概述
太陽能場常常會出現具有破壞性的雷電風暴，主要原因是太陽能電池板占地面積大，且通常處於空曠和獨立位置。因此，浪湧保護對於維持其使用壽命至關重要。
雷電的產生是大氣中的放電現象，一旦雷擊發生時，由於釋放出的能量，很容易引發生火災。當大氣中雲層裡的電荷濃度升高時，電荷聚集越多時會產生空氣電離，而地面和雨雲之間的空氣電離會產生從雨雲向地面放電。進而產生雷電，這種瞬間巨大的能量所引起的浪湧最大。
間接雷擊一般我們稱之為感應雷，它具有非常大的破壞性。雷電所引發的感應雷通常無法明確的量測出對光伏陣列中所造成的過電壓等級[1]。而這種感應雷卻很容易對光伏設備內敏感元件造成損壞，且維修或更換受損元件費用很高，同時也會影響光伏系統的可靠性[1]。另一方面感應雷的大小也取決於每個光伏系統和佈線的設置情況。
光伏系統大多暴露在大面積開闊空間中，通常是設置在野外或建築物的頂部。而積聚在此類開闊場地上方的帶電雨雲傾向於以雷電形式釋放電荷。
當發生這種情況時，很可能會出現電壓浪湧。場地越廣闊，產生破壞的可能性就越大。浪湧很容易使電子設備損壞到災難性故障程度。如果有人在場時發生浪湧，還會危害其人身安全。如果人員距雷擊點60英尺以內，則間接雷擊可能會致命[2]。當光伏系統位於工業場所時，業務運營和設備也會受到威脅。雖然逆變器價格昂貴，但對於工業應用而言，停機故障成本甚至更高。當雷電擊中太陽能光伏系統時，會在太陽能光伏系統電線環路內引起感應瞬態電流和電壓。將在設備終端出現這些瞬態電流和電壓，並可能導致太陽能光伏電氣和電子元件（比如光伏太陽能電池板、逆變器、控制與通信設備[2]）以及建築物中的設備[3]內發生絕緣和介電故障。陣列箱、逆變器和MPPT(最大功率點追蹤）設備的故障點最高。
為了防止高能量穿過電子設備並對光伏系統造成高壓損壞，電壓浪湧必須具有接地路徑。為此，應將全部導電表面直接接地，並且進出系統的全部接線（比如乙太網電纜和交流電源）都應通過浪湧保護器接地。陣列箱、匯流箱和直流隔離開關內的每組串組都需要一個浪湧保護器。
英文字母縮寫說明
ac 交流
dc 直流
LPS 防雷系統
MCOV 最大連續工作電壓
MPPT 最大功率點追蹤
PV 光伏
SPD 浪湧保護器或防雷模塊
過去有單獨術語說明用於限制瞬態浪湧影響的各種設備。ANSI/UL 1449第三版（2006年發佈）將浪湧放電器和瞬態電壓抑制器（TVSS）合併成一個更通用的浪湧保護器（SPD）類別。傳統上使用浪湧放電器的應用現在需要1型浪湧保護器，而使用TVSS設備的裝置現在至少需要2型浪湧保護器。NEC的2008年版本修訂了第285條，以反映這些變化。
浪湧保護器分類
浪湧保護器可防止浪湧造成的危害。
UL 1449 [4]定義了1型、2型和3型浪湧保護器：
- 1型：一個埠，永久連接的浪湧保護器（電錶插座外殼除外），用於服務變壓器二次側和服務設備過電流
塑殼浪湧保護器。可在光伏陣列和主服務隔離開關之間連接光伏系統中用1型浪湧保護器。
- 2型：永久連接的浪湧保護器，用於服務設備過電流裝置負載側上的裝置 ; 包括位於分支面板處的浪湧保護
- 3型：使用點浪湧保護器，從電氣服務面板到使用點安裝的最小導體長度為10米，例如，電源線連接、
