光伏系统防雷与接地系统的设计

光伏系统防雷与接地系统的设计

摘要：由于光伏发电系统的主要部分都安装在露天状态下，且分布的面积较大，因此存在着受直接和间接雷击的危害。同时，光伏发电系统与相关电气设备及建

筑物有着直接的连接，因此对光伏系统的雷击还会涉及相关的设备和建筑物及用

电负载等。为了避免雷击对光伏发电系统的损害，就需要设置防雷与接地系统进

行防护。

关键词：光伏发电系统；并网发电；防雷

一、关于雷电及开关浪涌的有关知识

雷电是一种大气中的放电现象。在云雨形成的过程中，它的某些部分积聚起

正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就会产生放电

现象，形成雷电。

雷电分为直击雷和感应雷。直击雷是指直接落到光伏方阵、直流配电系统、

电气设备及其配线等处，以及近旁周围的雷击。感应雷是指在相关建筑物、设备

和线路的附近及更远些的地方产生的雷击，引起相关建筑物、设备和线路的过电压，这个浪涌过电压通过静电感应或电磁感应的形式串入到相关电子设备和线路上，对设备、线路造成危害。对于较大型的或安装在空旷田野、高山上的光伏发

电系统，特别是雷电多发地区，必须配备防雷接地装置。

二、雷击对光伏发电系统的危害

1、对太阳能电池组件的危害。太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能量转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。但其所在位置极易遭受具有强大的

脉冲电流、炽热的高温、猛烈的电动力的直击雷的冲击而导致整个系统瘫痪。

2、对蓄电池的危害。太阳能光伏发电系统一般采用铅酸蓄电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板

所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。当系统遭受到雷击时过电压

入侵到蓄电池时轻则损害蓄电池、缩短电池的使用寿命，重则导致电池爆炸，引

起严重的系统故障和人员伤亡。

3、对逆变器的危害。太阳能的直接输出电压要转变为AC220V/AC380V为电

器提供电能，需要将太阳能光伏发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因

此需要使用DC-AC逆变器。如果逆变器损坏将会出现以下情况。

①用户负载无电压输入，用电设备无法工作。

②逆变器无法将电压逆变，导致太阳电池板上的直流电压直接供负载使用，

如果太阳能电池板电压过高将直接烧毁用电设备。

三、太阳能光伏发电系统的防雷措施和设计要求

1、太阳能光伏发电系统或发电站建设地址的选择，要尽量避免放置在容易遭受雷击的位置和场合。

2、尽量避免避雷针的投影落在太阳能电池方阵组件上。

3、根据现场状况，可采用避雷针、避雷带和避雷网等不同防护措施对直击雷进行防护，减小雷击概率，并应尽量采用多根均匀布置的引下线将雷击电流引入

地下。

4、为防止雷电感应，要将整个光伏发电系统的所有金属物，包括电池组件外框、设备、机箱/机柜外壳、金属线管等与联合接地体等电位连接，并且做到各自独立接地。

5、在系统回路上逐级加装防雷器件，实行多级保护，使雷击或开关浪涌电流

经过多级防雷器件泄流。一般在光伏发电系统直流线路部分采用直流电源避雷器，在逆变后的交流线路部分使用交流电源避雷器。

6、光伏发电系统的接地类型和要求主要包括以下几个方面。

①防雷接地。包括避雷针（带）、引下线、接地体等，要求接地电阻小于10欧姆，并最好考虑单独设置接地体。

②安全保护接地、工作接地、屏蔽接地。包括光伏电池组件外框、支架，控

制器、逆变器、配电柜外壳，蓄电池支架、金属穿线管外皮及蓄电池、逆变器的

中性点等，要求接地电阻小于等于4欧姆。

③当安全保护接地、工作接地、屏蔽接地和防雷接地4种接地共用一组接地

装置时，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷已单独设置接地装置时，其余3

种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不应大于其中最小值。

④条件许可时，防雷接地系统应尽量单独设置，不与其他接地系统共用，并

保证防雷接地系统的接地体与公用接地体在地下的距离保持在3m以上。

四、接地系统的材料选用

1、避雷针。

避雷针一般选用直径12~16mm的圆钢，如果采用避雷带，则使用直径8m的

圆钢或厚度4mm的扁钢。避雷针高出被保护物的高度应大于等于避雷针到被保

护物的水平距离，避雷针越高保护范围越大。

2、接地体。

接地体宜采用热镀锌钢材，其规格一般为：直径50mm的钢管，壁厚不小于3.5mm；50mm*50mm*5mm角钢或4mm的扁钢，长度一般为1.5m-2.5m。接地

体的埋设深度为上端离地面0.7m以上，因连接焊接过的部位要重新做防腐防锈

处理。

3、引下线。

引下线一般使用圆钢或扁钢，要优先选用圆钢，直径不小于8mm；如用扁钢，截面积应不小于4mm²；要求较高的要使用截面积为35mm²的双层绝缘多股铜线。

4、专用降阻剂。

接地系统专用降阻剂属于物理性长效防腐环保降阻剂，是由高分子吸水材料、电子导电材料、碳基复合材料结合而成的树脂类共生物，具有无毒、无异味、无

腐蚀、无污染等优点，符合国家优质土壤环境标准的要求。其导电能力不受酸、碱、盐、温度等变化的影响，具有良好的吸湿、保湿、防冻能力，不会因地下水

的存在而产生流失，对土壤电阻率有长期改良作用。在接地系统中使用专用降阻

剂可节约工程成本，降低土壤电阻率，使接地电阻稳定，接地系统寿命长久。

五、避雷器的选型

避雷器也叫浪涌保护器（surge protection device，spd）。光伏发电系统常用

避雷器的外形。避雷器内部主要由热感断路器和金属氧化物压敏电阻组成，另外

还可以根据需要同火花放电间隙模块配合使用。

下面是光伏发电系统常用避雷器主要技术参数的具体说明

1、最大持续工作电压（uc)：该电压值表示可允许加在避雷器两端的最大工

频交流电压有效值。在这个电压下，避雷器必须能够正常工作，不可出现故障。

同时，该电压连续加载在避雷器上，不会改变避雷器的工作特性。

2、额定电压（un)：避雷器正常工作下的电压。这个电压可以用直流电压表示，也可以用正弦交流电压的有效值来表示。