光伏系统过电压及雷击保护

20/23光伏系统过电压及雷击保护第一部分光伏系统过电压成因解析 2第二部分过电压对光伏组件的影响 5第三部分过电压保护措施概述 8第四部分浪涌保护器的选用原则 10第五部分外置过压保护器安装要点 12第六部分雷击防护的必要性 15第七部分雷击防护接地系统设计 17第八部分光伏系统雷击防护维护建议 20

第一部分光伏系统过电压成因解析关键词关键要点光伏系统过电压形成机制

1.光伏效应：当光子照射到具有半导体特性的光伏电池时，会产生电子空穴对，从而产生直流电压。

2.组件串联：光伏电池串联成组件时，组件的电压等于各串联电池电压的总和，从而产生较高的系统电压。

3.串并联组合：多个光伏组件并联后串联，形成光伏阵列，进一步增加了系统的电压。

系统特性影响因素

1.组件短路电流：光照条件下，光伏组件输出的最大电流，决定了系统中最大可能的短路电流。

2.组件温度系数：光伏电池温度升高时，其短路电流会增加，进而影响系统的过电压水平。

3.电网特性：电网电压稳定性、接入点和并网方式等因素都会影响光伏系统过电压的形成。

外部环境因素

1.雷击：雷电过电压是光伏系统最常见的过电压来源，其冲击电流幅值高、持续时间短，对系统设备造成严重威胁。

2.电磁脉冲：电磁脉冲（EMP）是高强度的电磁波，可引起瞬时过电压，对电子设备产生干扰或损坏。

3.静电感应：光伏组件在光照条件下会产生静电荷，当绝缘距离不够或遇到较强电场时，会发生静电放电，产生过电压。

系统设计缺陷

1.接地不良：光伏系统中接地不良会导致电位浮动，增加过电压风险。

2.组件遮挡：部分组件被遮挡时，系统中会产生反向电流，导致过电压。

3.电缆和连接器缺陷：电缆绝缘不良或连接器松动，会产生局部过热，引起电气火灾或过电压故障。

人为因素

1.运行维护不当：系统未定期维护或操作不当，如接线错误、断路器故障等，会增加过电压发生的可能性。

2.电器设备引入：光伏系统中引入非标准电器设备，如劣质逆变器、开关等，会带来过电压隐患。

3.系统改动：未经专业人员授权对光伏系统进行改动，如私自增减组件或更换设备，可能导致过电压问题。光伏系统过电压成因解析

一、外部过电压

1.雷击感应

雷击时，雷电与地面或其他物体之间的电位差极大，可产生感应过电压。

2.电力系统操作过电压

如线路开关故障、短路和接地故障，可引起电力系统过电压。

3.电磁感应

例如，邻近电气设备或雷击产生的电磁场可通过电感耦合诱发过电压。

二、内部过电压

1.光伏组件反向击穿

当光伏组件在弱光照或阴雨天条件下，因高电压或反向电流导致击穿，产生高压尖峰。

2.并联组件不匹配

组件之间串联不一致、阴影遮挡或温度差异较大时，电流不匹配导致电压分布不均，引起过电压。

3.组件旁路二极管失效

当组件出现故障或异常条件时，旁路二极管失效不能及时导通，导致组件电压过高。

4.系统谐振

光伏系统参数与电网谐振频率相近时，系统发生谐振，引起电压放大。

5.孤岛效应

当光伏系统与电网意外断开，光伏发电仍在继续，造成系统电压失控。

三、光伏组件固有特性

1.开路电压随温度降低而升高

在低温条件下，光伏组件的开路电压急剧上升，可能超出其耐压极限。

2.反向泄漏电流

在弱光或反向电压条件下，光伏组件产生反向泄漏电流，导致组件电压升高。

3.击穿电压

光伏组件存在固有的击穿电压，当电压超过该值时，组件发生击穿，产生高压尖峰。

四、系统设计和安装因素

1.系统电压过高

光伏系统设计电压过高，超过组件或其他设备的耐压极限。

2.接线错误

接线错误，如正负极接反或线缆短路，导致电压分布异常。

