民用太陽能熱水系統(tǒng)雷電災(zāi)害分析和防雷技術(shù)

龍敬朝　李德昌　陳曉林

摘 要：近些年來，民用太陽能熱水器已經(jīng)走進(jìn)尋常百姓家，在日常生活中得到了廣泛應(yīng)用。但對(duì)我國(guó)南方大部分城市來說，由于這些城市地處雷雨多發(fā)地帶，如果流入到這些城市的民用太陽能熱水器存有雷電隱患，后果將不堪設(shè)想。本文希望結(jié)合民用太陽能熱水器系統(tǒng)雷電災(zāi)害分析，同時(shí)提出幾種可行的防雷技術(shù)手段。在全民提倡環(huán)保建設(shè)的大背景下，太陽能作為新興、可循環(huán)使用的清潔能源，它的大批使用將會(huì)減少全世界人口對(duì)天然氣、電、燃煤甚至汽油的依賴。我們必須保證太陽能系統(tǒng)的安全使用，首先就應(yīng)該從雷電災(zāi)害以及防雷手段進(jìn)行入手，特別是太陽能熱水器在民用中的使用金屬配件，一般都是需要安裝在樓房最頂端，對(duì)這部分的防雷處理尤為重要。

關(guān)鍵詞：太陽能熱水器；直擊雷防護(hù)裝置；防雷

一、民用太陽能熱水器應(yīng)用現(xiàn)狀

太陽能熱水器作為傳統(tǒng)的電熱水器、燃?xì)鉄崴鞯母绿娲?，通過近年來的實(shí)踐與改良已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶，而這種新興電氣的使用又具備了節(jié)能、環(huán)保、低廉等優(yōu)勢(shì)從而受到社會(huì)各界的高度重視。

太陽能沒有地域的局限，可以認(rèn)為太陽能無所不在，而且便于采集。并且開發(fā)、采集過程并不需要以破壞大自然為代價(jià)，同時(shí)太陽能也是世界上最取之不盡用之不竭的能量。但新科技有時(shí)候也是把雙刃劍，伴隨著民用太陽能的普及，雷擊太陽能熱水器導(dǎo)致人受傷、死亡以及設(shè)備報(bào)廢的案件也屢有發(fā)生。

雷電作為自然現(xiàn)象中一種較為復(fù)雜的放電現(xiàn)象，瞬間可高達(dá)數(shù)千萬伏電壓，雖然現(xiàn)有的科技手段無法做到對(duì)雷電進(jìn)行利用，但特別是在實(shí)際生活中我們必須加強(qiáng)預(yù)防防護(hù)手段，從而避免雷電災(zāi)害的發(fā)生。所以說，如何根據(jù)現(xiàn)有的防雷技術(shù)來減少民用太陽能熱水系統(tǒng)帶來的傷害和雷擊事故，成了太陽能業(yè)需要探索的課題之一。

二、民用太陽能熱水系統(tǒng)雷電災(zāi)害分析

自上世紀(jì)90年代至今，我國(guó)平均發(fā)生雷電災(zāi)害次數(shù)為1886次/年，而且這個(gè)數(shù)據(jù)大有上揚(yáng)的走向，其中據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，這個(gè)數(shù)據(jù)中又有百分之二十是由于太陽能熱水器不正確使用而引發(fā)的悲劇。

而在我國(guó)雷電災(zāi)害的高發(fā)區(qū)西南地區(qū)及東南沿海，年平均雷電天氣竟然高達(dá)45天以上。而民用太陽能熱水系統(tǒng)目前市場(chǎng)上絕大部分都是金屬外殼，很多安裝人員為了方便不顧及使用中會(huì)發(fā)生的各種情況，一部分人會(huì)將太陽能熱水器安裝在避雷設(shè)備保護(hù)區(qū)域之外，有些人甚至為了安裝方便，對(duì)金屬外殼做不到完全接觸地面，這樣就增加了遭受雷擊傷害的概率[ 1 ] 。

我們知道，太陽能安裝在樓房頂端，有的甚至超過了房頂?shù)谋芾揍樃叨?，這種安裝使得民用太陽能熱水系統(tǒng)幾乎毫無隱藏的暴露在了雷擊范圍中，如果樓房不幸遭受雷擊傷害，太陽能熱水器將會(huì)率先被損壞，甚至還會(huì)通過下水管、數(shù)據(jù)線、加熱線、導(dǎo)管等設(shè)備直接將雷電傳導(dǎo)到居民家中，后果不堪設(shè)想。另外，大面積的太陽能電池板鋪滿了建筑物的最高處，新興的光伏屋頂，由于包含水電系統(tǒng)，毫無懸念的成為了雷電的載體與導(dǎo)體。

