太阳电池阵列的雷电防护介绍

1.直击雷防护

在光伏发电系统的太阳能电池阵列中，太阳电池组件四周的铝合金框架与支架导通连接，所有支架均采用等电位连接接地，来防护直击雷。在直击雷发生之时，其感应电荷主要集中在太阳能电池组件的铝框架上。

防直击雷原理如图1所示，其中：RAI为太阳能电池方阵铝框架电阻，RAI=0；RC为太阳能电池方阵电阻，RC≥100MΩ；Rg为接地电阻，Rg≤10Ω。

由于太阳能电池组件是由抽真空的钢化玻璃夹层组成，其本身就是绝缘体，RC＞＞RAI。所以当雷击发生时，强大的电磁场在太阳能电池组件平面内会出现磁通量的急剧变化，该平面内的导体上会产生过电压和过电流，该过电压和过电流只会产生于铝合金框架闭合回路上，并通过RAI和Rg进入大地。

2.静电感应过电压防护

如果直击雷或云间雷发生在太阳能电池组件的附近，则会在电池板上产生静电感应雷电过电压。由于电池板的正负导线相距很近，则在两导线上同时形成对地静电感应过电压UC。

UC=Ue-t/RC

式中：U=Q／C；Q为导线上感应积累的电荷量，C；U为发生闪电时，导线对大地间的电压，V；R为导线对大地散流电阻，Ω；C为导线对雷云间的电容，F；t为闪击发生后延续时间，s。

可见，电池板内部正负导线回路中没有静电过电压产生，即静电感应雷击对电池板内部回路没有损坏。当电池板附近发生直击雷和云间雷击时，强大的电磁场在电池板平面内会出现磁通量的急剧变化，该平面内的导体上会产生过电压和过电流。显然该过电压和过电流只会产生于铝合金框架闭合回路上，并通过支架进入大地。因此，电磁感应过电压不会对太阳能电池组件产生冲击损坏。另外，太阳能电池方阵的高度远低于低压架空输出线电杆高度，故而电杆接地可以作为电池方阵的防雷防护措施之一。

浪涌保护，通过在带电电缆上安装浪涌保护器实现，减少电涌和雷电过电压对设备造成损坏。太阳能光伏并网发电系统的雷电浪涌入侵途径，除了太阳能电池方阵外，还有配电线路、接地线等，所以太阳能光伏并网发电系统需要采取以下防护措施：

1）在逆变器的每路直流输入端装设浪涌保护装置。

2）在并网接入控制柜中安装浪涌保护器，以防护沿连接电缆侵入的雷电波。为防止浪涌保护器失效时引起电路短路，必须在浪涌保护器前端串联一个断路器或熔断器,过电流保护器的额定电流不能大于浪涌保护器产品说明书推荐的过电流保护器的最大额定值。

当太阳能电池方阵架设在接闪器保护范围内时，太阳能电池方阵置于LPZ0B区内，配电设备和逆变器必须置于LPZ1区内，为此应在逆变器的直流输入端配置直流电源浪涌保护器，如图2所示，直流电源浪涌保护器可选用专门用于直流配电系统的浪涌保护器，也可选用交流配电系统的浪涌保护器，并按换算公式Udc=1.414Uac计算。

作为第一级浪涌保护应该选择开关型浪涌保护器以泄放大的雷电流，直流浪涌保护器的主要技术参数应满足如下要求：

1）额定放电冲击电流Iimp≥5kA（10/350μs）；

2）最大持续运行电压UC≥1.15Udc（Uc为太阳电池方阵开路电压）；

3）电压保护水平UP≤0.8UW（UW为逆变器耐冲击过电压额定值，一般情况下UW=4000V）

为保护用电设备，在逆变器与并网点之间必须加装第二级电源防雷器，可选限压型浪涌保护器，具体型号应根据工作电压和现场情况确定。综合采用以上措施可以逐级将雷电流降低，最终控制在设备能承受的电压范围之内。大量实践证明这些措施是非常有效的。

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