屋顶式光伏发电站的防雷措施

屋顶式光伏发电站的防雷措施

发表时间：2018-06-19T10:50:30.280Z 来源：《电力设备》2018年第4期作者：沈皓[导读] 摘要：现阶段，随着能源的日益缺乏和环境的日益恶化，人们对清洁再生的能源需求日益增大，太阳能就是其中一种最环保的清洁可再生能源。

（杭州防雷安全检测有限公司浙江省杭州市 310000）摘要：现阶段，随着能源的日益缺乏和环境的日益恶化，人们对清洁再生的能源需求日益增大，太阳能就是其中一种最环保的清洁可再生能源。在对太阳能进行利用的过程中，最主要的方式就是通过太阳能来光伏发电，光伏发电很大程度上缓解了能源危机，对我国的经济发展具有推进作用。

关键词：屋顶式；光伏发电站；防雷措施

当代形势下民用建筑中最常见的建筑体系就是平屋顶式建筑，然而这些建筑体系在当初进行设计时根本没有考虑避雷措施，并且随着我国能源危机的加重，很多平屋顶式建在房顶上都建立了光伏发电系统。虽然光伏发电能够有效的缓解我国现阶段的能源危机，但是由于很多平屋顶上还装了水箱、通气管等设备，就导致了现阶段我国屋顶光伏发电系统设备还存在着很大的安全隐患。

1.屋顶式光伏发电站特点

1.1屋顶式光伏发电站特点：

输出功率较小：传统集中式电站输出功率较大，少则几十万千瓦，多则几百万千瓦，大规模化的应用提高我国电力系统的经济效益。在相对情况下，可以根据场地的要求来设计光伏发电的模块，调整光伏系统的容量。污染小：屋顶式光伏发电站在发电过程中噪音较小，并且对空气和水资源不会产生污染[1]。有效缓解用电紧张：屋顶式光伏发电站主要利用太阳能进行发电，而且屋顶式光伏发电站在白天出力最高，正好符合人们对用电的时段需求。

1.2屋顶式光伏发电站所带来的经济效益

假如一个10MWp的屋顶式光伏发电站，按80%的效率、1100h的年利用小时数（浙江地区平均值）计算，一年可发电10000000*1100/1000=1100万度，按1度电便宜0.15元，可以节省运营成本165万元。10MWp的屋顶式光伏发电站投资约1.2亿，根据国家最新出台的政策，项目建成后第四年可缴税约300～400万，那么每年可以节省煤炭2800t，减少烟雾排放700t，减少灰渣1000t，减少排二氧化碳气体排放量5960t，二氧化硫56.84t[2]。

2.屋顶式光伏发电站遭受雷击途经分析

屋顶式光伏发电站由太阳电池板、控制器、逆变器、蓄电池所构成，这些设备造价高并且极易损坏，因此需要对太阳能发电设备有相当完整的外部防雷保护，避免裸露在外的电池板遭受雷击的冲击。屋顶光伏发电系统示意图如下图1所示：

雷电感应：是指在雷电放电过程中，与附近的导体所产生的静电感应和电磁感应，它可以使金属设备之间发生火花而对设备造成损害，屋顶式光伏发电系统的电源和控制线路均容易感应雷电的过电压[3]。直雷击：是指在雷电过程中，雷电对建筑物或者是其他大形物体进行直击，从而产生电效应和热感应效应。

3、屋顶式光伏发电站的具体防雷措施

屋顶式光伏发电站防雷措施可以分为内部和外部措施，外部措施包括：接闪器、引下线、屏蔽、接地装置和共用接地系统[4]；内部措施包括：安装浪涌保护器（SPD）、合理布线、等电位连接、屏蔽、共用接地系统，如图3所示。在进行避雷方案设计时要严格按照相关的规定来进行，比如《建筑物防雷设计规范》、《雷电电磁脉冲的防护》等。

3.1直击雷防护措施

外部直击雷防护由避雷针、避雷带、引下线和接地系统构成，其主要是为了保护建筑物免遭雷电冲击从而引起火灾事故。如若光伏发电设备放置在建筑物顶部时，可以考虑利用建筑物原有的外部防雷系统，如果光伏发电设备处于保护区之内，则可以不用添加外部防雷系统。在布置避雷针时，既要考虑要放置在光伏设备的保护范围之内，又要避免其阴影的投射范围。接地范围的合理控制可以有效的减少电阻，更好的将雷电流导入地面，减小地电位；避雷针应该设置独立的接地装置，并且接地电阻必须小于10Ω[5]，并且网络大小为20mx20m。在安装引下线时应该利用建筑的钢筋，假如没有钢筋建筑物时应该进行引下线，数量不少于2根，受力均匀的分布在受保护建筑物上，材料和尺寸必须符合GB50057-2010的要求。

图3、屋顶式光伏发电站防雷系统

3.2等电位连接

等电位连接是为了实现金属设备之间的等电位，防止设备之间相互发生闪络或击穿。将太阳电池组件及支架设备之际对接到等电位系统上，逐个用BVR-1x6铜绞线对光伏组件边框上的阶地孔和支架的连接螺栓进行固定[6]，站内所有设备的安装均按《交流电气装置接地》的要求来进行。

3.3屏蔽

屏蔽是为了实现建筑物与线路以及设备之间的安全，将外界的电磁屏蔽隔离从而防止电磁脉冲感应高压电。主要是当雷电经过光伏发电系统周围时进行屏蔽。具体可以采用密封的同轴外套的电缆管或者是电缆沟中敷高裸露保护线等方式来进行，并且要将屏蔽装置的外围连接到地线上。

3.4合理布线

光伏发电设备的电源线和信号控制线应该分开布置，信号和控制线路应该要靠近电位连接网络进行敷设，并且要在敷设过程中减小电磁感应产生的环路面积。

3.5防止雷电波侵入线路

为了有效防止雷电波侵入线路，在室外敷设电源线路时应该进行全线埋地敷设或者是距离建筑物15-20m处采用铠装电缆短或者是无铠装电缆段进行埋地引入，进入建筑物内的配电箱然后分线引入用户[7]。并且所有的SPD必须做好接地工作，如太阳能电池板和逆变器之间可以用1级A类SPD，逆变器与配电柜之间可以用2级B类SPD，控制器与蓄电池之间可以用3级C类SPD。

结语

综上所述，未来的住宅区和居民楼屋顶均可以安装光伏发电系统，但是在便民的同时也会带来雷击的风险。因此要加强屋顶式光伏发电站的防雷设施，在日常防雷检测中仔细认真，发现安全隐患及时进行整改。

参考文献：

[1]钟球.浅谈屋顶式光伏发电站的防雷措施[J].农业与技术，2015（18）：202-202.

[2]刘成.浅析建筑屋顶光伏发电系统[J].广播电视信息，2017（5）：98-100.

[3]刘景洪，粟锴，程小芳.太阳能光伏发电站防雷检测流程与方法探析[J].低碳世界，2017（21）：104-105.

[4]邓海利，郭业才，宋兆俊.分布式光伏发电防雷措施的精细化选择[J].工业安全与环保，2015（12）：42-44.