太阳能光伏发电系统设备防雷方案

中心议题：
    *  太阳能光伏发电系统雷电电磁脉冲干扰的入侵途径
    *  光伏发电系统设备雷电及过电压防护
    *  并网型光伏发电系统的浪涌过电压保护

摘要：太阳能电力系统以其稳定可靠，安装方便，操作、维护简单等特点，已得到了越来越广泛的应用。在大量使用太阳能发电设备的同时，由于自身安装特点的原因，设备遭受雷电及过电压损坏的概率大大增加，严重危害着太阳能发电系统安全.因此研究太阳能发电系统的防雷刻不容缓。

一、前言
当前，全球能源紧缺，人们越来越多的开始使用新型、绿色、环保的能源作为传统能源的补充和替代品，太阳能就是其中的一种。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，太阳能发电是一种典型的绿色环保型能源，它安全可靠、无噪音、无污染、不受地域限制、无需消耗燃料、故障率低、维护方便、规模大小可随意的与建筑物相结合。它已经以其特有的优势逐渐得到了大家的认可。

太阳能光伏发电系统作为一种新兴的发电系统在能源发电领域中已备受关注及广泛应用，由于太阳能光伏发电系统本身安装位置和环境的特殊性，其设备遭受雷电电磁脉冲损坏的隐患也越来越突出。因此，根据实际情况对太阳能光伏发电系统防雷的研究有助于提高整个发电设备系统安全、高效的运行。

二、太阳能光伏发电系统设备雷电及过电压防护
太阳能发电是通过转换装置把太阳辐射转换成电能利用的属于太阳能发电技术，光电转换

2.1、太阳能光伏发电系统雷电电磁脉冲干扰的入侵途径

雷电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：
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；
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；
地电位反击：在有外部防雷保护的太阳能供电系统中，由于外部防雷装置将雷电引入大地，从而导致地网上产生高电压，高电压通过设备的接地线进入设备，从而损坏控制器、逆变器或者是交、直流负载等设备。

2.2、光伏发电系统设备雷电及过电压防护

光伏发电系统的构成：一套基本的太阳能发电系统是由太阳电池板、控制器、逆变器和蓄电池构成。

光伏发电系统的基本分为两大类：独立发电型和并网发电型。独立发电型中最常见的两种类型：简易型光伏发电系统和复杂型独立光伏发电系统。

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，以保证裸露在室外的太阳能电池板不被直接雷击损坏。

2.2.1、独立光伏发电系统的浪涌过电压保护

简易型光伏发电系统的浪涌过电压保护
简易型光伏发电系统以其供电稳定可靠，安装方便，操作、维护简单等特点，已得到越来越广泛的应用。该发电系统多用于城市独立的照明系统、高速公路路牌指示系统等等。



它广泛应用于城市现场交通信号指示系统、城市路灯系统、高速公路显示系统等等。
对于这种简易光伏发电系统的防雷我们做如下处理：
⑴ 在设备的外部做简易避雷装置，以保护太阳能电池板及用电设备不被直接雷击击中；
⑵ 对设备与太阳能电池板之间的供电线路，加装避雷器，型号根据直流负载的工作电压选择；
⑶ 避雷装置的引下线以及避雷器的接地线都必须良好的接地，以达到快速泄流的目的。

复杂型独立光伏发电系统的浪涌过电压保护
复杂独立发电系统，太阳能电池方阵发车的电经蓄电池并经过逆变器直流转换成交流电。



复杂型独立光伏发电系统多用于智能建筑物、别墅、工业厂房建筑物。其各自太阳能发电系统防雷如下：

1、无外部防雷装置的建筑物



无外部防雷装置建筑物的太阳能发电系统，多用于民用的自建住宅，或周围有高大建筑物
保护其不被直接雷击袭击。我们只需对太阳能发电和用电设备的防雷保护做如下处理：
⑴ 在太阳能电池板和逆变器之间加装第一级防雷器A，型号根据现场逆变器最大空载电压选择；
⑵ 在逆变器与配电柜之间以及配电柜与负载设备之间加装第二级防雷器B，型号根据配电柜以及供电设备的工作电压选择；
⑶ 所有的防雷器必须良好的接地。



