的静电感应，使地面或建筑物表面形成异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气，开始游离放电，称之为“先导放电”。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达安装在地面或者其他建筑物上的光伏发电系统时以及其他建筑物时，便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流，并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。光伏电池板大多都是安装在室外屋顶或是空旷的地方，所以雷电很可能直接击中光伏电池板。

如果没有采取等电位连接和钳位措施而且避雷针引下线与导线、金属管道或电器设备的工作地线间的距离小于安全间距，雷击发生时，导线感应雷电流，或者雷击建筑物导致地电位抬高，都会使设备的电源线、信

号线和接地线之间存在电位差，如果电位差超过设备的耐受能力，则该设备必然被击坏。

就光伏发电系统组成而言，晶体硅半导体材料是由PN结组成，光伏组件上安装有整流防倒流二极管等，在正常工作条件下，PN结能够承受包括静电感应电在内的高电压冲击，但是对于在雷电等高电场条件下工作就非常容易受到破坏。雷电作用在光伏组件上轻则会造成组件PN结间击穿和防倒流二极管击穿，从而导致无法发电；重则会将控制器或者是逆变器、控制器到直流负载、逆变器到电源分配电盘以及配电盘到交流负载等的供电线路上产生浪涌电压，损坏外围的电气设备。所以为了延长光伏供电系统的使用寿命，提高安全使用性能，减少损失，优化光伏发电系统的结构设计及研究新型的光伏发电系统用防雷器对于光伏行业的发展有着十分重要的意义。

光伏系统的防雷设计

目前人们尚不能对雷电加以有效利用，而只能对它采取相应的预防性措施，变被动引雷为主动引雷，以减少雷电带来的各种灾害。我国大部分的楼层建筑，防雷措施一般采用避雷带、避雷针和安装阀型避雷器等装置。但是，将现行的防雷技术用于太阳能光伏发电系统并不适用，一方面，由于大面积的太阳电池板占据了屋面，它们的水、电循环系统都可以成为雷电的载体，所以，从安全角度考虑，要求有更高性能的避雷技术才不致于使太阳能光伏发电系统及人类受到侵害；另一方面，按传统的避雷技术须严格按照技术标准安装避雷带、避雷针群等装置，且对间

距和高度都有很高的要求，否则，难以保证安全。此问题解决的最好办法即在光伏发电系统设计过程中设计一些可靠的防雷装置，让太阳能光伏发电技术和新型避雷技术有机地结合在一起，组成实用、美观、安全可靠的一体化避雷系统，最大限度地降低雷电对光伏发电系统的破坏。优化系统设计

对太阳能光伏发电系统的避雷监控系统来说，主要应防止直击雷、雷电感应和雷电波侵入，因此，可以针对不同的雷电危害方式，采取合适的防雷措施与防护方案。

对直击雷的防护包括对太阳电池阵列和光伏电站厂区的防护，要对户外的光伏电池阵列进行有效防护。防雷设备主要采用避雷针，通过滚球法计算，可以合理地选择防雷设备，选定避雷针的型号及其性能指标，达到对户外的光伏电站太阳电池阵列进行有效防护的目的。另外，避免将光伏电站建在易发生和易遭受雷击的位置，尽量避免避雷针的投影落在太阳能光伏组件上,使其能够更合理的避免直击雷对光伏组件的影响。雷电波侵入的主要途径是架空导线和光伏阵列到机房的引入线，可以采取多级防护措施对太阳能光伏发电系统进行保护。在太阳电池方阵接线箱内安装防雷模块；保持太阳电池方阵接线箱与控制柜间距大于10m；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模块；防雷器件全部安

装于防雨防尘的电源箱内，固定在架空出线杆上，防止雷电波由输电线路进入机房，这样就可很好地对雷电波侵入进行有效防护。

防雷器的设计

防雷器又称等电位连接器、浪涌抑制器、防雷保安器等，用于电源线防护的防雷器称为电源防雷器。鉴于目前的雷电致损特点，雷电防护尤其在防雷改进中，基于防雷器防护方案是最简单、经济的雷电防护解决方案。防雷器的主要作用是瞬态现象时将其两端的电位保持一致或限制在一个范围内，转移有源导体上多余能量。

在光伏发电系统防雷模块或防雷器设计中，建立电源设备的保护系统，以便既能够吸收放电产生的长时间高幅脉冲，又能够达到低剩余电压水平。在总配电箱或子配电箱内安装的过电压保护器采用大功率压敏电阻模块作为保护元件。设备保护防雷器内采用的是压敏电阻和充气式过电压防雷器的组合线路。大功率电路中的压敏电阻必须按照各种国家和国际标准不断地对其温度情况，即漏电流的流动情况进行检验。因此，光伏供电系统保护用压敏电阻一般都配有温度保险管或热熔断器。

在太阳能光伏并网离网的各种发电系统中，不仅需要考虑对直击雷的防护，还需要考虑对非直接雷击的防护。因此，完善的雷电防护系统，对于保护太阳能光伏发电系统的设备和人身安全至关重要。