3.反射率过高

系统安装在反光率高的表面上，反射光增强光伏组件的输出电流，导致过电压。

4.加载不平衡

光伏系统负载不平衡，导致电流分布不均，引起电压失衡。

5.系统接地不当

系统接地不良，无法有效泄放过电压或雷击电流，导致电压升高。第二部分过电压对光伏组件的影响关键词关键要点光伏组件材料热劣化

1.过电压会导致光伏组件材料局部温度升高，加速其老化和降解。

2.组件中的半导体材料、金属连接器和绝缘材料在高温下容易发生化学反应，产生永久性损伤。

3.热劣化会降低光伏组件的功率输出和使用寿命，从而影响系统的发电效率和投资回报率。

电气性能劣化

1.过电压会击穿光伏组件的pn结，导致组件的开路电压下降和短路电流增加。

2.组件的串联电阻和并联电阻会发生变化，影响其输出特性和最大功率点。

3.电气性能劣化会导致光伏组件的发电能力下降，降低系统的能量输出。

机械损坏

1.严重过电压会产生电弧，导致组件内部组件熔化和烧毁。

2.电弧产生的热量和冲击力会损坏组件框架、玻璃覆盖层和其他机械部件。

3.机械损坏会影响组件的美观和整体结构稳定性，甚至导致组件报废。

系统安全隐患

1.光伏组件过电压会引发火灾或电击事故，对人员和设备安全构成威胁。

2.过电压可能损坏系统中的其他电气设备，例如逆变器和配电板。

3.系统安全隐患会增加维护成本和保险费用，影响光伏系统的经济可行性。

系统效率降低

1.过电压导致的光伏组件性能劣化会降低系统的整体发电效率。

2.损坏的光伏组件需要维修或更换，增加系统维护成本和停机时间。

3.发电效率降低会影响系统的投资回报和经济效益。

环境影响

1.过电压损坏的光伏组件需要妥善处理，避免对环境造成污染。

2.损坏的光伏组件可能释放有毒物质或产生温室气体，影响生态平衡。

3.加强过电压保护措施可以减少环境影响，促进光伏产业的可持续发展。过电压对光伏组件的影响

光伏组件在运行过程中，由于各种因素的影响，可能会遭受过电压冲击，导致组件性能下降，甚至损坏。过电压对光伏组件的影响主要表现在以下几个方面：

1.电池片开路

过电压会导致光伏电池片的PN结击穿，形成开路。开路电池片无法产生电流，导致组件输出功率下降。开路的电池片数量越多，组件输出功率损失越大。

2.电池片短路

过电压还可能导致光伏电池片内部的导电层短路，使电池片失去发电能力。短路的电池片会形成通路，导致组件的输出电流增大，发热严重。

3.汇流条熔断

过电压电流的冲击会导致组件汇流条熔断，使组件失去发电能力。汇流条熔断一般发生在电池片短路的情况下，当短路电流超过汇流条的耐受能力时，汇流条就会熔断。

4.背板老化损坏

过电压会对组件背板造成电应力损伤，导致背板老化加速。老化的背板容易开裂，从而影响组件的防水性能，甚至导致组件内部进水，造成组件损坏。

5.接线盒损坏

过电压电流冲击会导致接线盒内部元器件烧毁，如二极管、保险丝等，从而使接线盒失去功能。接线盒损坏会影响组件的电气连接，导致组件无法正常发电。

6.系统安全隐患

严重过电压可能会引起火灾或爆炸等安全隐患。当过电压电流超过组件或系统耐受能力时，组件或系统可能发生火花或爆炸，对人员和财产造成安全威胁。

影响因素

过电压对光伏组件的影响程度受以下因素影响：

*过电压幅值：过电压幅值越高，对组件的影响越大。

*过电压持续时间：过电压持续时间越长，对组件的影响越大。

*组件类型：不同类型的组件对过电压的耐受能力不同。单晶组件比多晶组件对过电压的耐受能力强。

*组件安装方式：组件安装方式不同，过电压对组件的耦合程度不同，影响程度也有差异。

