雷电对光伏发电系统的危害

本文主要来源于中国慕课大学《光伏发电工程技术》学习笔记

一、雷电的产生

雷电形成的起因是大气运动，大气运动使气体与气体间产生静电摩擦或其他电离作用。当云团中的气体被电离后，云团内部将产生带正、负电荷的带电离子。

云团中的带电离子在空间电场力的作用下，将定向垂直移动，使云团上部和下部带相反电荷，即云团内产生分层电荷，转变为可产生雷电的雷云。部分带电雷云对另一部分带异种电荷的雷云或对大地迅猛放电，产生闪电和雷声现象，该现象即为雷电现象。

对光伏发电系统危害较大的雷电是带电雷云对大地迅猛放电时产生的雷电。

二、雷电的基本形式和危害

（1）直击雷及危害

对于光伏发电系统，直击雷是指直接落到光伏阵列、直流配电系统、电气设备、配线或光伏发电系统周围的雷击。直击雷的电压峰值可达几万伏，电流峰值可达几十千安，瞬时功率大。

直击雷对光伏发电系统的侵入包括两种方式：一是直接对光伏发电系统结构放电；二是通过避雷针、大地、光伏发电系统的接地线侵入光伏发电系统。

（2）感应雷及危害

感应雷是指当光伏发电系统上方存在雷云时，光伏发电系统中会感应出与雷云极性相反的电荷（该电荷也被称为束缚电荷），当雷云对其他物体放电后，光伏发电系统中的束缚电荷将迅速向两端扩散（即束缚电荷变为自由电荷），并产生较高的过电压（过电压可达几十万伏），从而对光伏发电系统造成危害（可能产生火灾、爆炸）。

（3）雷电波

雷电流具有较大峰值和陡度，其周围存在瞬变电磁场，处于瞬变电磁场中的导体将感应产生较大的电动势，若所感应的电动势不能被及时导入大地，则容易在导体内产生雷电冲击波，即雷电波。

雷电波可在光伏阵列与控制器或逆变器、控制器与直流负载、逆变器与配电柜、配电柜与交流负载等的供电线路中产生浪涌过电压，从而损坏电气设备。雷电波可对光伏发电系统造成毁灭性的打击。

三、光伏发电系统易遭受雷击的主要部位

光伏发电系统易遭受雷击的主要部位包括：光伏组件、机房。机房包括：控制器、逆变器等电气设备。

（1）光伏组件

光伏组件易遭受直击雷和感应雷侵袭，光伏组件遭受直击雷侵袭可导致光伏系统瘫痪。

（2）控制器

当控制器遭受雷击而损坏时可能出现以下两种情况：

1）充电系统一直处于充电状态，放电系统无放电，导致蓄电池一直处于过充电状态，可能导致蓄电池使用寿命缩短或爆炸。

2）放电系统一直处于放电状态，充电系统无充电，导致蓄电池无法被充电，从而导致用户于无太阳光时无法获得电能。

（3）蓄电池

蓄电池被雷电入侵可导致蓄电池使用寿命缩短或爆炸。

（4）逆变器

逆变器被雷电入侵可导致用户无法获得电能。

审核编辑：汤梓红