Solis-Seminar · 11 | Wie kann das Blitzschutzdesign einer Photovoltaikanlage für Privathaushalte effektiver gestaltet werden?

Hintergrund
Photovoltaik-Wohnanlagen werden normalerweise auf den Dächern von Wohngebäuden installiert, die eine große Metalloberfläche und einen großen Abstand zum Boden und zu exponierten Orten haben. Daher können Photovoltaikanlagen bei Gewittern leicht zu Blitzzielen werden. Wenn das Kraftwerk keinen guten Blitzschutz und keine gute Erdung hat, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es vom Blitz getroffen wird, sehr hoch und es kann zu Bränden, Problemen mit der Stromsicherheit sowie zum Verlust von Eigentum und Leben führen.
Die Photovoltaikindustrie ist gereift, und Systemdesign und -bau sind standardisierter geworden. Es gibt jedoch immer noch Probleme mit den Anforderungen für den Blitzschutz: Das Gesamtdesign und die Struktur des Systems sollen den Anforderungen von Komponenten, Halterungen, Wechselrichtern, Verteilerkästen und Erdungskabeln entsprechen.
Warum sind Blitzschäden immer noch häufig? Um diese Frage zu beantworten, werden wir Ihnen Probleme mitteilen, die während des Installationsprozesses leicht übersehen werden und wie Sie den Systemschutz effektiver gestalten können.

Teil 1 Allgemeine Blitzschutzlösungen

Abbildung 1_ Standard-Blitzschutzplan (Schrägdach links, Flachdach rechts)

Für Bereiche mit relativ niedriger Blitzfrequenz wird normalerweise die in Abbildung 1 gezeigte Erdungsmethode verwendet, ohne dass zusätzliche Blitzableiter installiert werden. Wenn das System auf einem Flachdach installiert ist, wird die Wechselrichterabdeckung normalerweise geerdet oder an das vorhandene Blitzschutzsystem des Gebäudes angeschlossen. In Gebieten mit hoher Blitzwahrscheinlichkeit kann diese Blitzschutzmethode ineffizient sein.

Teil 2 Verbesserte Blitzschutzlösung

Bevor wir über einen wirksamen Blitzschutz für Photovoltaikanlagen nachdenken, müssen wir die gängigen Arten von Blitzeinschlägen verstehen. 

Blitzeinschlag Klassifizierung
Typ I: Ein Blitz trifft direkt auf die Photovoltaikanlage und tritt über die Gleichstromschleife, die als direkter Blitzschlag bezeichnet wird, in den Wechselrichter ein
Typ II: Die elektrostatische Reaktion (oder elektromagnetische Induktion), die in der Nähe der quadratischen Matrix auftritt, wird als induzierter Blitz bezeichnet
Typ III: Ein Blitz trifft auf die zusätzliche Blitzableitervorrichtung und tritt durch die Gegenangriffsanordnung des vergrabenen Blitzschutznetzes, die als reflektierter Blitzschlag bezeichnet wird, in den Wechselrichter ein
Bei Photovoltaikanlagen für Privathaushalte sind die häufigsten Blitzeinschläge Typ I und Typ II: direkter Blitz und induzierter Blitz. Befindet sich das Haus in einem blitzgefährdeten Bereich oder befinden sich andere Metallgegenstände auf dem Dach, wie z. B. Solarwarmwasserbereiter, Wassertanks oder Satellitenantennen, ist die Wahrscheinlichkeit dieser beiden Blitzeinschläge höher. Blitzschutzmaßnahmen müssen in der Entwurfsphase verstärkt werden.