*外部环境：外部环境因素，如温度、湿度等，也会影响组件对过电压的耐受能力。

预防措施

为了防止或减轻过电压对光伏组件的影响，可以采取以下措施：

*安装过电压保护器：在光伏系统中安装过电压保护器，可以吸收或泄放过电压电流，防止过电压损坏组件。

*优化接地系统：良好的接地系统可以提供低阻抗泄放路径，减少过电压对组件的影响。

*采用防雷措施：在雷电多发区安装避雷器或雷电防浪涌器，可以防止雷击电流损坏组件。

*定期维护系统：定期检查光伏系统，及时发现和处理潜在的过电压隐患，防止故障扩大。第三部分过电压保护措施概述关键词关键要点过电压保护措施概述

SPD规范、标准、认证

1.针对不同区域和应用情景，制定了相关的SPD规范和标准，如IEC61643-11、UL1449、GB18802.1-2016等。

2.规范和标准明确了SPD的性能要求、测试方法和认证程序，确保SPD具有良好的保护能力和稳定性。

3.认证是SPD产品质量和可靠性的保证，认证机构对SPD进行严格的测试和评估，符合标准要求的产品才能获得认证。

SPD类型及选择

1.过压保护器

*传统过压保护器（TVSS）：使用压敏电阻器（MOV）或气体放电管（GDT）将过电压箝位到安全水平。

*浪涌吸收器（SPD）：使用半导体器件（如齐纳二极管、瞬态电压抑制器（TVS））和电容器吸收过电压能量。

*选择性保护：将过压保护器安装在系统中，以保护关键组件免受损坏，同时避免对其他设备造成不良影响。

2.避雷器

*外置避雷器：安装在光伏阵列外部，防止雷击进入系统。

*内部避雷器：安装在光伏组件中，保护组件免受直接雷击的影响。

*接地网络：良好的接地网络是有效雷击保护的关键，可提供低阻抗路径，将雷电流安全导入地面。

3.过电压监视系统

*持续监视：监测系统中的电压水平，检测和记录过电压事件。

*警报和断开：当检测到过电压时，发出警报并断开系统，以防止进一步损坏。

*数据记录：记录过电压事件的时间、幅度和持续时间，以便进行故障分析和改进保护措施。

4.其他保护措施

*安装规范：遵循行业标准和制造商指南，确保设备正确安装和布线。

*电缆屏蔽：使用屏蔽电缆和接头，以减少电磁干扰和过电压的感应。

*定期维护：定期检查和维护过压保护设备，确保其正常运行。

5.保护等级

保护等级根据系统承受过电压的能力而定，分为以下类别：

*Ⅰ类：对电网侧和直流侧提供基本保护。

*Ⅱ类：对电网侧和直流侧提供较高的保护水平。

*Ⅲ类：提供最高水平的保护，适用于极端环境或高风险区域。

6.案例研究

在2021年一项研究中，一家光伏电站在没有过电压保护措施的情况下遭受雷击，导致多个光伏组件损坏。安装过压保护器和避雷器后，该电站免受subsequent雷击的影响，防止了进一步损坏。第四部分浪涌保护器的选用原则关键词关键要点原则一：过电压等级的选择

1.浪涌保护器过电压等级应大于被保护设备所能承受的最大过电压。

2.考虑光伏系统中的组件、线缆和设备对过电压的敏感性。

3.遵循相关标准和规范，如IEC60060-1、62305和61643-32。

原则二：放电能力的选择

浪涌保护器的选用原则

1.额定放电电流（In）

额定放电电流是指浪涌保护器在规定的波形和持续时间下，能够安全重复承受的浪涌电流的最大值。浪涌保护器的In值应大于或等于系统预计的最大浪涌电流。

2.最大允许放电电流（Imax）

最大允许放电电流是指浪涌保护器在特殊条件下，一次性能够承受的浪涌电流的最大值。该值通常等于或大于In值，但为了确保保护器在极端条件下不会损坏，建议选择Imax值大于In值2-3倍的浪涌保护器。

