屋顶光伏电站的设计原则与要求

目前行业内的常用太阳能电池的各方面特光伏并网发电系统因为太阳能光伏阵列的面积宽，而且安装在没有遮盖物的室外，因此容易受到雷电引起的过高电压影响。为保证光伏发电系统的运行安全并网光伏电站必须有良好的避雷、防雷及接地保护装置，避雷、防雷装置及接地应符合国家相关标准要求。

防雷构成分为防直击雷、防感应雷。

（1）防直击雷设计：本系统太阳能光伏组件的金属紧固件和地面角钢可靠连接。

（2）防感应雷设计：为防止感应雷给系统设备造成损坏，在选择配电柜、逆变器、交流配电柜等位置均要求其带有防雷保护装置。

在电站建设过程中，经常遇到施工或相关专业人员对防雷接地重视不够，认为其技术性不强，工艺较简单，往往在施工中出现不规范作业或纰漏，所以造成光伏系统雷击事故。因此，防雷与接地工程在监理及验收工作中至关重要，其质量直接影响整个系统的使用功能、安全及寿命。

图1

根据光伏电站工程的特殊性，所有屋顶电站都可以依附在所属建筑的主体结构的防雷系统上，不用独立去设计独立的防雷系统，这样不仅可以节约工期、资金，更可充分利用现有资源。对于混凝土结构，大部分建筑在建时期都做了专业的防雷系统，混凝土结构在做防雷系统时候一般会做避雷带或者是避雷网。

钢结构厂房光伏电站防雷思路与混凝土大体想差不多，接闪器、引下线、接地体的选择，材料的连接都与混凝土屋面相似。

工商业光伏发电系统防雷接地材料选用

1、接闪器

一般选用直径 12-16mm的圆钢，如果采用避雷带，则使用直径不低于8mm的圆钢或厚度不小于4mm的扁钢。

图2

2、引下线

引下线宜采用热镀锌圆钢或扁钢，宜优先采用圆钢，直径不小于 8mm；如用扁钢，厚度应不小于 4mm。要求较高的要使用截面积为 35mm 2 的双层绝缘多股铜线。

图3

3、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，长度不低于2.5米；或者 40mm*4mm 的扁钢，长度一般为 2.5-4m。扁钢接地体的水平埋设深度不小于 0.5m，角钢垂直埋深不低于2.5m，连接焊接过的部位要重新做防腐防锈处理。

图4

4、组件与支架等电位连接

组件铝边框与镀锌支架或铝合金支架都做了镀层处理，仅仅通过压块的压接满足不了接地要求，只有组件的接地孔连接到支架上才算组件有效接地。因此在这些位置必须建立外部防雷系统和金属光伏组件之间的直接等电位连接，一般可以采用4mm2的黄绿双色线。

图5

5、支架阵列间等电位连接

支架间的连接应是持久的电气贯通，一般采用使用直径不低于8mm的圆钢或厚度不小于4mm的扁钢。可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、

①防雷接地包括避雷针、避雷带以及低压避雷器、外线出线杆上的瓷瓶铁脚以及连线架空线路的电缆金属外皮都要接地，以便将流过的雷电引入大地。

②工作接地逆变器、蓄电池的中性点、电压互感器和电流互感器的二次线圈接地。

③保护接地光伏电池组件机架、控制器、逆变器、配电柜外壳蓄电池支架、电缆外皮、穿线金属管道的外皮接地。

④屏蔽接地电子设备的金属屏蔽接地

⑤重复接地低压架空线路上，每隔1km处接地。

太阳能光伏系统定义：

太阳能光伏系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。

分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。

措施2：太阳电池方阵支架可靠接地

措施3：太阳电池方阵接线箱内，输入、输出 处加装防雷器，各机壳均可靠接地

措施4：机房设备需可靠接地

措施5：控制室进、出线处均增设防雷隔离箱，内装防雷保护器，防止感应雷。

1、在考察的基础上进行预可行性研究；

2、技术方案确定和设备选型：

太阳能电池板、汇流箱、直流汇流柜、逆变器、交流配电柜、升压系统、监控系统、其它设备、运行方式等；

3、工程设计：与建筑结合、土建施工方案、抗风能力、防雷接地、电网接入系统；

4、特殊设计：

1) 对于BIPV和BAPV：并网方式、遮挡计算、专用BIPV组件

的安装设计、 造型和美观等

2) 对于大型光伏电站：占地计算、场地、基础、机房、围栏、自动跟踪系统等。

安装光伏电站的时候，都会做好相应的接地措施，做好了防雷保护。

不过雷雨天气对于光伏电站来讲，还是有一定的影响的。

首先，光伏电站在雷雨天中，如果是白天，则发电量几乎没有，因为雨天无光照，光伏电站无法发电。

其次，雷雨天气的打雷现象，如果雷一旦击中光伏板，很有可能会引起组件被雷击起火现象，引发安全事故，所以做好防雷措施很重要；

最后，在做好防雷措施之后，巨大的雷击电波很有可能会破坏光伏电站的逆变器，从现实的实际案例来看，在雷雨天气中，光伏电站的逆变器是最容易且概率较高被雷击坏的。

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正在安装的光伏电站

为了保证系统在雷雨等恶劣天气下能够安全运行，要对这套系统采取防雷措施。主要有以下几个方面：

（1）地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，选择光电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖一2m深地线坑，采用40扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用35mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4Ω。

