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【光伏知識】光伏系統防雷設計 是怎么樣形成的
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  隨著人們環境保護意識的增強和太陽能光伏技術的發展,太陽能光伏并網發電系統的數量、規模和應用規模都在不斷擴大,為確保太陽能光伏并網發電系統安全可靠運行,太陽能光伏并網發電系統的防雷設計也越來越受重視。太陽能光伏并網發電系統的防雷與一般電器的防雷既有區別又有聯系,因此要根據太陽能光伏并網發電系統的特點來合理設計可靠的防雷方案。

雷電的影響分析

雷電是一種在大氣中的放電的自然現象,它對大地的靜電感應,使地面或建筑物表面形成異性電荷,當電荷積聚到一定程度時,不同電荷云團之間,或云與大地之間的電場強度可以擊穿空氣,開始游離放電,稱之為“先導放電”。云對地的先導放電是云向地面跳躍式逐漸發展的,當到達安裝在地面或者其他建筑物上的光伏發電系統時以及其他建筑物時,便會產生由地面向云團的逆導主放電。在主放電階段里,由于異性電荷的劇烈中和,會出現很大的雷電流,并隨之發生強烈的閃電和巨響,這就形成雷電。光伏電池板大多都是安裝在室外屋頂或是空曠的地方,所以雷電很可能直接擊中光伏電池板。

 

如果沒有采取等電位連接和鉗位措施而且避雷針引下線與導線、金屬管道或電器設備的工作地線間的距離小于安全間距,雷擊發生時,導線感應雷電流,或者雷擊建筑物導致地電位抬高,都會使設備的電源線、信號線和接地線之間存在電位差,如果電位差超過設備的耐受能力,則該設備必然被擊壞。

 

就光伏發電系統組成而言,晶體硅半導體材料是由PN結組成,光伏組件上安裝有整流防倒流二極管等,在正常工作條件下,PN結能夠承受包括靜電感應電在內的高電壓沖擊,但是對于在雷電等高電場條件下工作就非常容易受到破壞。雷電作用在光伏組件上輕則會造成組件PN結間擊穿和防倒流二極管擊穿,從而導致無法發電;重則會將控制器或者是逆變器、控制器到直流負載、逆變器到電源分配電盤以及配電盤到交流負載等的供電線路上產生浪涌電壓,損壞外圍的電氣設備。所以為了延長光伏供電系統的使用壽命,提高安全使用性能,減少損失,優化光伏發電系統的結構設計及研究新型的光伏發電系統用防雷器對于光伏行業的發展有著十分重要的意義。


 

光伏系統的防雷設計

目前人們尚不能對雷電加以有效利用,而只能對它采取相應的預防性措施,變被動引雷為主動引雷,以減少雷電帶來的各種災害。我國大部分的樓層建筑,防雷措施一般采用避雷帶、避雷針和安裝閥型避雷器等裝置。但是,將現行的防雷技術用于太陽能光伏發電系統并不適用,一方面,由于大面積的太陽電池板占據了屋面,它們的水、電循環系統都可以成為雷電的載體,所以,從安全角度考慮,要求有更高性能的避雷技術才不致于使太陽能光伏發電系統及人類受到侵害;另一方面,按傳統的避雷技術須嚴格按照技術標準安裝避雷帶、避雷針群等裝置,且對間距和高度都有很高的要求,否則,難以保證安全。此問題解決的最好辦法即在光伏發電系統設計過程中設計一些可靠的防雷裝置,讓太陽能光伏發電技術和新型避雷技術有機地結合在一起,組成實用、美觀、安全可靠的一體化避雷系統,最大限度地降低雷電對光伏發電系統的破壞。

 

優化系統設計

 

對太陽能光伏發電系統的避雷監控系統來說,主要應防止直擊雷、雷電感應和雷電波侵入,因此,可以針對不同的雷電危害方式,采取合適的防雷措施與防護方案。

 

對直擊雷的防護包括對太陽電池陣列和光伏電站廠區的防護,要對戶外的光伏電池陣列進行有效防護。防雷設備主要采用避雷針,通過滾球法計算,可以合理地選擇防雷設備,選定避雷針的型號及其性能指標,達到對戶外的光伏電站太陽電池陣列進行有效防護的目的。另外,避免將光伏電站建在易發生和易遭受雷擊的位置,盡量避免避雷針的投影落在太陽能光伏組件上,使其能夠更合理的避免直擊雷對光伏組件的影響。

 

雷電波侵入的主要途徑是架空導線和光伏陣列到機房的引入線,可以采取多級防護措施對太陽能光伏發電系統進行保護。在太陽電池方陣接線箱內安裝防雷模塊;保持太陽電池方陣接線箱與控制柜間距大于10m;在控制器、逆變器內安裝防雷元器件,使其具有防雷保護功能;在交流輸出端,改變以往設計中在架空出線桿上安裝低壓閥式避雷器的做法,改用更加靈敏、安全、方便的浪涌保護器即防雷模塊;防雷器件全部安裝于防雨防塵的電源箱內,固定在架空出線桿上,防止雷電波由輸電線路進入機房,這樣就可很好地對雷電波侵入進行有效防護。

 

防雷器的設計

 

防雷器又稱等電位連接器、浪涌抑制器、防雷保安器等,用于電源線防護的防雷器稱為電源防雷器。鑒于目前的雷電致損特點,雷電防護尤其在防雷改進中,基于防雷器防護方案是最簡單、經濟的雷電防護解決方案。防雷器的主要作用是瞬態現象時將其兩端的電位保持一致或限制在一個范圍內,轉移有源導體上多余能量。

 

在光伏發電系統防雷模塊或防雷器設計中,建立電源設備的保護系統,以便既能夠吸收放電產生的長時間高幅脈沖,又能夠達到低剩余電壓水平。在總配電箱或子配電箱內安裝的過電壓保護器采用大功率壓敏電阻模塊作為保護元件。設備保護防雷器內采用的是壓敏電阻和充氣式過電壓防雷器的組合線路。大功率電路中的壓敏電阻必須按照各種國家和國際標準不斷地對其溫度情況,即漏電流的流動情況進行檢驗。因此,光伏供電系統保護用壓敏電阻一般都配有溫度保險管或熱熔斷器。


在太陽能光伏并網離網的各種發電系統中,不僅需要考慮對直擊雷的防護,還需要考慮對非直接雷擊的防護。因此,完善的雷電防護系統,對于保護太陽能光伏發電系統的設備和人身安全至關重要。

 


 

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