鉅大LARGE | 點擊量：1483次 | 2018年09月16日
太陽電池陣列的雷電防護介紹
1.直擊雷防護
在光伏發電系統的太陽能電池陣列中，太陽電池組件四周的鋁合金框架與支架導通連接，所有支架均采用等電位連接接地，來防護直擊雷。在直擊雷發生之時，其感應電荷主要集中在太陽能電池組件的鋁框架上。
防直擊雷原理如圖1所示，其中：RAI為太陽能電池方陣鋁框架電阻，RAI=0；RC為太陽能電池方陣電阻，RC≥100MΩ；Rg為接地電阻，Rg≤10Ω。
由于太陽能電池組件是由抽真空的鋼化玻璃夾層組成，其本身就是絕緣體，RC＞＞RAI。所以當雷擊發生時，強大的電磁場在太陽能電池組件平面內會出現磁通量的急劇變化，該平面內的導體上會產生過電壓和過電流，該過電壓和過電流只會產生于鋁合金框架閉合回路上，并通過RAI和Rg進入大地。
2.靜電感應過電壓防護
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
如果直擊雷或云間雷發生在太陽能電池組件的附近，則會在電池板上產生靜電感應雷電過電壓。由于電池板的正負導線相距很近，則在兩導線上同時形成對地靜電感應過電壓UC。
UC=Ue-t/RC
式中：U=Q／C；Q為導線上感應積累的電荷量，C；U為發生閃電時，導線對大地間的電壓，V；R為導線對大地散流電阻，Ω；C為導線對雷云間的電容，F；t為閃擊發生后延續時間，s。
可見，電池板內部正負導線回路中沒有靜電過電壓產生，即靜電感應雷擊對電池板內部回路沒有損壞。當電池板附近發生直擊雷和云間雷擊時，強大的電磁場在電池板平面內會出現磁通量的急劇變化，該平面內的導體上會產生過電壓和過電流。顯然該過電壓和過電流只會產生于鋁合金框架閉合回路上，并通過支架進入大地。因此，電磁感應過電壓不會對太陽能電池組件產生沖擊損壞。另外，太陽能電池方陣的高度遠低于低壓架空輸出線電桿高度，故而電桿接地可以作為電池方陣的防雷防護措施之一。
浪涌保護，通過在帶電電纜上安裝浪涌保護器實現，減少電涌和雷電過電壓對設備造成損壞。太陽能光伏并網發電系統的雷電浪涌入侵途徑，除了太陽能電池方陣外，還有配電線路、接地線等，所以太陽能光伏并網發電系統需要采取以下防護措施：
1）在逆變器的每路直流輸入端裝設浪涌保護裝置。
2）在并網接入控制柜中安裝浪涌保護器，以防護沿連接電纜侵入的雷電波。為防止浪涌保護器失效時引起電路短路，必須在浪涌保護器前端串聯一個斷路器或熔斷器,過電流保護器的額定電流不能大于浪涌保護器產品說明書推薦的過電流保護器的最大額定值。
當太陽能電池方陣架設在接閃器保護范圍內時，太陽能電池方陣置于LPZ0B區內，配電設備和逆變器必須置于LPZ1區內，為此應在逆變器的直流輸入端配置直流電源浪涌保護器，如圖2所示，直流電源浪涌保護器可選用專門用于直流配電系統的浪涌保護器，也可選用交流配電系統的浪涌保護器，并按換算公式Udc=1.414Uac計算。
作為第一級浪涌保護應該選擇開關型浪涌保護器以泄放大的雷電流，直流浪涌保護器的主要技術參數應滿足如下要求：
1）額定放電沖擊電流Iimp≥5kA（10/350μs）；
2）最大持續運行電壓UC≥1.15Udc（Uc為太陽電池方陣開路電壓）；
3）電壓保護水平UP≤0.8UW（UW為逆變器耐沖擊過電壓額定值，一般情況下UW=4000V）
為保護用電設備，在逆變器與并網點之間必須加裝第二級電源防雷器，可選限壓型浪涌保護器，具體型號應根據工作電壓和現場情況確定。綜合采用以上措施可以逐級將雷電流降低，最終控制在設備能承受的電壓范圍之內。大量實踐證明這些措施是非常有效的。