（2）在配电室附近建一避雷针，高15m，并单独做一地线，方法同上。

（3）太阳电池方阵电缆进入配电室的电压为DC220V，采用PVC管地埋，加防雷器保护。此外电池板方阵的支架应保证良好的接地。

（4）并网逆变器交流输出线采用防雷箱一级保护（并网逆变器内有交流输出防雷器）。

避雷控制系统负责检测每次直接雷击避雷装置动作后入地脉冲电流的强度、雷击电压的极性、雷击次数的计数以及各个防非直接雷避雷装置的动作损坏情况。它根据上位机的指令，将各种数据传给上位机进行相应处理也可以根据用户的按键命令，进行复位、显示和打印简单报表等操作。下位机中智能监测仪的前端处理分为两个部分：一部分用于检测多路防直接雷避雷装置动作后各个参数的变化情况另一部分用于检测多路防非直接雷避雷装置的动作损坏情况。

前端处理(1)中用于检测直接雷击的探头，采用罗哥夫斯基(以下简称为罗氏)线圈。罗氏线圈安装在防直接雷避雷装置的接地引下线上，将大电流强电信号转变为小电流弱电信号进行隔离。信号进入前端处理(1)后，因此时的信号电压高达几十伏甚至上百伏，需要进行两级变换后才能送入智能监测仪处理：第一是进行分压变换，通过阻抗匹配将信号电压降至±0.1v～10v第二是进行非线性变换，将±0.1v～10v的信号变换为±0.3v～5v的信号。进行非线性变换的目的是便于a/d采样和去掉噪声电平的干扰。前端处理(1)的输出信号分成两路，一路经过4051八路选择电路和a/d转换电路测量雷电波形的峰值电压以及极性另一路通过触发电路和保持电路给单片机提供中断信号和直接雷击避雷装置动作路数的信号。一旦某一路遭受直接雷击，单片机就被触发信号中断，中断服务程序中先判断遭受直接雷击的避雷装置的路数，然后通过4051选择读入该路信号，经a/d转换后存入相应内存单元，以备主程序进行处理，相应路数的雷击次数进行累加，如果加满，则再增加时又从1开始循环计数。这样处理完后退出中断程序，由主程序将信息显示出来。只要不掉电或按复位按钮，则最新一次雷击的信息将始终显示在面板上。

前端处理(2)的输入来自防非直接雷避雷装置(如电源避雷箱)的防雷接口信号。该信号通过同轴电缆或光缆接入前端处理(2)中，经过过压保护电路和光电隔离电路后送入智能监测仪的8255接口电路进行处理，如果避雷装置雷击后工作正常，则监测仪将检测到高电平信号，如检测为低电平信号，则表明此避雷装置已被雷击损坏，应立即予以更换。智能监测仪检测直接雷击电流强度的电路部分采用ad1674器件构成采样电路，ad1674的最小采样时间为7.5μs，而一个雷电波形的上升沿一般在l0μs以上，整个雷电的放电波形一般在几十微秒到上百微秒之间，故ad1674理论上完全可以将雷击后的整个放电过程波形采样进来。因每个采样过程都是通过单片机的中断服务程序进行的，这样，cpu就有足够的时间进行其它的数据处理、报警、显示和打印控制等任务。下位机的打印控制部分主要是应用户的要求打印各种实时数据信息和避雷装置的损坏情况的简单报表，该电路部分采用一片8255控制电路来进行打印控制。下位机与上位机的数据通信是通过mc1488、mc1489组成的串行通信电路实现的。

系统的上位机采用pc机作为整个监测系统的数据库管理中心，该部分主要负责统计系统辖区内的各个智能监测仪所检测的避雷装置的各种雷击信息(如雷击电流强度、雷击次数、雷击电压的极性以及避雷装置的损坏、更换情况等等)。它可以模拟显示辖区内防雷系统中各个避雷装置的位置、动作情况及工作状态，也可以按用户要求打印防雷系统中的各个智能监测仪的历史数据报表以及每次雷击后的具体情况的实时报表。它还可以通过向预先设定的电话报警来满足某些需要无人值守的场合。