(宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏银川 750001)
摘要：大型光伏发电组件具有安装密度高、占地面积大和金属材料占比多等特点，易遭受雷电侵害。由于雷击损坏的高维护费用、高人工成本和设备损坏期间功率损失等问题，光伏组件的防雷保护研究已成为光伏发电工程中颇受关注的课题。
关键词：光伏支架；雷电；
1防雷环境
分布式光伏发电根据光能互补利用不同，可细化为渔光互补、农光互补、畜光互补、牧光互补等等，将光伏发电同渔业、农业、畜牧养殖业等等综合利用土地、光能，选择湖面、山地、农田、畜牧养殖区架设光伏发电方阵支架，从雷电学原理和防雷设计规范可知，雷击具有选择性，高岗或山顶、湖旁和河边、具有上升气流的山坡、孤立的建构筑物、野外的金属构件等均为易遭受雷击的区域，甚至是雷击高发区。其防雷周边环境：一般处在空旷开阔处或建筑物顶端、处于雷电易发或高发区域，同时大片光伏支架方阵较周边物体更易形成雷电梯级先到而遭受直接雷雷击和雷电感应的二次危害。
2光伏的类型及优点
2.1光伏的类型
目前，光伏主要有两大类，一类是BAPV(buildingattachedphotovoltaic)，即以建筑物为载体，光伏方阵依附于建筑物上，使建筑物成为光伏方阵的支撑；另一类是BIPV(buildingintegratedphotovoltaic)，即将光伏组件作为建筑材料，与建筑物集成在一起，成为建筑不可分割的一部分．这两种不同的结合方式中，将光伏方阵安装于建筑物的屋顶，是最为常见的一种建筑形式．因其节约占地空间，且便于施工，因此成为光伏发电与建筑相结合的最佳方式。
2.2太阳能光伏一体化的优点
(1)太阳能光伏发电属于清洁、绿色、可再生的不尽，用之不竭的免费能源。(2)太阳能光伏板一般安装在建筑物屋顶或外墙上，不会占用额外的土地资源，尤其适用于土地资源紧张的城市建筑，可实现绿色建筑的“节地”目标。(3)光伏板将太阳能转化为电能，可减少建筑外墙及屋面得热和室内空调冷负荷，有效降低室外综合温度，从而实现绿色建筑的“节能”目标。(4)太阳能光伏系统安装方便、联系简单，维护保养简单，系统稳定性好，使用寿命长。而且将太阳能光伏发电系统与建筑相结合，既可节省投资，又可充分利用光伏系统自身所发出的电能。
3雷电防御措施
3.1防直击雷和接地
太阳能光伏电池板突出车间原有接闪带形成的平面0.45m，需要增设接闪器保护发电系统。接闪器可选用接闪杆、线、网来保护，由于电池板面积较大，采用接闪线、接闪网虽有保护作用，但线和网布设在电池板上方产生的阴影长时间遮挡电池板，严重影响发电效率。采用高度合适的多支独立接闪杆布置在建筑物的屋檐、檐角等易受雷击部位，接闪杆的杆高0.5m，屋檐部分每隔5m布设一支，屋角转角处加密布置。形成的双杆和多杆保护，将大大降低接闪杆的高度和数量。接闪杆与车间原有防雷装置可靠连接，太阳能电池板的铝合金边框与金属支架之间、相邻电池板之间采用不小于10mm2多股铜线相互连接，形成M型网格结构，构成电气通路并就近多点可靠接地，能很好地将雷电流分流并传导泄放到大地。太阳能发电接地系统包括防雷接地、安全保护地、交直流的功能性接地。各接地系统很难做到相互独立，为了避免各接地系统之间的地电位反击，固将各设备、金属构件、混凝土内基础地网等相互连接，构成一个共用接地网，接地网的布置和尺寸比特定的接地电阻值更加重要，接地网宜采用基础地网或环形人工接地网。
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3.2光伏方阵接闪器设计