Dachmetallausrüstung

Um die Blitzschutzwirkung des Wohnsystems zu verbessern, sollen zusätzlich zu den normalen Blitzschutzmaßnahmen folgende Punkte berücksichtigt werden:
1) Wenn das System eine große Kapazität hat oder sich in einem Bereich mit großen Blitzeinschlägen befindet, muss neben dem Solarpanel ein Blitzableiter installiert werden;
2) Wenn sich andere Metallanlagen auf dem Dach befinden, soll die Gleichstromseite der Photovoltaikanlage so weit wie möglich von diesen Metallstrukturen entfernt sein. Stellen Sie sicher, dass die Halterung der Photovoltaikanlage diese Strukturen nicht berührt. Es wird auch empfohlen, Blitzableiter auf dem Dach zu installieren.
3) Reduzieren Sie herkömmliche Kabel von Photovoltaikanlagen über Regionen hinweg, um die Intensität induzierter Blitzeinschläge zu verringern.
4) Es wird empfohlen, eine separate Blitzschutzlösung für die Photovoltaikanlage zu implementieren und den einfachen Anschluss an das ursprüngliche Blitzschutzsystem des Gebäudes zu vermeiden.

Verbesserte Blitzschutzlösung (Schrägdach / Flachdach)

Teil 3 Fallstudie
Das Projekt befindet sich in Fenghua, China. Laut Statistik übersteigt die durchschnittliche jährliche Anzahl von Blitzeinschlägen in diesem Gebiet das 75-fache der vorgeschriebenen Anzahl, sodass dieses Gebiet blitzgefährdet ist. Das Wohngebäude vor Ort verfügt über eine große Dachfläche mit einer installierten Gesamtleistung von 28 kW und ist mit Wechselrichtern GCI-25K-5G ausgestattet. Daher wurde das in der folgenden Abbildung gezeigte Blitzschutzsystem implementiert.

Blitzschutzlösung vor Ort für Photovoltaikanlagen

Neben dem Blitzschutz für Solarzellenmodule, Halterungen, Wechselrichter und Verteilerkästen bietet das Blitzschutzsystem dieses Projekts auch die folgenden Sicherheitsfunktionen gemäß dem obigen Plan:
1) Stellen Sie für den am stärksten gefährdeten Teil des Systems sicher, dass die elektrische (interne) Erdung und die Abdeckung (externe) Erdung des Wechselrichters effektiv angeschlossen sind.

Wechselrichter Erdung Schutz Erdungsschutz des Wechselrichters

1) An den vier Ecken des Arrays sind vier runde Blitzableiter mit einer Länge von 1,5 m und einem Durchmesser von 10 mm angebracht. Sie sind mit dem eigenen Blitzschutzgürtel des Gebäudes verschweißt, um die Auswirkungen direkter Blitzeinschläge auf das System zu verringern.

Blitzableiter hinzufügen

2) Separate Erdung der Photovoltaikanlage in Wohngebieten: Wählen Sie einen Ort, an dem der Boden dick und nass genug ist, graben Sie ein 1,5 m tiefes Loch und verwenden Sie dann Φ8 Rundstahl (40 * 4 mm Flachstahl oder Φ10 Rundstahl können ebenfalls verwendet werden) für die separate Erdung. Der Erdungswiderstand beträgt 2,68 Ω, was die Anforderung von weniger als 4 Ω erfüllt.

Teil 4 Zusammenfassung
Der Blitzschutz und die Erdung von Photovoltaikanlagen in Wohngebieten können nicht ignoriert werden. Daher muss bei der Systeminstallation nicht nur der wissenschaftliche Blitzschutz und die Erdungstechnologie berücksichtigt werden, sondern auch der Blitzschutz des Systems muss entsprechend den Standortbedingungen verstärkt werden. Kurz gesagt, nehmen Sie sich bitte einen Moment Zeit, um über den Blitzschutz Ihrer Photovoltaikanlage nachzudenken, da eine sorgfältige Prüfung während der Entwurfs- und Installationsphase in Zukunft viele Probleme vermeiden kann. Die sichere und stabile Blitzschutz-Erdungsstruktur kann Systemschäden und sogar Personal- und Sachschäden vermeiden.