夏季，自然界由于高溫，水分的蒸騰作用加強，空氣對流運動旺盛。溫熱的空氣被強大的上升氣流推到空中遇冷形成濃積云。雷雨云是所有類型云中最為活躍的一種，在厚厚的云層中存在著大量的正負電荷，正電荷和負電荷分離形成巨大的電偶極子，或多極子。

云層中大量的正電荷位于云層的頂部，大量的負電荷位于云層的中下部，少量的正電荷在云層的底部。天上的積云上升受到地面上升的熱氣流不斷的沖擊，會發(fā)生電離而產(chǎn)生強大的電荷。某些云團帶正電荷，某些云團帶負電荷，它們使大地地面或建筑物表面產(chǎn)生異性電荷，當電荷積累到一定程度時，不同云團之間、或云與大地之間的電場強度可以擊穿空氣(E=25~30KV/cm)，開始游離放電，稱之為“先導放電”。

云對地的先導放電是云向地面跳躍式逐漸發(fā)展的，當?shù)竭_地面(或地面上的建筑物、架空輸電線)時，便會產(chǎn)生由地面向云團的逆導主放電，在主放電階段里，由于異性電荷的劇烈中和，會出現(xiàn)很大的電流，電流做功的結(jié)果，可使電流通過地方的氣體瞬間溫度升高到30000℃左右，從而呈現(xiàn)強烈的火光，這就是閃電，同時迅速加熱的閃電通道各部分氣體急劇膨脹，強烈壓縮附近的大氣層產(chǎn)生沖擊波，沖擊波退化時的聲發(fā)射，這些聲沖擊波相互疊加，形成轟轟雷聲，這就是雷電。打雷下雨時會和地面之間發(fā)生放電現(xiàn)象，與地面上的比較高的建筑物、戶外通訊設(shè)施等接觸，就可能產(chǎn)生電擊，形成雷擊。

一般情況下(80%—85%的情況)，單次雷擊不能將雷云電荷完全釋放掉。一個雷閃通常包含多個(幾個)雷擊，而不是一個單一的雷單次雷擊形成一個先導放電，在持續(xù)平均約60ms(一般為幾毫秒到幾百毫秒)的暫停后，另一個先導，即直竄先導，在同一通道連續(xù)(而不是逐級)傳播，速度為1000—10000km/s。這種直竄先導沒有分支，沿著第一支回擊形成的通道反向傳播，產(chǎn)生第二次回擊，同樣的過程一般會重復3—5次，在單個負極性雷閃中記錄到26次回擊。

2005年揚州儀征化纖公司遭雷擊雷擊經(jīng)濟損失3000萬元以上。2006年淄博恒臺縣博匯集團電廠變電站遭雷擊，雷災(zāi)造成經(jīng)濟損失2070萬元。對于光伏電站，雷擊是必須重視的自然災(zāi)害影響。

雷擊對光伏廠的影響以及預防

雷擊有直擊電、雷電感應(yīng)和雷電波等三種入侵方式。直擊電就是地面與帶電云間產(chǎn)生的放電反應(yīng)，其電壓在瞬間可能達到上萬伏。電流可達幾十安培.破壞性相當強。因為其是被雷云瞬間釋放，能量巨大。雷擊很容易破壞室內(nèi)安裝的太陽電池。還會對周圍的設(shè)備造成不同程度上的損壞，影響巨大。針對雷電對光伏電場區(qū)造成的巨大影響，一般采用等電位鏈接、隔離法和加裝保護器等三種方法避免雷電可能會造成的危害。

在現(xiàn)階段防雷措施中，最為有效也是最為廣泛的方法就是把電氣設(shè)備金屬部件與大地相連。接地系統(tǒng)由四部分組成.即接地設(shè)備、接地體、引入線和大地。良好接地是防雷措施成功的重要基礎(chǔ)。主要的接地方式有以下三種。

1.共體接地

接地體具體安裝過程是在地上挖一個直徑約30cm的洞.并且在洞底鋪設(shè)一些食鹽，再將接地體放人其中。使用PVC管罩住接地體，然后把接地體周圍的空隙使用泥土進行填滿并壓實。最后在上面放上碎石子進行澆水加固。使用同樣的方法將其他接地體接地。形成等腰三角形的布局，再使用35mmz的銅線連接。形成光伏電場內(nèi)部的一個接地體。

