光伏发电系统防雷设计

一、光伏发电系统防雷设计基本原则

光伏发电系统应避免建设于易遭受雷击的位置。一般，光伏发电系统采用安装避雷针和等电位接地方式防护直击雷，避雷针的投影不应落在光伏阵列上。

光伏发电系统防护感应雷和雷电波的措施包括：等电位连接、屏蔽、加装防雷器。

当光伏发电系统安装于已建设完成的建筑物楼顶时，若原有的防雷系统可保护光伏发电系统，则光伏发电系统可不设置防雷装置。

二、光伏发电系统的防雷设计方法

（1）直击雷的防护

将光伏组件的铝合金框架与支架连接，并将所有支架等电位接地。该防护方式的原理如图一所示，R1为光伏组件铝合金框架的电阻，R1=0Ω，R2为太阳能电池板的电阻，R2远大于100MΩ（因为太阳能电池板由抽真空的钢化玻璃和其他夹层组成，所以太阳能电池板属于绝缘体），RG为接地电阻，RG≤10Ω，因为R2远大于R1，所以当直击雷发生时，过电压和过电流只会产生于铝合金框架的闭合回路上，且通过R1和RG进入大地。

因为铝合金框架具有镀层，所以只有当光伏组件的接地孔与支架连接时，光伏组件才有效接地。一般，光伏阵列中间的光伏组件接地孔用于光伏组件相互间的连接，光伏阵列两端的光伏组件接地孔与支架连接。



图一，图片来源：中国慕课大学《光伏发电工程技术》

（2）静电感应过电压防护设计

当太阳能电池板附近发生直击雷或云间雷击时，且光伏组件未接地时，太阳能电池板将出现感应电压，并产生过电压和过电流的现象。

当光伏组件铝合金框架接地时，因感应电压产生的过电压和过电流仅产生于铝合金框架闭合回路上，且通过支架进入大地。

（3）直流输入、输出电缆的防雷设计

太阳能电池板背面引出的导线采用BV-1×6mm2型（根据网络资料：BV代表铜芯聚氯乙烯绝缘电缆，1代表1芯线缆，6mm2代表截面积）电缆线，该导线的脉冲绝缘耐压大于30kV，同时，太阳能电池板的汇流箱内装有防雷器。 光伏阵列至机房控制机的直流线缆采用铠装线缆（根据百度百科理解：在线缆外部增加机械保护层即为铠装线缆），该线缆金属外皮均与光伏阵列组件连接，并可靠接地。

（4）机房内设备的防雷设计

机房内设备的防雷设计主要为感应雷和雷电波的防护。控制器的保护是在光伏阵列的汇流箱内和控制器的输入端加装过防雷器。逆变器的保护是在逆变器的输出端（即火线与地之间、零线与地之间、火线与零线之间）安装防雷器。交流配电柜的输出端与输出线路相连，交流配电柜的保护是在交流配电柜的输出端（即火线与地之间、零线与地之间、火线与零线之间）安装防雷器。（含个人理解）

同时，机房内各设备均需可靠接地，并与光伏阵列、外架线路的接地体保持同一电位。

（5）输出线路的防雷设计

输电线路的防雷设计是在输出线路的火线与零线之间安装防雷器件，此防雷器件安装于防尘防雨的避雷箱内，避雷箱固定于输出线路的线杆上，以防止雷电波通过输出线路进入机房。

（6）接地装置设计

目前，接地装置设计是最为有效且最广泛的方法，接地装置包括：接地设备、接地体、引入线、大地。

接地电阻要求不大于4Ω，当接地电阻大于4Ω时，通常采用向接地处添加降阻剂或选择土壤率（个人理解：土壤电阻率）较低的地方设置接地装置。（含个人理解）

审核编辑：刘清