淺談太陽能光伏系統(tǒng)的雷擊和電涌保護問題
由于光伏設備暴露在戶外，并且逆變器的電子元件又非常敏感，為確保其20年的使用壽命，有效的雷擊和電涌保護是必不可少的。不僅房屋的業(yè)主決定在他們的屋頂上安裝光伏設備，而且一些私人企業(yè)在社區(qū)中對此類設備的投資也越來越大，通常這些設備被架設在大面積的屋頂、公共建筑或未使用的開闊區(qū)域上。由于光伏設備占用大量戶外空間，因此在雷暴發(fā)生時極易受到雷電的威脅。光伏設備中產(chǎn)生電涌的原因主要是：由于雷電放電和上游電源系統(tǒng)的開關操作引起感性或容性的耦合電壓。雷電引起的電涌可能會損壞光伏模塊和逆變器，這將給設備的運轉造成嚴重后果：首先，逆變器的修理費高昂；其次，系統(tǒng)故障可能會大幅削減電廠運營商的利潤。
防雷的必要性
通常，在建立光伏系統(tǒng)時必須明確區(qū)分所設立的建筑上是否具有防雷系統(tǒng)。出于安全原因，對于集會場所、學校、醫(yī)院等公共建筑，在德國建筑條例中是要求配備防雷系統(tǒng)的。其中，對于建筑物，還要根據(jù)它們的位置、建筑結構或使用情況判斷是否易受雷擊或雷擊是否可能造成嚴重的后果。對于那些需要保護的建筑物，必須配備長效的防雷系統(tǒng)。私人建筑物常常因未采取雷電保護措施而被雷擊。發(fā)生這種情況，部分是由于財力的原因，也有是由于對此類風險缺乏敏感性。
如果為光伏系統(tǒng)選擇了沒有外部防雷的建筑物，那么，就出現(xiàn)了一個問題，即在屋頂上安裝太陽能發(fā)電板時，是否應該為整個建筑物提供防雷保護？根據(jù)最新的科技理論，在建筑物上安裝光伏模塊不會增加發(fā)生雷擊的風險，因此不能僅僅根據(jù)現(xiàn)有的光伏設備就直接得出需要防雷的結論。但是，在發(fā)生雷擊時，建筑物上的電氣設備遭到損壞的危險會增加。這是基于以下事實：由于將光伏系統(tǒng)的電纜被引入建筑物內，由雷電流引起的電磁干擾（傳導干擾和輻射干擾）可耦合到現(xiàn)有的插座和電纜。因此 必要評估遭受雷擊的風險，并且在設計時將得到的結果考慮在內。IEC 62305-2（給出了如何計算雷擊建筑物的風險，以及選擇防雷系統(tǒng)的規(guī)程和數(shù)據(jù)。該軟件給出的風險分析可確保得出有關各方面都認同的防雷保護概念，并且滿足最優(yōu)的技術和經(jīng)濟要求，即以最小的花費提供必要的保護。
德國保險協(xié)會已在其指導原則VdS 2010“Risikoorientierter Blitz-und überspannungsschutz für Objekte”（中譯“面向風險的防雷和電涌保護”）引入IEC 62305-2（EN 62305-2）的風險分析，并從保險行業(yè)的角度出發(fā)提出為建筑物采取防雷措施。在“表3”中照此指導原則，以簡化方式將保護等級及其對應的防雷措施進行了劃分。此外，該指導原則還適用于具有備用供電設備的建筑物，例如：配有光伏設備（＞10KW）的建筑物。根據(jù)這些標準，對此類物體必須考慮采用III級防雷等級（LPL）進行保護。此外，還要求具有其它的電涌保護措施。
針對III級設計的雷電保護系統(tǒng)（LPS）滿足光伏/太陽能系統(tǒng)的常規(guī)要求：“建筑物上的光伏/太陽能系統(tǒng)不得對現(xiàn)有的防雷保護措施造成影響。根據(jù)IEC 62305-3（EN 62305-3）的5.2和6.3，光伏/太陽能系統(tǒng)應該由隔離的接閃裝置提供保護，以防遭到直接雷擊。如果無法避免直接連接，則必須顧及部分雷電流進入建筑物產(chǎn)生的后果。
光伏逆變器的雷擊保護
如果光伏系統(tǒng)安裝在具有外部防雷系統(tǒng)的建筑物上，則對其基本要求之一是：光伏設備要在隔離接閃裝置的保護區(qū)域內。此外，必須保持光伏設備支架和外部防雷系統(tǒng)之間的隔離距離，以防止發(fā)生失控的閃弧。否則，可能會有大量的雷電流進入建筑物內部。
運營商常常希望整個層頂都鋪上光伏板，以便獲得盡可能高的經(jīng)濟利潤。在這些情況下，常常無法實現(xiàn)所要求的隔離距離，不得不將光伏設備的支架整合到外部防雷電保護系統(tǒng)中。在此，必須考慮耦合到建筑物內的雷電流所帶來的后果，因而必須提供等電位連接。這意味著，直流電纜中也將有可能流過雷電流，所以必須實施等電位連接。按照IEC 62305-3，該直流電纜必須由1級電涌保護器（SPD）保護。目前，基于火花間隙、用于直流電壓側的1級電涌保護器還無法提供。這個問題在于，一旦火花間隙被擊穿，便無法熄滅，因此電弧仍會持續(xù)存在。