2、有外部防雷装置保护的建筑物



对于有外部防雷装置建筑物的太阳能发电系统，考虑到整个系统可能遭受直击雷的缘故，所以必须首先保证直击雷的防护措施一定要到位。对于太阳能发电和用电设备的防雷保护做如下处理：
⑴ 在太阳能电池板和逆变器之间加装第一级防雷器A，型号根据现场逆变器最大空载电压选择；
⑵ 在逆变器与配电柜之间以及配电柜与负载设备之间加装第二级防雷器B，型号根据配电柜以及供电设备的工作电压选择；
⑶ 所有的防雷器必须良好的接地。

3、工业厂房建筑物


对于工业厂房建筑物，对于太阳能发电和用电设备的防雷保护做如下处理：
⑴ 在太阳能电池板和逆变器之间加装第一级防雷器A，型号根据现场逆变器最大空载电压选择；
⑵ 在逆变器与配电柜之间以及配电柜与负载设备之间加装第二级防雷器B，型号根据配电柜以及供电设备的工作电压选择；
⑶ 所有的防雷器必须良好的接地。

2.2.3、并网型光伏发电系统的浪涌过电压保护
太阳能并网发电系统将太阳能转化为电能，并直接通过并网逆变器，把电能送上电网，或将太阳能所发出的电几个难过并网逆变器直接为交流负载供电。由于不需要蓄电池，其成本更低，系统运行寿命更长，是太阳能光伏发电的发展方向，代表了21 世纪最具吸引力的能源利用技术。现在，大规模利用太阳能并网发电在许多发达国家已成为现实。




对于并网型光伏发电系统的防雷保护，我们采用以下方式：
⑴ 在光伏电池组件与逆变器或电源调节器之间加装第一级电源防雷器，进行保护。这是
供电线路从室外进入室内的要道，所以必须做好雷电电磁脉冲的防护。具体型号根据现场情况确定。
⑵ 在逆变器到电源分配盘之间加装第二级电源防雷器，进行防护。具体型号根据现场情况确定。
⑶ 在电源分配盘与负载之间加装第三级电源防雷器，以保护负载设备不被浪涌过电压损坏。具体型号根据现场设备确定。
⑷ 所有的防雷器件都必须良好的进行接地处理，并且所有的设备的接地都连接到公共地网上。

选用和使用SPD注意事项
应在不同使用范围内选用不同性能的SPD。在选用电源SPD 时要考虑当地的雷暴日、当地发电系统环境、是否有遭受过雷电过电压损害的历史、是否有外部防雷保护系统以及设备的额定工作电压电压、最大工作电压等因素。

在有外部防雷保护的发电系统，LPZ0 与LPZ1 区交界处的SPD 必须是经过10/350us 波形冲击试验达标的产品。

SPD 保护必须是多级的。例如对电子设备电源部分雷电保护而言，至少应采取泄流型SPD与限压型SPD 或者是大通流量高电压保护水平限压型SPD 与小通流量低电压保护水平限压型SPD，前后两级进行保护。

对于无人值守的太阳能发电系统，应选用带有遥信触点的电源SPD；对于有人值守的发电系统，可选用带有声光报警的电源SPD，所有选用的电源SPD 都具有老化或损坏的视窗显示。

电源SPD 必须是并联在供电线路上，且SPD 前加装相应的空气开关，以保证任何情况下太阳能发电的供电线路不得发生短路状况。

在选用SPD 时，应要求厂家提供相关SPD 技术参数资料、安装指导意见。正确的安装才能达到预期的效果。SPD 的安装应严格依据厂方提供的安装要求进行。同时厂家必须提供检测SPD是否损坏或老化的仪器设备，以便将已经老化或损坏的SPD 从设备上拆除。

SPD 尽可能地采用凯文接线方式，以消除导线上的电压降。当无法做到凯文连接时，则引入线与引出线分开走线，并选择最短的路径，以避免导线上的电压降太高而损坏设备。

SPD 的接地线与其它线路分开铺设。地线泻放雷电流时产生的磁场强度较大，分开50mm以上，避免其它线路感应过电压。

三、结束语

从工业生产到航空航天，从交通信号灯到通信设备的供电，太阳能光伏发电系统已经成功的应用在各个领域，跟我们日常生产生活密切相关。希望大力发展太阳能发电的同时也注重其防雷系统的完善，为整个发电系统的安全运行提供有效的保障。