光伏系统的雷击和电涌保护

由于光伏设备暴露在户外，并且逆变器的电子元件又非常敏感，为确保其20年的使用寿命，有效的防雷和电涌保护是必不可少的。不仅房屋的业主决定在他们的屋顶上安装光伏设备，而且私人企业对社区中此类设备的投资也越来越大，通常这些设备被架设在大面积的屋顶、公共建筑或未使用的开阔区域上。由于光伏设备占用空间巨大并暴露在户外，因此在雷暴发生时，尤其受到雷电的威胁。光伏设备中产生电涌的原因主要是：由于雷电放电和上游电源系统的开关操作，引起感性或容性的耦合电压。雷电引起的电涌有可能会损坏光伏模块和逆变器，这将给设备的运转造成严重后果：首先，逆变器的修理费高昂;其次，系统故障可能会大幅削减电厂运营商的利润。

防雷保护的必要性

通常，在建立的光伏设备时必须明确区分，在所设立的建筑上是否具有防雷保护系统。出于安全原因，对于集会场所、学校、医院等公共建筑，在德国建筑条例中是要求配备防雷保护系统的。其中，对于建筑物，还要根据它们的位置、建筑结构或使用情况，判断是否易受雷击或雷击是否可能造成严重的后果。对于那些需要保护的建筑物，必须配备长效的防雷保护系统。私人建筑物常常未采取防雷电保护措施。

发生这种情况，部分是由于财力的原因，但也是由于对此类主题缺乏敏感性。如果为光伏设备选择了没有外部防雷保护的建筑物，那么，就提出了一个问题，即在屋顶上后续安装太阳能发电机时，是否应该为整个建筑物提供防雷保护?根据最新的科技理论，在建筑物上安装光伏模块不会增加发生雷击的风险，因此不能仅仅根据现存光伏设备，就直接得出需要防雷保护的结论。不过，在发生雷击时，建筑物上的电气设备遭到损坏的危险会增加。这是基于以下事实：由于将光伏设备的线缆被引入建筑物内，在现有的插座和电缆走线中，由雷电流而引起的电磁干扰(传导干扰和辐射干扰)。因此，有必要评估遭受雷击的风险，并且在设计时将得到的结果考虑在内。IEC 62305-2(EN 62305-2)给出了如何计算雷击建筑物的风险，以及选择防雷保护系统的规程和数据。为此，DEHN SÖHNE公司提供了软件DEHNsupport。该软件给出的风险分析，可确保得出有关各方都认同的防雷保护概念，并且满足最优的技术和经济要求，即以最小的花费提供必要的保护。

针对III级设计的雷电保护系统(LPS)满足光伏设备和太阳能系统的常规要求：“建筑物上的光伏和太阳能系统不得对现有的防雷保护措施造成影响。根据IEC 62305-3(EN 62305-3)的5.2和6.3，光伏设备和太阳能系统应该由隔离的接闪装置提供保护，以防遭到直接雷击。如果无法避免直接连接，则必须顾及部分雷电流进入建筑物产生的后果。

直接雷击时，光伏逆变器的防雷保护

如果光伏设备系统安装在具有外部防雷保护系统的建筑物上，则对其基本要求之一是：光伏设备模块要在隔离接闪装置的保护区域内。此外，必须保持光伏设备支架和外部防雷保护系统之间的隔离距离，以防止发生失控的闪弧。否则，可能会有大量的雷电流进入建筑物内部。

运营商常常希望整个屋顶都铺上光伏设备模块，以便获得尽可能高的经济利润。在这些情况下，常常无法实现所要求的隔离距离，不得不将光伏设备的支架整合到外部防雷电保护系统中。在此，必须考虑耦合到建筑物内的雷电流所带来的后果，因而必须提供防雷保护-等电位连接。这意味着，对于直流导线中也将有雷电流流经，所以必须实施防雷保护-等电位连接。按照IEC 62305-3，该直流导线必须由“1级”雷电流保护器(SPD)保护。

DEHN SÖHNE已成功地开发了可以遮断直流电弧的火花间隙型防雷器-复合型雷电流电涌保护器DEHNlimit PV 1000 V2 (FM)。在发生直接雷电流的情况下，密封的爬电火花间隙技术也能为光伏设备的发电机和逆变器提供安全保护。此复合型防雷器适用于最高1000 V UOC STC的光伏系统。DEHNlimit PV 1000 V2 (FM) 的雷电流泄放能力高达50 kA 10/350 μs。

图例：DLM PV 1000 V2