3.残压（Up）

残压是指浪涌保护器在额定浪涌电流作用下，两端之间的剩余电压值。残压值应小于或等于被保护设备所能承受的最大电压，以避免设备因过电压损坏。

4.响应时间（Tr）

响应时间是指浪涌保护器从受浪涌电流冲击到导通保护回路所需的时间。响应时间越短，保护效果越好。一般情况下，响应时间应小于1ns。

5.安装方式

根据安装方式，浪涌保护器可分为并联型和串联型。并联型浪涌保护器直接并联在被保护设备的两端，适用于交流和直流系统。串联型浪涌保护器串联在电源线上，适用于交流系统。

6.浪涌保护类型

浪涌保护器按其保护原理可分为电压型（如压敏电阻、气体放电管）和电流型（如可控硅、晶闸管）。电压型浪涌保护器适用于共模浪涌，电流型浪涌保护器适用于差模浪涌。

7.环境适应性

浪涌保护器应具有良好的环境适应性，能够承受高温、低温、潮湿、腐蚀等恶劣环境条件。

8.综合成本

在满足保护要求的前提下，应选择性价比最高的浪涌保护器。综合考虑采购成本、安装成本、维护成本和使用寿命等因素。

具体选用原则

以下是一些具体选用原则：

*对于交流系统：

*选用额定放电电流In值大于或等于系统最大浪涌电流，最大允许放电电流Imax值大于或等于In值的2-3倍。

*选用残压值小于或等于被保护设备所能承受的最大电压。

*响应时间应小于1ns。

*选择并联型浪涌保护器，安装在配电箱或控制柜中。

*优先选用电压型浪涌保护器。

*对于直流系统：

*选用额定放电电流In值大于或等于系统最大浪涌电流，最大允许放电电流Imax值大于或等于In值的2-3倍。

*选用残压值小于或等于被保护设备所能承受的最大电压。

*响应时间应小于1ns。

*选择并联型浪涌保护器，安装在直流配电箱或逆变器附近。

*优先选用电压型浪涌保护器。

在选用浪涌保护器时，应根据具体情况进行综合考虑，并咨询专业人士。第五部分外置过压保护器安装要点关键词关键要点外置过压保护器安装要点

1.正确选择保护器型号：根据系统电压等级、保护等级和雷电流耐受能力等因素选择合适的保护器。

2.合理布置安装位置：尽量靠近被保护设备，且避免安装在强电磁干扰环境中。

3.确保接线正确：严格按照接线图要求连接保护器，尤其需要注意正负极性。

安装位置

1.光伏阵列侧：建议安装在光伏阵列汇流箱附近，以保护汇流箱和逆变器。

2.逆变器侧：可以安装在逆变器输入端或输出端，以保护逆变器和电网。

3.并网点：安装在电网侧，以保护电网和发电设备。

接线方式

1.并联连接：多个保护器可以并联连接，以提高保护能力。

2.串联连接：不建议串联连接，以免影响保护效果。

3.接地线连接：保护器必须可靠接地，接地电阻应小于10Ω。

定期维护

1.目视检查：定期检查保护器外观是否有损坏或变形。

2.功能测试：定期使用测试仪表对保护器进行功能测试，确保其保护能力。

3.更换损坏部件：发现保护器损坏时，应及时更换相应部件。

注意事项

1.避免雷雨天安装：雷雨天安装容易造成危险。

2.佩戴个人防护装备：安装时应佩戴绝缘手套和安全帽等个人防护装备。

3.遵守安全操作规程：严格遵守安全操作规程，避免触电或其他安全事故。外置过压保护器安装要点

1.位置选择

*安装于光伏阵列和逆变器之间，尽可能靠近光伏阵列。

*保证有充足的空间进行维护和检修。

*避免安装在极端高温、潮湿或腐蚀性环境中。

2.连接方式

*按照制造商的说明进行连接。

*使用高品质的电缆，截面积应满足电流要求。

*连接点必须牢固可靠，使用阻尼圈或避雷器连接器。

*地线连接应符合国家电气规范，使用符合标准的地线棒。

3.并联安装

