技术：光伏电站如何防雷击？

我们都见过打雷，但是很少见过雷电直接造成的危害，特别是在城市里。主要是因为我们的建筑物都安装了防雷设备。雷电多发生于山区，土壤电阻率突变和潮湿阴冷的地方以及孤立高耸地物。这些地方往往也是我们可以放置光伏电站的地方。

在雷电发生时，不管是感应雷，还是直击雷，都会有可能对孤立的电站发生巨大的雷击现象。对于并网的光伏电站，不仅会造成太阳能组件和逆变器造成毁坏，而且会造成电网整个系统的瘫痪。太阳能组件和逆变器及其他电气设备的造价昂贵，在整个投资中，占有绝对大的比例。如果遭受雷击，带给光伏发电系统的不仅仅是经济的损失，更重要的关系到国民生计和国家安全的保证。

如果光伏组件遭到雷击，会造成该组组件发电功率降低，总发电量就会减少，经济效益就会下降。如果逆变器遭到雷击，也有可能损坏，带来的后果是总投资额会增大，同时后期设备的维护费用也将使总投资额增加。最终造成光伏发电站的投资达到盈亏平衡点的时间延后和投资回收期的延长。所以在设计光伏电站时，必须注意防雷接地的合理性，做到减少最大损失，做到防患于未然。

1、雷击密度（雷击率）

文献《不同方法确定的雷击密度对防雷分类的影响》中国家住房与城乡建设部发布的《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）提供了参考公式

Ng=0.1Td

该公式中T为气象数据中的雷暴日，比如一个地区的打雷天数为80天/年，Ng=0.1*80=8次/Km2.这就叫雷击密度。雷击密度又有什么用呢？

1平方公里折算后约为1500亩，江浙地区按照30度倾角使用1640*992的组件，大约能建设65兆瓦左右的光伏电站（22亩/兆瓦）。组件的投影面积约占实际利用面积的50%计算。组件占地面积0.5平方公里。

A=实际占地面积+6H（L+W）+9πH2

A为受雷击面积，L、W为组件阵列的长和宽，H为海拔高度。假设江浙某地雷雨天气为40天，雷击密度为4次/Km2。海拔高度为正负零，受雷击面积为0.5平方公里，则该光伏电站受雷击次数为2次每年。如果该光伏电站建设在山区，海拔高度为100米时，

A=500000+6*100*1400+9*3.14*10000=1.6平方公里

则该光伏电站受雷击次数为6.4次每年。由此计算结果可知，山地高海拔地区被雷击的次数相对较大，在工程选址时需要仔细计算。

2、雷电形成和危害

夏季，自然界由于高温，水分的蒸腾作用加强，空气对流运动旺盛。温热的空气被强大的上升气流推到空中遇冷形成浓积云。雷雨云是所有类型云中最为活跃的一种，在厚厚的云层中存在着大量的正负电荷，正电荷和负电荷分离形成巨大的电偶极子，或多极子。

云层中大量的正电荷位于云层的顶部，大量的负电荷位于云层的中下部，少量的正电荷在云层的底部。天上的积云上升受到地面上升的热气流不断的冲击，会发生电离而产生强大的电荷。某些云团带正电荷，某些云团带负电荷，它们使大地地面或建筑物表面产生异性电荷，当电荷积累到一定程度时，不同云团之间、或云与大地之间的电场强度可以击穿空气（E=25~30KV/cm），开始游离放电，称之为“先导放电”。

云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面（或地面上的建筑物、架空输电线）时，便会产生由地面向云团的逆导主放电，在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的电流，电流做功的结果，可使电流通过地方的气体瞬间温度升高到30000℃左右，从而呈现强烈的火光，这就是闪电，同时迅速加热的闪电通道各部分气体急剧膨胀，强烈压缩附近的大气层产生冲击波，冲击波退化时的声发射，这些声冲击波相互叠加，形成轰轰雷声，这就是雷电。打雷下雨时会和地面之间发生放电现象，与地面上的比较高的建筑物、户外通讯设施等接触，就可能产生电击，形成雷击。

一般情况下（80%—85%的情况），单次雷击不能将雷云电荷完全释放掉。一个雷闪通常包含多个（几个）雷击，而不是一个单一的雷单次雷击形成一个先导放电，在持续平均约60ms（一般为几毫秒到几百毫秒）的暂停后，另一个先导，即直窜先导，在同一通道连续（而不是逐级）传播，速度为1000—10000km/s。这种直窜先导没有分支，沿着第一支回击形成的通道反向传播，产生第二次回击，同样的过程一般会重复3—5次，在单个负极性雷闪中记录到26次回击。

2005年扬州仪征化纤公司遭雷击雷击经济损失3000万元以上。2006年淄博恒台县博汇集团电厂变电站遭雷击，雷灾造成经济损失2070万元。对于光伏电站，雷击是必须重视的自然灾害影响。