屋顶分布式光伏发电系统雷电防护措施
屋顶分布式光伏发电系统雷电防护措施
发表时间：2018-07-17T09:40:33.410Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第7期作者：杨弢1 卢自红2 张世谨3 [导读] 本文对光伏发电的发展进行概述，总结了屋顶光伏发电系统的特点，根据市场主流光伏电池元件等系统构件的情况进行雷击隐患定量分析
杨弢1 卢自红2 张世谨3
1、清远市气象局广东清远 511500；
2、河源市气象局广东河源 517000；
3、黔南州气象局贵州黔南州 558000
摘要：本文对光伏发电的发展进行概述，总结了屋顶光伏发电系统的特点，根据市场主流光伏电池元件等系统构件的情况进行雷击隐患定量分析，研究应采取的防雷措施和方法，以指导屋顶光伏发电系统的雷电防护措施设计、施工和检测。 1前言
太阳能是一种清洁的、可再生能源，也是最重要的一种可再生能源，我国太阳能资源丰富，光伏发电技术在我国有着广阔的市场前景。特别是随着国家不断大力推进新能源发展政策，近些年来光伏发电在我国各地得到了快速发展。对其雷电防护的研究十分有必要。
光伏发电系统主要可分为集中式和分布式两种。在荒漠地区建设的大型集中式光伏电站，占地较为广阔，装机容量一般在20MW 以上；在住宅、商业办公、生产厂房等建筑区域和偏远地区建设的小型的分布式光伏发电系统，其主要特点是在用户所在地附近建设，运行方式以用户侧自发自用为主、余电上网，在配电系统平衡调节为特征，也称之为“分散式”、“非集中式”。2016年12月能源部颁布了《太阳能发展“十三五”规划》中，重点推进分布式光伏的发展。2017年度分布式（含户用）光伏装机量占全年装机量40%，同比增长350%，特别是屋顶分布式光伏的发展更为迅速，工商业屋顶分布式2018年预计新增装机13.5GW，户用屋顶2017年增加了40万套，但2018年预计增加120万套。分布式光伏发电系统由于其规模较小，设计运行和维护非专业化等的客观情况，对其的雷电灾害防护研究十分必要。
2、分布式光伏发电系统特点
按照系统位置分别为地面分布式和屋顶分布式两种。屋顶分布式即BMPV（在建筑物上安装的光伏发电系统），其安装方式可分为BIPV（建筑一体化）和BAPV（光伏建筑附加）。
BIPV：采用特殊设计的专用光伏组件，替代原有的建筑材料或建筑构件安装，与建筑物融为一体。光伏组件不仅要满足光伏发电的功能，还要满足建筑物的基本功能要求，如光伏瓦、光伏窗、光伏幕墙、光伏遮阳板等。BAPV：采用普通光伏组件在建筑物上安装，仅有发电的功能。这两种安装方式中目前占绝对主流的是BAPV。但不管用什么方式，光伏电池板一般设置于建筑物天面、东、南向向阳的侧立面等处，位于建筑物上相对位置较高和突出的地方，没有被遮挡阳光。
3、典型分布式光伏发电系统基本结构
3.1光伏发电电池板主要特点
一、光伏电池元件按材料主要可分为晶硅与非晶硅光伏电池，主要有以下几种：
a、单晶硅：最早发明并使用、技术成熟、转换效率最高，最新技术大规模生产转换效率现可达23%，使用寿命长达30年，但制造需要纯度为99.9999%硅。一般电池片厚度为200~500μm。
b、多晶硅：相比单晶硅对材料的纯度要求下降，技术成熟，转换效率高，理论效率虽然比单晶硅稍低，最新技术大规模生产转换效率现可达21%，使用寿命长，可达25年，价格稍低。
c、硅基薄膜电池：今后的发展方向，硅薄膜层1~10μm，硅材料需求少，最新技术大规模生产中平均转换效率大概为21.9%，现存在的问题是稳定性不高，随使用时间会发生性能退化，寿命不足10年。
d、碲化镉薄膜电池：大规模生产中平均转换效率大概为10%以上，成本较高，且镉属剧毒。
e、砷化镓薄膜太阳能电池：多结转换效率高达30%以上，温度稳定性高，但成本很高，仅极少情况下用于性能优先的场景，如卫星上等。
f、CIGS（铜铟镓硒）薄膜太阳能电池：大规模生产转换效率高达20%，量产转换效率最高的薄膜电池，性能稳定，使用寿命可达25年，材料价格昂贵，其中铜、铟、镓均属贵金属，特别是铟价比黄金且缓冲层含镉。
g、染料敏化薄膜电池等其它，正在研发中，未大规模商用。
二、主要光伏电池元件市场情况
晶体硅光伏电池（单晶硅和多晶硅）是市场的绝对主流，市场份额超过90%，特别是随着技术进步造成的成本下降，单晶硅生产成本贴近多晶硅，市场份额会进一步扩大。剩下少部分硅基薄膜光伏电池和CIGS薄膜光伏电池份额不足10%，例如一些CIGS薄膜光伏电池会用在户用光伏发电系统中。
三、光伏电池组件结构
单个晶体硅光伏电池单元大概产生的电压为0.5V，因此需将多个单元串联，典型的是36个串联组成12V光伏电池模块，还有72个串联的24V模块，多个模块串联或并联再组合封装为一个光伏电池组件。光伏电池以各单元或模块为单位，为防止个别的短/断路故障影响整个组件，还会单元/模块侧并联相应的阻塞或旁路二极管元件。