*当光伏系统采用多串联阵列时，建议在每串阵列的正负极两端并联安装过压保护器。

*并联安装的过压保护器总数不能超过制造商规定的最大并联数量。

4.防雷保护措施

*选择具有雷电涌保护功能的过压保护器。

*确保过压保护器的防雷等级符合当地雷电环境。

*过压保护器的防雷等级应与光伏系统的防雷等级相匹配。

5.维护和检查

*定期检查过压保护器的连接点和接地是否牢固。

*检查过压保护器的指示灯或指示器，以确定其是否正常工作。

*根据制造商的建议，定期更换过压保护器。

6.具体安装步骤

1.选择合适的位置并安装支撑架。

2.将过压保护器安装在支撑架上。

3.连接过压保护器的输入端和输出端。

4.连接地线。

5.检查所有连接点是否牢固。

6.打开光伏系统电源，确认过压保护器正常工作。

7.注意要点

*过压保护器的最大连续工作电压不得低于光伏系统的最大输出电压。

*过压保护器的最大浪涌电流应大于光伏阵列可能产生的最大雷电流。

*过压保护器应具有断路能力，以确保在发生故障时能及时切断电源。

*过压保护器应定期进行维护和测试，以确保其正常工作。第六部分雷击防护的必要性关键词关键要点【雷击防护的必要性】：

1.雷击是全球广泛发生的自然现象，每年都会造成人员伤亡、财产损失和基础设施损坏。

2.光伏系统作为重要的能源基础设施，由于其暴露的特性和高直流电压，更容易受到雷击的影响。

3.雷击会产生瞬时过电压，对光伏系统的组件、逆变器和配电系统造成严重损坏，甚至引发火灾或爆炸。

【雷击防护措施的经济效益】：

雷击防护的必要性

雷击是自然界中一种常见的极端天气现象，它对光伏系统的影响不容忽视。雷击产生的过电压和过电流会对光伏系统造成严重的损害，不仅影响系统发电效率，更会带来安全隐患。

雷击对光伏系统的危害

1.过电压损坏：雷击产生的瞬时高压脉冲会造成光伏组件、逆变器和接线等系统元件的过电压损伤，导致设备绝缘击穿、元件烧毁。

2.过电流损坏：雷击电流强度大，会造成系统中导线过热，绝缘层烧毁，引发火灾或爆炸事故。

3.电磁脉冲干扰：雷击产生的电磁脉冲（EMP）会干扰光伏系统的电子元件，导致系统故障或运行异常。

4.接地系统破坏：雷击电流寻找低阻抗路径释放，如果接地系统设计不当，会造成接地线熔断、接地桩烧毁，导致系统安全隐患。

雷击防护措施的必要性

为了有效应对雷击危害，光伏系统必须采取适当的雷击防护措施。通过安装避雷针、浪涌保护器、接地系统和其他防护装置，可以有效降低雷击对系统的损害。

雷击防护措施的效益

1.保障系统安全：雷击防护措施可以防止雷击造成的电气火灾、设备损坏和人身伤害，保障光伏系统的安全稳定运行。

2.提高发电效率：雷击损害会导致系统组件效率下降、发电量降低。良好的雷击防护措施可以最大限度地减少雷击带来的损失，提高系统发电效率。

3.延长系统使用寿命：雷击防护措施可以有效延长光伏系统设备的使用寿命，减少因雷击造成的维修和更换费用。

案例分析

据统计，全球每年约有100万次雷击发生在光伏系统上。未经雷击防护的光伏系统易受雷击损害，造成电气火灾、设备损坏和经济损失。

例如，2021年，西班牙一座200兆瓦的光伏电站遭到雷击，造成500多块光伏组件损坏，停机损失超过100万欧元。

结论

雷击防护是光伏系统安全运行的重要保障措施。通过采取适当的雷击防护措施，可以有效降低雷击对系统的损害，保障系统安全、提高发电效率、延长设备使用寿命。因此，在光伏系统的设计和安装过程中，必须充分考虑雷击防护的必要性，采取有效措施，确保系统安全可靠运行。第七部分雷击防护接地系统设计关键词关键要点接地系统类型

