雷電對光伏電站的影響及預防
夏季,，自然界由于高溫,，水分的蒸騰作用加強，空氣對流運動旺盛,。溫熱的空氣被強大的上升氣流推到空中遇冷形成濃積云,。雷雨云是所有類型云中最為活躍的一種，在厚厚的云層中存在著大量的正負電荷,，正電荷和負電荷分離形成巨大的電偶極子,，或多極子。
云層中大量的正電荷位于云層的頂部,，大量的負電荷位于云層的中下部,，少量的正電荷在云層的底部。天上的積云上升受到地面上升的熱氣流不斷的沖擊,，會發(fā)生電離而產(chǎn)生強大的電荷,。某些云團帶正電荷，某些云團帶負電荷,，它們使大地地面或建筑物表面產(chǎn)生異性電荷,，當電荷積累到一定程度時，不同云團之間,、或云與大地之間的電場強度可以擊穿空氣（E=25~30KV/cm）,，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(fā)展的,，當?shù)竭_地面（或地面上的建筑物、架空輸電線）時,，便會產(chǎn)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(xiàn)很大的電流,，電流做功的結(jié)果，可使電流通過地方的氣體瞬間溫度升高到30000℃左右,，從而呈現(xiàn)強烈的火光,，這就是閃電，同時迅速加熱的閃電通道各部分氣體急劇膨脹,，強烈壓縮附近的大氣層產(chǎn)生沖擊波,，沖擊波退化時的聲發(fā)射，這些聲沖擊波相互疊加,，形成轟轟雷聲,，這就是雷電。打雷下雨時會和地面之間發(fā)生放電現(xiàn)象,，與地面上的比較高的建筑物,、戶外通訊設(shè)施等接觸，就可能產(chǎn)生電擊,，形成雷擊,。
一般情況下（80%—85%的情況）,，單次雷擊不能將雷云電荷完全釋放掉。一個雷閃通常包含多個（幾個）雷擊,，而不是一個單一的雷單次雷擊形成一個先導放電,，在持續(xù)平均約60ms（一般為幾毫秒到幾百毫秒）的暫停后，另一個先導,，即直竄先導,，在同一通道連續(xù)（而不是逐級）傳播，速度為1000—10000km/s,。這種直竄先導沒有分支,，沿著第一支回擊形成的通道反向傳播，產(chǎn)生第二次回擊,，同樣的過程一般會重復3—5次,，在單個負極性雷閃中記錄到26次回擊。
2005年揚州儀征化纖公司遭雷擊雷擊經(jīng)濟損失3000萬元以上,。2006年淄博恒臺縣博匯集團電廠變電站遭雷擊,，雷災造成經(jīng)濟損失2070萬元。對于光伏電站,，雷擊是必須重視的自然災害影響,。
雷擊對光伏廠的影響以及預防
雷擊有直擊電、雷電感應和雷電波等三種入侵方式,。直擊電就是地面與帶電云間產(chǎn)生的放電反應,，其電壓在瞬間可能達到上萬伏。電流可達幾十安培．破壞性相當強,。因為其是被雷云瞬間釋放,，能量巨大。雷擊很容易破壞室內(nèi)安裝的太陽電池,。還會對周圍的設(shè)備造成不同程度上的損壞,，影響巨大。針對雷電對光伏電場區(qū)造成的巨大影響,，一般采用等電位鏈接,、隔離法和加裝保護器等三種方法避免雷電可能會造成的危害。
在現(xiàn)階段防雷措施中,，最為有效也是最為廣泛的方法就是把電氣設(shè)備金屬部件與大地相連,。接地系統(tǒng)由四部分組成．即接地設(shè)備、接地體,、引入線和大地,。良好接地是防雷措施成功的重要基礎(chǔ)。主要的接地方式有以下三種,。
1.共體接地
接地體具體安裝過程是在地上挖一個直徑約30cm的洞．并且在洞底鋪設(shè)一些食鹽,，再將接地體放人其中,。使用PVC管罩住接地體，然后把接地體周圍的空隙使用泥土進行填滿并壓實,。最后在上面放上碎石子進行澆水加固,。使用同樣的方法將其他接地體接地。形成等腰三角形的布局,，再使用35mmz的銅線連接。形成光伏電場內(nèi)部的一個接地體,。
