关于家庭光伏系统防雷浅析
2017-12-06
本文摘要:分析家庭光伏电站防雷措施的必要性,首先要研究遭雷击家庭光伏电站的环境及其现有防雷措施。从公司已安装的2万多户家庭光伏电站中挑选数家遭雷击的光伏电站、附近有雷击但未遭雷击影响的家庭光伏电站,以及遭雷击却未安装家庭光伏电站的房屋进行分析,简要阐述家庭光伏系统的防雷措施。

  作者:吴星亮 陈圣金 卢凯 陆川
  单位:浙江正泰安能电力系统工程有限公司
  摘要:随着国家对地面电站补贴的下调及地面有限资源的缩减,光伏行业开始转向分布式方向发展,在目前国家分布式补贴未下调的情况下,迎来了家庭光伏行业的高爆发。家庭光伏电站主要是安装在已建成房屋的屋面,而目前国家并没有明确的家庭光伏系统防雷规范。分析家庭光伏电站防雷措施的必要性,首先要研究遭雷击家庭光伏电站的环境及其现有防雷措施。从公司已安装的2万多户家庭光伏电站中挑选数家遭雷击的光伏电站、附近有雷击但未遭雷击影响的家庭光伏电站,以及遭雷击却未安装家庭光伏电站的房屋进行分析,简要阐述家庭光伏系统的防雷措施。
  关键词:家庭光伏;防雷措施
  引言
  太阳能是公认的清洁能源,发展空间巨大,应对“资源紧张、环境污染、气候变化”三大难题成为普遍共识,能源结构调整正在有序开展。西方发达国家因为民用电价远高于工业电价,所以即使取消了国家补贴,也能稳健发展。中国的光伏行业依赖于国家补贴,地面电站扩张厉害,但随着行业发展,集中式电站已经越来越难开发,分布式电站则越来越多,而家庭光伏电站则是分布式电站发展的必然趋势,前景广阔。随着越来越多的家庭光伏电站建成,使小概率的雷击事件被不断量化,在目前国家没有明确的家庭光伏系统防雷规范下,如何保证家庭光伏电站的防雷即安全又经济,是当下急需解决的问题。本文主要分析居民屋顶原先没有防雷措施的情况下,该如何采取防雷措施。
  正文
  1.家庭光伏电站的环境分析
  1.1遭雷击家庭光伏电站的环境特性
  遭雷击家庭光伏电站普遍安装于偏远农村,周边无其他高大建筑物,经常有雷阵雨、雷暴等天气,且房屋本身无有效防雷装置。如在台州地区,每年6-8月为雷暴高发月份,据近30年人工观测资料统计,平均雷暴日数42-58天。
  家庭光伏电站的主要设备——光伏组件,安装在房屋的顶部,容易遭受雷击,雷击产生的危害有直击雷、雷电感应和雷电波侵入三种。
  造成光伏电站较大损失的均为直击雷,光伏电站的组件全部损坏(组件开路电压均为0V),部分逆变器、电表箱受影响,严重的导致家庭电器损坏。家庭光伏电站选址及设计安装时必须考虑周围环境对家庭光伏电站的影响。
  1.2附近有雷击但未遭雷击影响的家庭光伏电站的环境特性
  未遭直击雷击家庭光伏电站普遍安装于乡镇,周边有其他高出电站的建筑物或房屋本身有防雷措施(屋脊安装接闪带或女儿墙有接闪带且高出光伏组件最高点)。原有建筑已有接闪带,如图1、图2所示。
  图1斜屋顶接闪带示意图

  图2平屋顶女儿墙接闪带示意图
  1.3遭雷击但未受影响的未安装家庭光伏电站的环境特性
  如在宁波地区,一个村子10户遭遇直击雷,10户房屋本身均无防雷接地,其有9户家庭未受影响,该9户房屋未安装家庭光伏电站,另外1户安装家庭光伏电站的房屋,所有光伏组件损坏,逆变器、电表箱损坏,同时居民家电视机损坏。
  2.遭雷击家庭光伏电站的防雷措施
  2.1电气接地
  逆变器使用交流电缆的PE线连接至电表箱的接地排。电表箱使用10mm2黄绿接地线从接地排连至人工接地极。
  2.2防雷接地
  组件边框通过接地片或接地线与相邻组件边框及支架进行连接,再通过引下线连接至人工接地极。遭雷击家庭光伏电站的电气接地与防雷接地共用人工接地极,防雷接地引下线均为35mm2铝线。
  3.系统防雷分析
  家庭光伏电站的防雷分为感应防雷和直击雷保护两部分。
  感应防雷主要通过逆变器浪涌模块及电表箱浪涌保护实现。电表箱电气接线,如图3所示。
  图3电表箱电气接线示意图
  现有直击雷防护方式为组件及支架通过引下线连接至人工接地极。因无具体可参照规范,及施工成本等原因,目前行业大多都只做一根接地引下线。因为电气接地与防雷接地共用人工接地极,所以直击雷产生的雷电流通过防雷引下线入地的同时,也会由PE线分流到电表箱上,而电表箱的电缆与逆变器及居民家用电导通,当接地极阻值比居民侧高时,存在对电表箱、逆变器及居民电器放电的可能。
  根据现有案例,直击雷虽然发生概率不高,但发生后造成的损坏较大,因充分重视,采取可靠防雷措施,有效规避风险。
  4.系统防雷措施
  通过现有案例分析,家庭光伏电站需在选址时根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》规定,充分识别建筑物的防雷类别,属于三类以上防雷建筑物的应在安装家庭光伏电站时,增加防雷措施,同时,虽不属于三类防雷建筑物范围,但处于多雷区、强雷区的建筑(一般孤立的),也应增加防雷措施。
  新增直击雷防护主要有以下措施:
  4.1接闪器
  防直击雷的措施主要就是加装接闪器。
  4.2阵列接闪
  太阳能光伏阵列的结构件通过接地体接地防止直击雷,即太阳能光伏阵列的金属支架及其他金属构件均应与屋面接闪带或防雷引下线可靠连接,至少因设置2根引下线。
  4.3建筑物接闪
  建筑屋顶专门敷设的接闪器应由下列的一种或多种方式组成:
  ①独立接闪杆(按60m滚球半径计算);
  ②架空接闪线或架空接闪网;
  ③直接装设在建筑物上的接闪杆、接闪带或接闪网
  按GB50952-2013《农村民居雷电防护工程技术规范》第3.1.3条的规定,明敷接闪器,且农村民居为平屋顶或屋面坡度不大于1/10时,可仅沿屋面四周靠近外沿处敷设一圈接闪带;屋面坡度大于1/10时,应在屋脊、屋檐、檐角、屋角处敷设接闪带。在尖屋顶、圆屋顶和较高的马头墙处可装设接闪杆。
  5.结语
  家庭光伏系统的设计防雷系统时,应充分考虑项目所在位置的周围环境,从太阳电池阵列的输入端至最终用户,针对直击雷和感应雷击采取必要的防雷措施。符合相应规范有防雷要求的,应增加防雷措施,并将电气接地与防雷接地分开。不在三类防雷建筑物范围内,且处于少雷区的,可充分考虑经济效益,电气接地与防雷接地可共用人工接地极。
  参考文献
  [1]GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》
  [2]GB50952-2013《农村民居雷电防护工程技术规范》
  [3]GB50169-2006《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
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