根据防雷设计规范，光伏发电系统中光伏电池组件、光伏发电方阵支架、直流汇流箱及配电箱、并网逆变器、变压器平台等构筑物划为三类防雷建筑物，采用滚球法计算保护范围，计算出接闪杆的高度，其中光伏方阵的直接雷防护是难点也是争议的交点：可以通过不对称、不等高的接闪杆，并根据不同季节、天气实况变化，采用升降式接闪杆规避规范电池组件的“热斑效应”，但却大大提高防雷保护的造价，同时也可能不能完全保护所有电池组件，因此最全范围、最经济可行的防护措施应是利用太阳能电池板四周金属框架作为接闪器，在直击雷发生时，直接通过金属框架接闪并立即泄入大地，避免使太阳能电池板遭受直击雷冲击而损坏。
3.3直接雷装置
（1）接闪装置。根据防雷区(lightningpro-tectionzone，简称LPZ)的划分可知，安装于建筑物屋顶处的光伏板处于LPZ0A区，可利用其自身太阳能光伏板的金属框架作为接闪器，将其金属支撑结构与建筑物屋面上的防雷装置电气连接。因为太阳电池方阵的金属框架构成的金属网格较密集，可利用其自身的金属框架作为接闪器，原则上不再采用接闪杆、接闪线进行防护，且符合太阳能光伏发电系统的经济实用性要求。(2)引下线。目前，在设计施工时通常将其在电气上连接成一个整体，构成立体屏蔽网(法拉第笼)。依靠这个暗装的法拉第龙可以有效降低雷电电磁脉冲的干扰。其屏蔽效能的好坏取决于钢筋网格的尺寸。因此，在设计中尽量多均匀布置一些引下线，其对雷电流的分流作用有一定的影响，不但可以降低引下线上的压降，还可减少侧击的危险。
3.4等电位连接
光伏方阵的金属框架应该相互连通，形成电气回路，金属框架与金属支架应作可靠连接，每列金属支架与光伏方阵环形接地网应不少于两点就近焊连，光伏发电组件信号线缆屏蔽层或金属屏蔽管应就近与方阵金属框架或支架进行等电位连接。汇流箱应设接地端子排，电涌保护器接地线、进出汇流箱的线缆金属外皮、屏蔽金属管及汇流箱的金属外壳等应与接地端子可靠连接。室内发电设备和线路的等电位连接，在集控室、继电室、逆变器及变压器等设施内，设置总等电位接地端子排，将进出的金属管道、电力线缆和信号线缆的屏蔽层，就近连接到总等电位连接端子排上。各配电箱或配电柜内也应设局部等电位接地端子排，将设备的金属外壳、金属管槽、线缆屏蔽层和设备的静电接地、保护接地和箱柜本身以最短的距离连接到等电位接地端子板。
3.5防雷击电磁脉冲
首先利用车间钢筋混凝土内的钢筋、金属框架、金属板等自然构建与防雷装置可靠连接组成大空间屏蔽体；再将光伏发电系统设备、机柜、配电柜的金属外壳之间可靠连接并就近接地构成设备屏蔽；其次将光伏系统的电源线缆、信号通信线缆穿金属管敷设或更换为屏蔽线缆，金属管或屏蔽层应在两端接地，并在穿越防雷区处做等电位连接。将位于LPZ0区的光伏方阵、汇流箱、通信设备之间的电源、信号线路所穿的金属管两端端应与设备金属外壳、配电箱连接并与就近防雷装置相连。
结语
太阳发电系统作为一种新型能源，其防雷系统的研究还需要大量的实验和数据作支撑，以满足其安全运行的要求。将现行的防雷技术直接用于太阳能光伏时，对防雷技术的性能和防护设施的间距和高度等方面还有些问题需要进一步研究。
参考文献:
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[4]中华人民共和国机械工业部.建筑物防雷设计规范GB50057—94［M］.北京：中国计划出版社，2001.
论文作者:刘宝
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/17
标签：光伏论文; 防雷论文; 方阵论文; 太阳能论文; 金属论文; 雷电论文; 建筑物论文; 《电力设备》2018年第34期论文;