保護器隨附或用於連接浪湧保護器的導體。
1型浪湧保護器可防止直接雷擊，其特點是10/350 µs電流波。1型浪湧保護器用於中央逆變器。
2型浪湧保護器可防止間接雷擊，其特點是8/20 µs波形。8/20 µs波形表示雷擊的上升時間為8 µs，持續時間為20 µs峰值的一半。2型浪湧保護器可防止過電壓傳播到電氣裝置和設備內。它們還可以防止在電線內傳播浪湧的雷電電磁效應。每個MPPT以及串組式逆變器和陣列箱內都應使用2型浪湧保護器。發生浪湧的箱子通常會因間接雷擊而損壞。材料和高度類型以及形狀都會影響物體吸引雷擊的能力。如果箱子的形狀或材料有吸引雷擊的傾向，則應使用1型浪湧保護器或避雷針。高度、尖銳形狀和隔離度是決定雷擊位置的主要特性。金屬吸引雷電只是一則神話。然而，請務必注意，無論光伏電場位於何處或附近任何物體形狀如何，浪湧保護器由於本質上容易受直接和間接雷擊，故對每個光伏系統必不可少。
選擇和安裝光伏系統浪湧保護器
光伏系統具有獨一無二的特性，因此需要使用專門為光伏系統設計的浪湧保護器。光伏系統具有高達1500伏特的高直流系統電壓。它們運行的最大功率點僅比該系統短路電流低幾個百分點。要確定適用於光伏系統及其裝置的正確浪湧保護器模組，您必須知道：
- 雷電的閃光密度；
- 系統的工作溫度；
- 系統的電壓；
- 系統的額定短路電流；
- 應防止的波形等級（間接或直接雷擊）；和
- 電流大小。
受外部防雷系統（LPS）保護的裝置的浪湧保護器要求取決於選定的LPS類別，以及LPS和光伏裝置之間的分隔距離是否隔離[4]。IEC 62305-3詳細說明了外部LPS的分隔距離要求。為了發揮保護作用，浪湧保護器的電壓保護等級（Up）應比系統終端設備的介電強度低20％。重要的是，使用的浪湧保護器的短路耐受電流應大於浪湧保護器連接到的太陽能陣列串組的短路電流。直流輸出端上安裝的浪湧保護器的直流MCOV必須等於或大於面板的最大光伏系統電壓。
圖1. 雷擊位置。
當雷電擊到A點（參見圖1）時，光伏太陽能電池板和逆變器可能會受損。如果雷電擊到B點，則只有逆變器會受損。然而，逆變器通常是光伏系統中最昂貴的元件，這時就必須在交流和直流線路上適當的挑選並安裝合適浪湧保護器的原因。雷擊點距逆變器越近，逆變器受損會越嚴重。
光伏系統直流側浪湧保護器
光伏電源的電流和電壓特性與傳統直流電源完全不同：它們具有非線性特性，容易產生電弧。因此，光伏電流源不僅需要較大光伏開關和光伏熔斷器(Power gard fuse)，而且還需要隔離開關用作浪湧保護的裝置，來適應這種獨特現象同時又能夠應對光伏電流[1]。安裝在直流側的浪湧保護器必須專門設計用於直流應用。在故障情況下，錯誤的交流或直流側使用浪湧保護器很危險。在直流側使用浪湧保護器時，由於存在電勢差，也必須在交流側使用。
用於交流側的浪湧保護器
浪湧保護對交流側和直流側同樣重要。確保浪湧保護器專門設計用於交流側。
為了獲得最佳保護，應專門按照系統調整浪湧保護器的尺寸[5]。正確選型可保證最佳保護和最長使用壽命。在交流側，如果多個逆變器連接到同一電網中，則可以將它們連接到同一個浪湧保護器下。
在下一篇的文章裡會和大家介紹如何安裝浪湧保護器,相關的定義,規範和標準。
評論