淺談太陽能光伏系統(tǒng)的雷擊和電涌保護(hù)問題
由于光伏設(shè)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(hù)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(shè)備，而且一些私人企業(yè)在社區(qū)中對此類設(shè)備的投資也越來越大，通常這些設(shè)備被架設(shè)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(shè)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(shè)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(guān)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(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)造成嚴(yán)重后果：首先，逆變器的修理費(fèi)高昂；其次，系統(tǒng)故障可能會大幅削減電廠運(yùn)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(shè)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(xué)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(jié)構(gòu)或使用情況判斷是否易受雷擊或雷擊是否可能造成嚴(yán)重的后果。對于那些需要保護(hù)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(hù)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(fēng)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(yīng)該為整個建筑物提供防雷保護(hù)？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(fēng)險，因此不能僅僅根據(jù)現(xiàn)有的光伏設(shè)備就直接得出需要防雷的結(jié)論。但是，在發(fā)生雷擊時，建筑物上的電氣設(shè)備遭到損壞的危險會增加。這是基于以下事實(shí)：由于將光伏系統(tǒng)的電纜被引入建筑物內(nèi)，由雷電流引起的電磁干擾（傳導(dǎo)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(fēng)險，并且在設(shè)計(jì)時將得到的結(jié)果考慮在內(nèi)。IEC 62305-2（給出了如何計(jì)算雷擊建筑物的風(fēng)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(fēng)險分析可確保得出有關(guān)各方面都認(rèn)同的防雷保護(hù)概念，并且滿足最優(yōu)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求，即以最小的花費(fèi)提供必要的保護(hù)。
德國保險協(xié)會已在其指導(dǎo)原則VdS 2010“Risikoorientierter Blitz-und überspannungsschutz für Objekte”（中譯“面向風(fēng)險的防雷和電涌保護(hù)”）引入IEC 62305-2（EN 62305-2）的風(fēng)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(dǎo)原則，以簡化方式將保護(hù)等級及其對應(yīng)的防雷措施進(jìn)行了劃分。此外，該指導(dǎo)原則還適用于具有備用供電設(shè)備的建筑物，例如：配有光伏設(shè)備（＞10KW）的建筑物。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，對此類物體必須考慮采用III級防雷等級（LPL）進(jìn)行保護(hù)。此外，還要求具有其它的電涌保護(hù)措施。
針對III級設(shè)計(jì)的雷電保護(hù)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(hù)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(yīng)該由隔離的接閃裝置提供保護(hù)，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(jìn)入建筑物產(chǎn)生的后果。
光伏逆變器的雷擊保護(hù)
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(shè)備要在隔離接閃裝置的保護(hù)區(qū)域內(nèi)。此外，必須保持光伏設(shè)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(jìn)入建筑物內(nèi)部。
運(yùn)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(jì)利潤。在這些情況下，常常無法實(shí)現(xiàn)所要求的隔離距離，不得不將光伏設(shè)備的支架整合到外部防雷電保護(hù)系統(tǒng)中。在此，必須考慮耦合到建筑物內(nèi)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(shí)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(hù)器（SPD）保護(hù)。目前，基于火花間隙、用于直流電壓側(cè)的1級電涌保護(hù)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：m.yxmy8.cn 信息整理：揚(yáng)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(shè)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(xué)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(jié)構(gòu)或使用情況判斷是否易受雷擊或雷擊是否可能造成嚴(yán)重的后果。對于那些需要保護(hù)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(hù)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(fēng)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(yīng)該為整個建筑物提供防雷保護(hù)？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(fēng)險，因此不能僅僅根據(jù)現(xiàn)有的光伏設(shè)備就直接得出需要防雷的結(jié)論。但是，在發(fā)生雷擊時，建筑物上的電氣設(shè)備遭到損壞的危險會增加。這是基于以下事實(shí)：由于將光伏系統(tǒng)的電纜被引入建筑物內(nèi)，由雷電流引起的電磁干擾（傳導(dǎo)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(fēng)險，并且在設(shè)計(jì)時將得到的結(jié)果考慮在內(nèi)。IEC 62305-2（給出了如何計(jì)算雷擊建筑物的風(fēng)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(fēng)險分析可確保得出有關(guān)各方面都認(rèn)同的防雷保護(hù)概念，并且滿足最優(yōu)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求，即以最小的花費(fèi)提供必要的保護(hù)。
德國保險協(xié)會已在其指導(dǎo)原則VdS 2010“Risikoorientierter Blitz-und überspannungsschutz für Objekte”（中譯“面向風(fēng)險的防雷和電涌保護(hù)”）引入IEC 62305-2（EN 62305-2）的風(fēng)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(dǎo)原則，以簡化方式將保護(hù)等級及其對應(yīng)的防雷措施進(jìn)行了劃分。此外，該指導(dǎo)原則還適用于具有備用供電設(shè)備的建筑物，例如：配有光伏設(shè)備（＞10KW）的建筑物。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，對此類物體必須考慮采用III級防雷等級（LPL）進(jìn)行保護(hù)。此外，還要求具有其它的電涌保護(hù)措施。
針對III級設(shè)計(jì)的雷電保護(hù)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(hù)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(yīng)該由隔離的接閃裝置提供保護(hù)，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(jìn)入建筑物產(chǎn)生的后果。
光伏逆變器的雷擊保護(hù)
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(shè)備要在隔離接閃裝置的保護(hù)區(qū)域內(nèi)。此外，必須保持光伏設(shè)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(jìn)入建筑物內(nèi)部。
運(yùn)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(jì)利潤。在這些情況下，常常無法實(shí)現(xiàn)所要求的隔離距離，不得不將光伏設(shè)備的支架整合到外部防雷電保護(hù)系統(tǒng)中。在此，必須考慮耦合到建筑物內(nèi)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(shí)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(hù)器（SPD）保護(hù)。目前，基于火花間隙、用于直流電壓側(cè)的1級電涌保護(hù)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。
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