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浅析光伏发电系统的雷电及浪涌过电压防护 摘要:本文阐述了光伏系统的防雷设计主要考虑及雷电对太阳能 光伏发电系统设备运行的影响,介绍了太阳能光伏发电系统的浪涌过 电压保护解决方案。 1、太阳能光伏发电系统的雷电及过电压防护 对于光伏系统的防雷设计主要考虑直击雷和感应雷的防护:光伏 阵列安装在室外,当雷电发生时可能会受到直击雷的侵入,直击雷的 防护通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为 接闪器,将雷电流接收下来,并通过引下线引至埋于大地起散流作用 的接地装置再泄散入地。 感应雷的防护主要考虑在太阳能电池板四周铝合金框架与支架作 等电位连接并可靠接地,交直流输电线路和逆变器等的感应雷防措施 主要是采用防雷保护器。 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 发电系统的安全、高效的运行。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: 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 到电源分配电柜以及配电柜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。 3)地电位反击:在有外部防雷保护的太阳能发电系统中,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 用电设备。 2、太阳能光伏发电系统雷电防护 太阳能光伏发电站为三级防雷建筑物,防雷和接地涉及到以下的 方面:(可参考GB50057《建筑防雷设计规范》) 1)光伏发电站站址的选择。 2)尽量避免将光伏发电站建设在雷电易发生的和易遭受雷击的位 置。 3)尽量避免避雷针的投影落在太阳电池组件上。 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。 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。太 阳能光伏电站的综合防雷的主要措施如图1所示。 (1)简易型太阳能光伏发电系统的浪涌过电压保护 简易型太阳能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。该发电系统多用于独立 的照明系统、高速公路路牌指示系统、城市路灯系统、高速公路显示 系统等。简易太阳能光伏发电系统的防雷示意图如图2所示,其防雷 要求如下: 1)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。 2)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。 3)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。 (2)复杂型独立光伏发电系统的浪涌过电压保护 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。其防雷要求如下: 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(高大建筑物有 防雷设施)。无外部防雷装置建筑物的太阳能光伏发电系统防雷示意图 如图3所示,其采用的防雷措施如下: ①在太阳能电池板和逆变器之间加装第一级防雷器,型号根据逆 变器最大空载电压选择。 ②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,型号根据配电柜以及供电设备的工作电压选择。 ③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。有外部防雷装置建筑物的太 阳能发电系统防雷示意图如图4所示,其采用的防雷措施如下: ①在太阳能电池板和逆变器之间加装第一级防雷器,型号根据逆 变器最大空载电压选择。 ②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,型号根据配电柜以及供电设备的工作电压选择。 ③所有的防雷器必须良好的接地。 3)工业厂房建筑物的太阳能发电系统。工业厂房建