光伏新能源防雷解决方案

1、概述
　　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，为确保太阳能光伏发电系统安全可靠运行，太阳能光伏发电系统的防雷设计也越来越受重视。太阳能光伏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发电系统的特点来合理设计可靠的防雷方案。
2、雷电的危害
　　直击雷是雷雨云对大地和建筑物的放电现象。当直击雷作用在远处或防雷保护区之内的导线或金属管道上时可以通过导线和金属管道传输到电子设备和太阳电池组件上，由于它有强大的冲击电流、炽热的高温、猛烈的冲击波，强烈的电磁辐射，所以能损坏放电通道上的输电线和电子设备，造成财产损失，甚至击死击伤人畜，造成生命损失。
　　雷云表面分布着大量负电荷，可以通过静电感应使支架和电缆等感应出高电压。闪电电流在闪电通道周围的空间产生强大的电磁场，使周围的各类金属导体上产生感应电动势或感生电流，从而损坏设备。并且雷电感应高电压和雷电电磁脉冲的作用范围广，作用方式比较隐蔽，所以其后果往往比直击雷更严重。
　　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。
3、太阳能光伏发电系统的防雷
　　太阳能光伏发电系统的基本组成为：太阳电池方阵、直流配电柜、交流配电柜和逆变器等。太阳电池方阵的支架采用金属材料并占用较大空间且一般放置在建筑物顶部或开阔地，在雷暴发生时，尤其容易受到雷击而毁坏，并且太阳电池组件和逆变器比较昂贵，为避免因雷击和浪涌而造成经济损失，有效的防雷和电涌保护是必不可少的。太阳能光伏并网电站防雷的主要措施有：
4、接闪装置和引下线系统
　　为了防止光伏阵列遭到直接雷击，有必要将太阳能模块布置在隔离的接闪装置的保护范围内。遵照VdS指导原则2010，大于10KW的光伏设备，应设计为“III级”防雷电系统。对相应的保护等级，使用滚球法来确定避雷针的高度和数量。此外，按照IEC 62305-3（EN 62305-3），还应注意保持光伏支架和避雷针之间的隔离距离。同样，操作室的防雷也采用“III级”等级。引下线通过接地母排连接至接地系统。由于接地母排端口存在土壤或水泥腐蚀的风险，所以必须使用耐腐蚀材料，或者在使用镀锌钢的情况下采取相应的措施（例如：贴密封胶带或套热缩管）进行保护。
5、接地系统
　　光伏设备的接地系统设计为环形接地极（水平接地电极），网络大小为20m×20m。固定光伏模块的金属支架大约每隔10m连接至接地系统。厂房的接地系统按照DIN 18014（德国标准）采用基础接地极。光伏设备和厂房的接地系统通过导体（V4A钢条、30mm×3.5mm，或镀锌钢）相互连接。将各个接地系统相互连接起来可以显著地减小总接地电阻。通过相互网状交织连接的接地系统可形成一个等电位面，它能够显著减小雷电作用在光伏阵列和厂房建筑之间的连接电缆上所产生的过电压。水平接地极铺设在至少0.5M深的土壤中，使用十字夹相互连接成网格状。在土壤中的连接头必须用耐腐蚀带包裹起来。这也适用于铺设在土壤中的V4A钢条。
等电位连接
原则上说，从外部进入建筑物的所有导电部件一般都必须接入等电位连接系统中。完成这些等电位连接要求的办法是：所有不带电的金属部件直接连接到等电位系统，带电部件（如电缆）则通过安装电涌保护器间接接入等电位连接系统。等电位连接最好在建筑物入口附近执行，以便防止部分雷电流侵入建筑物。在这种情况下，厂房中的低电压供电系统可用多极复合型雷电流和电涌保护器保护。
　　此外，厂房中光伏逆变器的输入直流导线必须由适配的基于火花间隙的雷电流保护器保护，例如：使用复合型雷电流和电涌保护器。
6、光伏阵列的防雷措施
在接闪装置遭到雷击时，为了减小在太阳能模块产生的机械应力，在发电机接线盒中尽可能靠近光伏发电机的地方安装了具有热监控功能的电涌保护器。对于电压高达1000V直流发电机电压，在正极和负极对地之间安装电涌保护器.因为光伏板处于外部防雷装置的保护范围内，该SPD已足以满足保护要求。
　　为延长保护装置周期性现场检查的时间间隔，根据实践证明，使用带有浮动触点的电涌保护器来指示热脱扣装置的工作状态是一个行之有效的方法。
　　发电机接线盒中的电涌保护器基本掌控了对光伏设备的区域性保护，并且确保与导线和电磁场相关的干扰不会在光伏设备中引起闪弧的发生。
注意
　　对所谓的“薄膜光伏模块”的防雷不在此考虑范畴之内。
7、信息系统的防雷措施
　　厂房内具有远程诊断系统，用于对光伏设备进行简单而快速的功能检查。对光伏设备的干扰可以及早被操作员发现并排除。远程监控系统可以连续不断地提供光伏设备的性能数据，以便优化光伏设备的输出。通过光伏设备处的外部传感器，可进行风速、模块温度以及环境温度的测量。
　　这些测量值可以直接从数据采集单元中读取。数据采集单元也可通过RS 232或RS485等接口，连接至计算机PC和/或调制解调器，以便维修工程师便可以通过远程诊断确定故障原因并消除故障。调节器制解调器连接到ISDN接入端口的网络终端设备（NTBA）。如光伏模块一样，风速和模块温度测量传感器也安装在雷电防护的范围中。这样，测量线中便不会出现雷击电流，但有可能出现与连接导线相关的暂态过电压，这是雷击时在隔离的接闪装置中产生的感应作用。为了可靠、无故障且连续地将测量数据传输到测量单元，在引入建筑物内的传感器的电缆中，有必要安装电涌保护器。在选择电涌保护器时，必须确保测量值不会受到影响。经由电信网络转发测量数据的ISDN调制解调器同样要确保安全可靠，以便持续控制和优化设备的性能。为了这个目的，在网络终端设备的上游，ISDN调制解调器的UKO接口安装电涌保护器。此电涌保护器还可对网络终端设备（NTBA）230V电源提供保护。