這種接地可以使光伏發(fā)電場所有的金屬部件有效接地。這種方法還不需要埋設(shè)很多個接地體就可以解決接地問題。而且還有效地把電阻值控制在4n以內(nèi)。光伏電場中所有設(shè)備的金屬殼、避雷裝置以及電池板的金屬架、逆變器等眾多設(shè)備都能直接連在同一個接地體上。在沒有雷擊現(xiàn)象發(fā)生時可以單純作為接地保護和零線。一旦發(fā)生雷擊時就可以當作防雷接地裝置使用。

2.單體接地

一些區(qū)域內(nèi)由于地理環(huán)境的影響。光伏電場內(nèi)部的電桿經(jīng)常會遭受到雷擊。并且雷擊的位置相對固定，不會發(fā)生移動。針對這些特殊的電桿，要單獨安裝避雷裝置。埋設(shè)相應(yīng)的接地體，就可以有效防止雷擊現(xiàn)象的發(fā)生，接地體通常會使用長度約2m的鍍鋅角鋼或扁鋼。

3.組合接地

組合接地由多個接地體組成.通常以環(huán)形或方形放射狀以及其他形式進行安裝布局。接地體成環(huán)形布置時，要保證環(huán)線不能有開口，這是為了降低相互屏蔽作用。兩個相鄰接地體之間的實際具體不能小于3m。接地體的上端要使用鍍鋅的角鋼加固，距離地面要小于1m。

4.防雷擊電磁脈沖

雷擊電磁脈沖沒有直擊雷強烈，但是發(fā)生概率卻非常高，目前常采用的防護措施主要有等電位連接、屏蔽和加裝電涌保護器。為了減小不同金屬物之間的電位差和故障電壓危害，太陽能電池板的四周鋁合金邊框和金屬支架，控制器、匯流箱、逆變器的金屬外殼，金屬管(槽)線纜的金屬屏蔽層及避雷帶等應(yīng)根據(jù)GB50057的規(guī)定采取良好的等電位連接措施。

為減少電磁干擾，太陽能電池板的入戶線路應(yīng)以合適的路徑敷設(shè)并做好線路屏蔽。線纜應(yīng)選用有金屬屏蔽層的電纜并穿金屬管敷設(shè)。在防雷區(qū)界面處電纜金屬屏蔽層及金屬管(金屬管應(yīng)兩端接地)應(yīng)做等電位連接并接地。入戶線路和防雷連接線需分開敷設(shè)，保持最小平行間距1m，最小交叉間距0.3m。為了防止雷擊電磁脈沖產(chǎn)生的過電壓及過電流經(jīng)入戶線路侵入損壞室內(nèi)的光伏發(fā)電設(shè)備，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的線纜應(yīng)加裝多級防浪涌保護裝置進行防雷保護。

首先，應(yīng)該在太陽能電池方陣的直流輸入線路安裝直流避雷器，根據(jù)線路長度和工作電壓選用標稱放電電流≥10kA適配的SPD該浪涌保護器內(nèi)部應(yīng)包括差模濾波器，以幫助消除線路上傳導的電磁干擾，在光伏電站的交流輸出供電線路上安裝交流避雷器。

其次，由于控制器和逆變器均為價格昂貴的設(shè)備，應(yīng)在控制器和逆變器內(nèi)安裝第2級的電源浪涌保護器，使其具有防雷保護功能。如果逆變器輸出到一些較重要的負載設(shè)備，還應(yīng)該在逆變器輸出端安裝第3級電源浪涌保護器。電源系統(tǒng)和電子系統(tǒng)安裝多級SPD時還需考慮多級匹配問題。

結(jié)論

雷電會對建筑物及電氣設(shè)備造成嚴重破壞。在獨立光伏電站的防雷設(shè)計中。應(yīng)當選擇合理的設(shè)計方案，采取有效的措施.做好獨立光伏電站的防雷設(shè)計。防止直擊雷、感應(yīng)雷、雷電波對獨立光伏電站設(shè)備的破壞，這樣才能保證獨立光伏電站長期穩(wěn)定、安全、可靠地運行，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能。