這種接地可以使光伏發(fā)電場所有的金屬部件有效接地,。這種方法還不需要埋設(shè)很多個接地體就可以解決接地問題。而且還有效地把電阻值控制在4n以內(nèi),。光伏電場中所有設(shè)備的金屬殼,、避雷裝置以及電池板的金屬架、逆變器等眾多設(shè)備都能直接連在同一個接地體上,。在沒有雷擊現(xiàn)象發(fā)生時可以單純作為接地保護和零線,。一旦發(fā)生雷擊時就可以當作防雷接地裝置使用。
2.單體接地
一些區(qū)域內(nèi)由于地理環(huán)境的影響,。光伏電場內(nèi)部的電桿經(jīng)常會遭受到雷擊,。并且雷擊的位置相對固定，不會發(fā)生移動,。針對這些特殊的電桿,，要單獨安裝避雷裝置。埋設(shè)相應的接地體,，就可以有效防止雷擊現(xiàn)象的發(fā)生,，接地體通常會使用長度約2m的鍍鋅角鋼或扁鋼。
3.組合接地
組合接地由多個接地體組成．通常以環(huán)形或方形放射狀以及其他形式進行安裝布局,。接地體成環(huán)形布置時,，要保證環(huán)線不能有開口，這是為了降低相互屏蔽作用,。兩個相鄰接地體之間的實際具體不能小于3m,。接地體的上端要使用鍍鋅的角鋼加固，距離地面要小于1m,。
4.防雷擊電磁脈沖
雷擊電磁脈沖沒有直擊雷強烈,，但是發(fā)生概率卻非常高，目前常采用的防護措施主要有等電位連接,、屏蔽和加裝電涌保護器,。為了減小不同金屬物之間的電位差和故障電壓危害，太陽能電池板的四周鋁合金邊框和金屬支架,，控制器,、匯流箱,、逆變器的金屬外殼，金屬管（槽）線纜的金屬屏蔽層及避雷帶等應根據(jù)GB50057的規(guī)定采取良好的等電位連接措施,。
為減少電磁干擾,，太陽能電池板的入戶線路應以合適的路徑敷設(shè)并做好線路屏蔽。線纜應選用有金屬屏蔽層的電纜并穿金屬管敷設(shè),。在防雷區(qū)界面處電纜金屬屏蔽層及金屬管（金屬管應兩端接地）應做等電位連接并接地,。入戶線路和防雷連接線需分開敷設(shè)，保持最小平行間距1m,，最小交叉間距0.3m,。為了防止雷擊電磁脈沖產(chǎn)生的過電壓及過電流經(jīng)入戶線路侵入損壞室內(nèi)的光伏發(fā)電設(shè)備，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的線纜應加裝多級防浪涌保護裝置進行防雷保護,。
首先,，應該在太陽能電池方陣的直流輸入線路安裝直流避雷器，根據(jù)線路長度和工作電壓選用標稱放電電流≥10kA適配的SPD該浪涌保護器內(nèi)部應包括差模濾波器,，以幫助消除線路上傳導的電磁干擾,，在光伏電站的交流輸出供電線路上安裝交流避雷器。
其次,，由于控制器和逆變器均為價格昂貴的設(shè)備,，應在控制器和逆變器內(nèi)安裝第2級的電源浪涌保護器，使其具有防雷保護功能,。如果逆變器輸出到一些較重要的負載設(shè)備,，還應該在逆變器輸出端安裝第3級電源浪涌保護器。電源系統(tǒng)和電子系統(tǒng)安裝多級SPD時還需考慮多級匹配問題,。
結(jié)論
雷電會對建筑物及電氣設(shè)備造成嚴重破壞,。在獨立光伏電站的防雷設(shè)計中。應當選擇合理的設(shè)計方案,，采取有效的措施.做好獨立光伏電站的防雷設(shè)計,。防止直擊雷、感應雷,、雷電波對獨立光伏電站設(shè)備的破壞,，這樣才能保證獨立光伏電站長期穩(wěn)定、安全,、可靠地運行,，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能。
原標題:雷電對光伏電站的影響及預防