一、综述

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，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。

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；

感应雷：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。

2.2.1、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。

2.2.2、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：

（1）在设备的外部做简易避雷装置（小型避雷针），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。

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，太阳能电池方阵发出的电经控制器蓄电池，蓄电池的直流电并经过逆变器转换成交流电。

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：

（1）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；

（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B，型号根据配电柜以及供电设备的工作电压选择；

（3）在设备输入端加装漏电保护器或浪涌保护器，电源线路应用金属丝屏蔽，有良好的接地。

（4）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：

（1）根据滚球半径在太阳能模块附近适当位置设置避雷针并做良好的接地系统；

（2）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；

（3）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；

（4）在设备输入端加装末级防雷器，型号为插座式电源避雷器；

（5）所有的防雷器必须良好的接地。

3、工业厂房建筑物及太阳能光伏发电站

对于工业厂房建筑物以及太阳能光伏电站，对于太阳能发电和用电设备的防雷保护要求较高，应做如下处理：

（1）严格按照滚球半径公式在太阳能模块附近适当位置设置一个或多个避雷针并做良好的接地系统；

（2）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，推荐选择遥感箱体避雷器以确保避雷器的工作状态；

（3）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；

（4）在配电柜输出端加装相应型号的避雷器，型号根据供电设备的工作电压选择；

（5）所有的防雷器必须良好的接地。

太阳能光伏发电系统防雷示意图