1.TT系统：保护接地连接到系统中性点，设备外壳接地到单独的接地电极。

2.TN系统：保护接地和中性点连接到系统中性点，设备外壳直接接地到中性点，称为PEN极。

3.IT系统：系统不接地或阻抗接地，采用故障电流保护，例如绝缘监测装置(IMD)。

接地电极

1.埋地电极：通常是金属棒、管道或接地网格，埋入地下并与土壤良好接触。

2.基础接地极：建筑物或设备基础内的金属电极，利用混凝土的导电性。

3.环形接地极：埋在地表以下并环绕建筑物或设备的环形接地体。

接地电阻

1.接地电阻：接地系统与大地之间的电阻，反映了接地系统导电能力。

2.规定值：不同的标准和规范对光伏系统接地电阻提出了不同的要求，通常在10欧姆以下。

3.测量方法：接地电阻可以使用三端法、四端法、钳形电流表法等方法测量。

接地线

1.导线类型：接地线通常采用铜芯或铝芯护套电缆，横截面积应满足电流承载要求。

2.敷设方式：接地线应沿最短路径敷设，避免弯曲和打结，并与带电体保持一定距离。

3.连接方式：接地线与接地电极和设备外壳应使用压接端子或螺栓连接，确保良好的电气接触。

定期检查和维护

1.检查项目：定期检查接地系统应包括接地电阻测量、接地线连接检查和接地电极状况评估。

2.检查周期：检查周期应根据当地环境条件和规范要求制定，通常每年或每两年一次。

3.维护措施：根据检查结果进行必要的维护措施，例如追加接地电极、更换接地线或修复接地连接。

新技术和趋势

1.电磁屏蔽层：在高雷暴活动地区，可以采用电磁屏蔽层来抑制和分散雷电流。

2.主动防雷系统：利用主动放电装置预先释放高空电荷，降低雷击风险。

3.智能接地监测系统：使用传感器和数据分析对接地系统进行实时监测，实现预警和故障诊断。雷击防护接地系统设计

雷击防护接地系统是光伏系统雷击防护的重要组成部分，其主要作用是将雷电流安全导入大地，避免雷电流对光伏系统造成损害。设计雷击防护接地系统时，应考虑以下因素：

接地电阻要求

雷击防护接地系统的接地电阻应符合相关标准要求。对于光伏系统，接地电阻一般要求小于10Ω。

接地体布置

接地体可采用环形接地体、放射状接地体或网状接地体等形式。接地体的埋设深度一般不应小于0.5m，埋设长度应根据接地电阻要求进行计算。

接地材料选择

接地体材料应具有良好的导电性和耐腐蚀性。常用的接地材料包括镀锌钢管、铜排、铜带等。

接地电阻测量

接地电阻测量是检验雷击防护接地系统是否符合要求的重要手段。接地电阻测量应采用专业的仪器进行，并按照相关标准进行操作。

其他注意事项

*接地系统应与建筑物其他接地系统可靠连接。

*接地系统应避免与其他金属结构物交叉或平行。

*接地系统应定期进行维护和检查，确保其有效性。

设计步骤

雷击防护接地系统设计一般分为以下几个步骤：

1.确定接地电阻要求：根据光伏系统所在地的雷击危险等级和接地标准确定接地电阻要求。

2.选择接地体类型和材料：根据接地电阻要求和现场条件选择合适的接地体类型和材料。

3.计算接地体埋设长度和位置：利用接地电阻公式计算接地体埋设长度和位置，以满足接地电阻要求。

4.绘制接地系统图纸：根据计算结果绘制雷击防护接地系统图纸，包括接地体布置、接地材料规格和接地电阻测量点。

5.施工和验收：根据图纸进行施工，并按照相关标准进行验收。

设计示例

以下是一个光伏系统雷击防护接地系统设计示例：

*接地电阻要求：小于10Ω

*接地体类型：环形接地体

*接地材料：镀锌钢管

*埋设深度：0.6m

*埋设长度：120m

*接地电阻测量：实测接地电阻为7Ω

结论

雷击防护接地系统设计是光伏系统雷击防护的重中之重。只有合理的设计和施工，才能有效保障光伏系统的安全运行。第八部分光伏系统雷击防护维护建议关键词关键要点主题名称