DQZHAN技术讯：光伏系統中的安全器件
光伏电站一般安装在荒郊野外，或者屋顶，组件必须安装在露天状态下，自然环境恶劣，不可避免会遇到天灾人祸，台风，雪灾，沙尘等自然灾害会损坏设备，老鼠等小动物咬坏设备，电缆也有可难被小偷剪断。电站的安全性非常重要，不管是分布式小型电站，还是集中式大型地面电站，都具有一定的危险性，所以必须在光伏系统的设备中，都配有专门的安全器件，如熔斷器和防雷器，平时默默无闻，关键的时候挺身而出，时刻保卫电站安全。
1、熔斷器
熔斷器是根据电流超过规定值一定时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一电流保护器。熔斷器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用*普遍的保护器件之一。光伏电站的熔斷器分为直流熔斷器和交流熔斷器。
光伏电站直流侧根据光伏逆變器方案配置的不同，分别将多个组串并联汇集至直流汇流箱（集中式逆變器方案）或组串式逆變器（组串式逆變器方案）的直流母线。当若干光伏组串并联，如某组串发生短路故障，直流母线上的其它组串的和电网将向短路点提供短路电流。如缺少相应的保护措施，将导致光伏组件、与之联接的电缆等设备烧毁。同时，可能引起设备附近的附着物的燃烧。目前国内发生多起类似的屋顶光伏火灾事故，因此需在各组串的并联回路安装保护器件以增强光伏电站安全。
目前直流熔斷器应用于汇流箱、逆變器中，用于过电流保护。主流逆變器厂家也都将熔斷器作为直流保护的基本元件。同时，熔斷器厂家如Bussman、Littelfuse等也推出了光伏专用直流熔斷器。
随着光伏人人视频对直流熔斷器的需求日益增多，如何正确选用直流熔斷器进行有效的保护，是用户和制造厂都应认真关注的问题，选用直流熔斷器时，不能简单地照搬交流熔斷器的电气规格和结构尺寸，因为两者之间有许多不同的技术规范和设计理念，关乎到能否安全可靠分断故障电流和不发生意外事故的综合考量。
1）由于直流電流沒有電流的過零點,因此在開斷故障電流時,只能依靠電弧在石英砂填料強迫冷卻的作用下，自行迅速熄滅進行開斷，比開斷交流電弧要困難許多，熔片的合理設計與焊接方式，石英砂的純度與粒度配比、熔點高低、固化方式等因素，都決定著對直流電弧強迫熄滅的效能和作用。
2）在相同的额定电压下，直流电弧产生的燃弧能量是交流燃弧能量的2倍以上，为了保证每一段电弧能够被限制在可控制的距离之内同时迅速熄灭，不会出现各段电弧直接串联导通酿成巨大的能量汇集，导致持续燃弧时间过长发生熔斷器炸裂的事故，直流熔斷器的管体一般要比交流熔斷器长，否则在正常使用时看不出的尺寸差异，当故障电流出现时就会产生严重的后果。
3）根据国际熔斷器技术组织的推荐数据，直流电压每增加150V，熔斷器的管体长度即应增加10mm，依次类推直流电压为1000V时，管体长度应为70mm。
4）熔斷器在直流回路使用时，必须考虑电感、电容能量存在所产生的复杂影响，因此时间常数L/R是不可忽略的重要参数，应根据具体线路系统的短路故障电流发生和衰减率做准确评估，不是随意选大或选小都可以。由于直流熔斷器时间常数L/R大小决定着分断燃弧能量和分断时间及允通电压，所以管体的粗细与长短必须合理而安全的选择使用。
交流熔斷器：在离网逆變器的输出端，或者集中式逆變器内部电源的输入端，要设计安装交流熔斷器，以防止负载过流或者短路。
2、防雷器
光伏發電系統的主要部分都安裝在露天狀態下，且分布的面積較大，組件和支架都是導體，對雷電有相當大的吸引力，因此存在著受直接和間接雷擊的危害。同時，光伏發電系統與相關電氣設備及建築物有著直接的連接，因此對光伏系統的雷擊還會涉及相關的設備和建築物及用電負載等。爲了避免雷擊對光伏發電系統的損害，就需要設置防雷與接地系統進行防護。
雷電是一種大氣中的放電現象。在雲雨形成的過程中，它的某些部分積聚起正電荷，另一部分積聚起負電荷，當這些電荷積聚到一定程度時，就會産生放電現象，形成雷電。雷電分爲直擊雷和感應雷。直擊雷是指直接落到光伏方陣、直流配電系統、電氣設備及其配線等處，以及近旁周圍的雷擊。直擊雷的侵入途徑有兩條：一條是上述所說的直接對光伏方陣等放電，使大部分高能雷電流被引入到建築物或設備、線路上；另一條是雷電直接通過避雷針等可以直接傳輸雷電流入地的裝置放電，使得地電位瞬時升高，一大部分雷電流通過保護接地線反串入設備、線路上。
感應雷是指在相關建築物、設備和線路的附近及更遠些的地方産生的雷擊，引起相關建築物、設備和線路的過電壓，這個浪湧過電壓通過靜電感應或電磁感應的形式串入到相關電子設備和線路上，對設備、線路造成危害。
對于較大型的或安裝在空曠田野、高山上的光伏發電系統，特別是雷電多發地區，必須配備防雷接地裝置。
電湧保護器(SurgeprotectionDevice)是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱爲“避雷器”或“過電壓保護器”英文簡寫爲SPD。電湧保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓範圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統不受沖擊而損壞。下面是光伏發電系統常用避雷器主要技術參數說明。
（1）*大持續工作電壓Ucpv：該電壓值表示可允許加在避雷器兩端的*大電壓。在這個電壓下，避雷器必須能夠正常工作，不可出現故障。同時，該電壓連續加載在避雷器上，不會改變避雷器的工作特性。
（2）額定放電電流(In)：也叫標稱放電電流，是指避雷器所能承受的8／20μs雷電流波形的電流峰值。
（3）*大放電電流Imax：給保護器施加波形爲8/20ms的標准雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的*大沖擊電流峰值。
（4）電壓保護水平Up(In)：保護器在下列測試中的*大值：1KV/ms斜率的跳火電壓;額定放電電流的殘壓。
电涌保护器采用了一种非线性特性极好的压敏電阻，在正常情况下，电涌保护器外于极高的電阻状态，漏流几乎为零，保证电源系统正常供电。当电源系统出现过电压时，电涌保护器立即在纳秒级的时间内迅速导通，将该过电压的幅值限止在设备的安全工作范围内。同时把该过电压的能量释放掉。随后，保护器又迅速的变为高阻状态，因而不影响电源系统的正常供电。
除了雷电能够产生浪涌电压和电流外，在大功率电路的闭合与断开的瞬间、感性负载和容性负载的接通或断开的瞬间、大型用电系统或變壓器等断开也都会产生较大的开关浪涌电压和电流，同样会对相关设备、线路等造成危害。小功率逆變器直流输入端，为了防止感应雷，加入压敏電阻，如SFV20D系列的压敏電阻，*大放电电流可达10kVA，基本可以满足家用光伏防雷系统需要。
