太阳能光电建筑一体化系统的防雷设计

摘要：随着我国太阳能发电的快速发展，光伏发电系统的防雷设计已成为我国太阳能光伏发电的重要内容。众所周知，雷电作用于光伏组件上轻则造成防倒流二极管击穿与组件PN结间击穿，重则损坏控制器和逆变器或者是交、直流负载等设备及连接设备。因此，为确保太阳能光伏发电系统的安全可靠，必须着力解决防雷问题。本文从优化光伏发电系统结构设计和防雷器的设计与安装等两个方面阐述了如何做好光伏发电系统的防雷设计。

关键词：光伏发电系统；防雷设计；防雷器

Abstract: with the rapid development of our country solar power, (pv) power system of lightning protection design has become China's solar photovoltaic power generation the important content. As is known to all, lightning light v component function would cause the light back diode breakdown and components between PN junction breakdown, heavy then damage controller and inverter or ac, dc load equipment and periphery connection equipment. Therefore, in order to ensure that solar photovoltaic power generation system of safe, reliable, and have to be solved, lightning protection problems. This paper, from the optimization (pv) power system structure design and lightning protection device design and installation of the two aspects expounds how to do (pv) power system of lightning protection design.

Keywords: photovoltaic power generation system; Lightning protection design; Lightning protection device

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

当前，人类对雷电只能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灾害。我国大部分楼层建筑多采用避雷带和避雷针等防雷措施。现行光伏发电系统防雷是以传统防雷为基础，通过强化防雷系统结构和装置的选型而实现。防雷问题业已成为光伏发电系统使用的重要问题，而解决此问题的最好方法即在光伏发电系统设计过程中设计可靠防雷装置，最大限度的降低雷电对光伏发电系统的破坏。

一、太阳能光伏发电系统设备雷电防护

太阳能发电是通过转换装置把太阳辐射转换成电能。太阳能光伏发电系统雷电电磁脉冲干扰的入侵对太阳能光伏发电系统设备的影响，主要由以下几个方面造成：①直击雷，太阳能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太阳能电池板，造成设备的损坏，从而无法发电；②传导雷，远处的雷电闪击，由于电磁脉冲空间传播的缘故，会在太阳能电池板与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过电压，损坏电气设备。

太阳能光伏发电系统直击雷防护太阳能光伏发电设备外部防雷系统的作用是提供直击雷电流泄放通道，使雷电不会直接击中太阳能电池板。外部防雷系统包括三部分：接闪器、引下线和接地地网。太阳能发电系统必须有相对完善的外部防雷措施，以保证在室外的太阳能电池板不被直接雷击损坏。

二、优化光伏发电系统结构设计

太阳能光伏发电系统避雷监控系统主要应防止直击雷、雷电感应及雷电波侵入[2]。因此，可针对不同的雷电危害方式采取相应防雷措施和防护方案。

对直击雷的防护包括对太阳电池阵列和光伏电站建筑的防护。对户外的光伏电池阵列进行有效防护，首先要正确计算光伏电池阵列年预计雷击次数，然后利用滚球法计算出需要避雷的范围，防雷设备主要采用避雷针。应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，使其能够更合理地避免直击雷对光伏组件的影响。

太阳能光伏电站在进行防雷设计时，必须采取有效措施，防止雷电感应和雷电波侵人。考虑用避雷器和可靠接地系统等对雷电感应和雷电波侵人进行防护。控制器和逆变器一般采用全户内型，为使光伏电池组件、控制器和逆变器在受到直击雷和感应雷时能有可靠的保护，在光伏电池组件支架、控制器和逆变器的非导电体的屋顶上装设环形避雷带作为防雷保护，并且避雷带设有数个独立引下线。

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。因此，对避雷方案进行改进，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小于l Om；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，传统的低压阀式避雷器的做法，可改用更加灵敏、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，这样就可以很好地对雷电波侵入进行有效防护。

三、防雷器的设计与安装

防雷器又称过电压保护器，用于电源线防护的防雷器称为电源防雷器。鉴于雷电致损特点，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。

交流电源防雷模块采用复合对称电路，共模、差模全保护，L, N可以任意接，安全性高，压敏电阻短路失效后能与电路脱离，一般不会引起火灾。可以安装在三相四线交流电源，单相二线电源的输入或者输出端以及适配电室、配电柜、开关柜、交直流配电控制系统和其他各种重要设备、容易遭遇受雷击的设备中，以保护设备电源系统免受雷击过电压造成的损害。直流电源防雷器可以安装在直流电源的正、负极之间及正极(或负极)与地之间，可以防止电源线之间和电源线与地之间的雷电过电压和瞬态电压对设备造成的损坏。具体电路见下图1所示[3]。

图1 防雷器部分电路示意图

四、结语

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(雷电感应和雷电波)的防护。与此同时，不仅要知道雷击的次数，还要知道每次雷击的强度以及整个防雷系统内各个避雷装置的工作损坏情况。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。在今后的设计中，我们应该充分考虑太阳能发电系统的雷电防护方案、光伏发电设备安装地点的选择，尽量避开雷电多发区域的设备安装，完善各项设计指标，确保太阳能光伏发电系统的正常工作，达到使其有效和安全运行的目的。

参考文献：

[1]李斌. 太阳能产品与雷电安全防护[J]. 现代建筑电气, 2010,(09).

[2]周天沛. 全自动光伏发电装置的设计[J]. 自动化技术与应用, 2011,(01) .

[3]周有娣. 太阳能光伏系统的设计应用[J]. 智能建筑电气技术, 2011,(02) .

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