信息來源：www.ewkbg.com 信息整理：揚州拓普電氣生技部
防雷的必要性
通常，在建立光伏系統(tǒng)時必須明確區(qū)分所設立的建筑上是否具有防雷系統(tǒng)。出于安全原因，對于集會場所、學校、醫(yī)院等公共建筑，在德國建筑條例中是要求配備防雷系統(tǒng)的。其中，對于建筑物，還要根據(jù)它們的位置、建筑結構或使用情況判斷是否易受雷擊或雷擊是否可能造成嚴重的后果。對于那些需要保護的建筑物，必須配備長效的防雷系統(tǒng)。私人建筑物常常因未采取雷電保護措施而被雷擊。發(fā)生這種情況，部分是由于財力的原因，也有是由于對此類風險缺乏敏感性。
如果為光伏系統(tǒng)選擇了沒有外部防雷的建筑物，那么，就出現(xiàn)了一個問題，即在屋頂上安裝太陽能發(fā)電板時，是否應該為整個建筑物提供防雷保護？根據(jù)最新的科技理論，在建筑物上安裝光伏模塊不會增加發(fā)生雷擊的風險，因此不能僅僅根據(jù)現(xiàn)有的光伏設備就直接得出需要防雷的結論。但是，在發(fā)生雷擊時，建筑物上的電氣設備遭到損壞的危險會增加。這是基于以下事實：由于將光伏系統(tǒng)的電纜被引入建筑物內，由雷電流引起的電磁干擾（傳導干擾和輻射干擾）可耦合到現(xiàn)有的插座和電纜。因此 必要評估遭受雷擊的風險，并且在設計時將得到的結果考慮在內。IEC 62305-2（給出了如何計算雷擊建筑物的風險，以及選擇防雷系統(tǒng)的規(guī)程和數(shù)據(jù)。該軟件給出的風險分析可確保得出有關各方面都認同的防雷保護概念，并且滿足最優(yōu)的技術和經(jīng)濟要求，即以最小的花費提供必要的保護。
德國保險協(xié)會已在其指導原則VdS 2010“Risikoorientierter Blitz-und überspannungsschutz für Objekte”（中譯“面向風險的防雷和電涌保護”）引入IEC 62305-2（EN 62305-2）的風險分析，并從保險行業(yè)的角度出發(fā)提出為建筑物采取防雷措施。在“表3”中照此指導原則，以簡化方式將保護等級及其對應的防雷措施進行了劃分。此外，該指導原則還適用于具有備用供電設備的建筑物，例如：配有光伏設備（＞10KW）的建筑物。根據(jù)這些標準，對此類物體必須考慮采用III級防雷等級（LPL）進行保護。此外，還要求具有其它的電涌保護措施。
針對III級設計的雷電保護系統(tǒng)（LPS）滿足光伏/太陽能系統(tǒng)的常規(guī)要求：“建筑物上的光伏/太陽能系統(tǒng)不得對現(xiàn)有的防雷保護措施造成影響。根據(jù)IEC 62305-3（EN 62305-3）的5.2和6.3，光伏/太陽能系統(tǒng)應該由隔離的接閃裝置提供保護，以防遭到直接雷擊。如果無法避免直接連接，則必須顧及部分雷電流進入建筑物產(chǎn)生的后果。
光伏逆變器的雷擊保護
如果光伏系統(tǒng)安裝在具有外部防雷系統(tǒng)的建筑物上，則對其基本要求之一是：光伏設備要在隔離接閃裝置的保護區(qū)域內。此外，必須保持光伏設備支架和外部防雷系統(tǒng)之間的隔離距離，以防止發(fā)生失控的閃弧。否則，可能會有大量的雷電流進入建筑物內部。
運營商常常希望整個層頂都鋪上光伏板，以便獲得盡可能高的經(jīng)濟利潤。在這些情況下，常常無法實現(xiàn)所要求的隔離距離，不得不將光伏設備的支架整合到外部防雷電保護系統(tǒng)中。在此，必須考慮耦合到建筑物內的雷電流所帶來的后果，因而必須提供等電位連接。這意味著，直流電纜中也將有可能流過雷電流，所以必須實施等電位連接。按照IEC 62305-3，該直流電纜必須由1級電涌保護器（SPD）保護。目前，基于火花間隙、用于直流電壓側的1級電涌保護器還無法提供。這個問題在于，一旦火花間隙被擊穿，便無法熄滅，因此電弧仍會持續(xù)存在。
信息來源：www.ewkbg.com 信息整理：揚州拓普電氣生技部
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