光伏汇流柜是光伏阵列向逆变器/直流汇流屏过渡的配电与保护装置,光伏汇流柜(又称汇流箱、汇流箱/汇流柜)是将若干光伏串并联后汇入逆变器或直流配电母线的中间配电装置,承担分路保护、隔离开关、监测与防雷等功能。随着大型地面电站与高压集成化屋顶系统的普及,汇流柜在保证系统可靠性与寿命方面的角色愈发重要。
在光伏场站中,防雷保护通常采用“分级协同”策略(对应IEC/EN及国内实践的Type1/Type2/Type3或一级、二级、三级概念):
一级(直击/高能冲击处置,Type1 / Iimp):用于遭受高能雷击风险的入口位置或直击风险处,能承受10/350µs冲击(Iimp),常见优选值含12.5kA、25kA等规格。
二级(建筑/设备保护,Type2 / In 8/20µs):放置在汇流柜内部或逆变器侧前,处理经地线或线路传入的中等能量浪涌,常用额定冲击电流In或Imax为10–40 kA(8/20µs)范围。
三级(设备端点精细保护,Type3):靠近敏感电子设备的精细限压保护(更多见于交流侧或控制电源端)。
对光伏直流侧(汇流柜)的一般推荐:采用二级配合一级混合的做法——在阵列引入点或直击敏感地段配置能够承受10/350µs的一级或混合型SPD(若外场有直击风险);并在每个汇流柜内安装光伏专用的二级/DC侧SPD,保证到逆变器端的剩余电压(Up)低于逆变器允许值。许多光伏汇流箱制造商已经在产品中集成“二级防雷器+通讯防雷”模块以适配1500V系统。
地凯防雷不同等级汇流柜的搭配使用(按典型工程划分)
SPD配置:直流侧安装Type2(DC),Uc≥Vsys×1.1(例如1000V系统选Uc≈1100V),In(8/20)≥10–20 kA/路或使用组合型40 kA。
备注:若场地无较高直击暴露等级(如LPL IV),可不必单装Type1。
汇流柜类型:现场汇流柜(IP65、外壳接地、监测)。
SPD配置:场区入口或升压站处布置Type1或组合型(Type1+2)以承受10/350冲击(Iimp ≥12.5–25 kA);每台汇流柜内再配Type2直流SPD作为二次保护,确保分级泄流。
在阵列附近设置接闪系统与等电位连接,并在汇流柜内外同时配置Type1(或外部并列气体放电管)+Type2组合,必要时每一路母排并联气体放电管以提升泄流能力。并严格按《光伏发电系统雷电防护装置检测规范》进行检测和接地设计。
系统电压与Uc:1000 V系统→SPD Uc≥1100 V;1500 V系统→SPD Uc≥1600 V(保留10%裕度)。
一级SPD(10/350 µs):推荐Iimp ≥12.5 kA/通道,若站级入口建议25 kA或更高(视直击概率与保护区域等级)。
二级SPD(8/20 µs):推荐In(8/20)20 kA–40 kA/通道;组合型模块可选Imax 40 kA/线以提高鲁棒性。
残压Up:选择残压Up应保证低于逆变器/熔断器及其他设备绝缘耐受值;实际选型时查逆变器厂商允许的最大直流端耐压作为上限(设计上建议留有20%裕度)。
额定持续运行电压 Uc_pv(或 Ucpv):应 ≥ 系统最大开路电压 Voc 的 1.1 倍(工程常取整值)。
例如:系统额定 1000 V DC(Uoc 近似 1000 V)时,选择 Uc_pv ≥ 1100 V DC(常见 1100 V 或 1200 V 型号);
对于 1500 V 系统,选择 Uc_pv ≥ 1600 V DC(或厂家标称 1500/1600 V 型号)。(选型原则:UC ≥ Uoc,且留安全裕度)。
额定放电电流 In(8/20μs)与最大放电能力 Imax(8/20μs):
二级 SPD(T2/Class II)常见 In = 10–20 kA(8/20),Imax = 20–40 kA(8/20);
组合型或一级(T1)器件其 Iimp(10/350μs) 指标通常为 6.25 kA ~ 12.5 kA(单次) 或更高(具体按产品)。工程级光伏 SPD 常见参数见厂商数据表(Imax 20–40 kA,Iimp(10/350)6.25 kA 等)。为提高可靠性,主入口/汇流箱推荐采用 Imax ≥ 20 kA(8/20)且支持 10/350 的 Iimp 标称。
残压 Up(Voltage Protection Level):选择残压 Up ≤ 设备耐压 Uw 的 0.8×Uw 是常用工程规则;较低的 Up 提供更好保护,但通常残压与 Imax 成反比,需在性能与成本间取舍。
极数与接线:光伏直流侧常用 2P(+、-)或 3P(+、-、PE) SPD,若系统接地或隔离方式不同(IT/TT/PE),应选用匹配的接地极型 SPD。所有 SPD 必须并联安装且尽量短接地线(0.5 m 以下并使用粗截面铜线)以降低感应电压。
机械与环境指标:户外汇流柜中 SPD 要求 防护等级 ≥ IP65(或按现场),耐盐雾/抗紫外/工作温度范围在 -40℃ 到 +85℃ 为常见工业级。模块化可插拔、带失效指示与远程信号触点的 SPD 更利于维护。