另外，除了對(duì)自然災(zāi)害的物理防控分析，我們不能忽略自然天氣帶來的挑戰(zhàn)。特別是前面提到的西南地區(qū)及東南沿海受到空氣及季節(jié)特點(diǎn)的影響，極端天氣特別是雷雨天氣過多，怎樣將太陽能與最新的避雷手段最大化融合在一起，是日后我們最需要研究的課題[ 2 ]。

三、避免雷電災(zāi)害及防雷措施

我們知道，太陽能熱水系統(tǒng)的主要工作原理是由太陽能電池組件陳列、逆變器、用戶負(fù)荷等構(gòu)成。另外，通過前面講到的案例及數(shù)據(jù)，我們不難得到一些較為使用的避免雷電災(zāi)害及防雷的措施。具體如下：

首先，要確保在安裝民用太陽能熱水系統(tǒng)的時(shí)候，必須要求安裝高度高于避雷針，并確保安裝范圍在避雷帶的保護(hù)區(qū)域內(nèi)，堅(jiān)決杜絕熱水器成為引雷針，并且在民用太陽能系統(tǒng)比較集中的地區(qū)域應(yīng)該增設(shè)避雷針。

其次，社區(qū)宣傳平臺(tái)及政府宣傳媒體應(yīng)該加大宣傳力度，通過宣傳片、知識(shí)手冊(cè)、宣傳畫等多渠道來向公眾介紹太陽能熱水系統(tǒng)的正確使用方式，堅(jiān)決避免在雷電等極端天氣還在繼續(xù)使用設(shè)備，同時(shí)應(yīng)該向廣大群眾通過各種熱水器傷人的案件來告誡人們，從雷電電磁脈沖和直擊雷防護(hù)角度進(jìn)行告知，在安裝的時(shí)候必須做到太陽能熱水器室外、室內(nèi)部分均與內(nèi)墻主筋進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)的方式，消除洗浴室設(shè)備之間的電位差，將引入室內(nèi)的雷電流威脅降至最低。

另外，必須考慮到太陽能熱水器進(jìn)入室內(nèi)的電源線、傳感信號(hào)線在有條件的情況下，應(yīng)該增設(shè)靈敏度較高的電子避雷帶，從而最大程度上阻斷進(jìn)入室內(nèi)的雷電通道。

換而言之，如果空間限制不到規(guī)定的安全距離，那就應(yīng)該做到建筑頂端的民用太陽能熱水系統(tǒng)的金屬高位水箱外殼、支架等連接部位，應(yīng)該在安裝時(shí)與避雷網(wǎng)進(jìn)行焊接方式的連接。

經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，相當(dāng)一部分的太陽能熱水系統(tǒng)品牌不銹鋼板僅為0.25～0.3mm，這種情況下堅(jiān)決不可直接作為接閃器，我們可以在支架邊上安裝高于水箱一定長(zhǎng)度的避雷帶，從而實(shí)現(xiàn)熱水系統(tǒng)與避雷帶可靠連接。

最后，不能忽略防雷專業(yè)部門的檢驗(yàn)、檢測(cè)，只有在確定該房屋具備合格的避雷針、避雷帶時(shí)候，才可以進(jìn)行安裝[ 3 ]。

四、結(jié)語

綜上所述，我們只有保證民用太陽能熱水系統(tǒng)在安裝過程中遵循規(guī)范，做好接地處理并做好和避雷帶、避雷針等避雷設(shè)備的電位連接。

如果實(shí)踐中的太陽能熱水器仍不在避雷帶保護(hù)范圍內(nèi)，我們也可以通過從電源線和信號(hào)線的屏蔽及等電位聯(lián)結(jié)兩個(gè)重要環(huán)節(jié)來設(shè)計(jì)施工。外露的電源線、信號(hào)線應(yīng)穿鋼管保護(hù)，且應(yīng)與屋頂上的避雷帶進(jìn)行等電位連接。還必須將洗手間現(xiàn)有的各種金屬設(shè)備，例如散熱器、金屬排水器、鋼材管道等導(dǎo)電物體和等電位裝置連接，遭遇雷擊后，雷電流就會(huì)順利導(dǎo)泄。

最后我們希望，太陽能熱水設(shè)備的防雷措施如果能夠在建筑設(shè)計(jì)、安裝施工中進(jìn)行充分調(diào)研和設(shè)計(jì)，那么太陽能的利用將會(huì)變成我國(guó)新能源史上的有一華美篇章。

參考文獻(xiàn)：

[1] 師宇騰.太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用學(xué)科.電源技術(shù)，2012.2（16）.

[2] 董振利.雷電災(zāi)害控制與預(yù)防[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2007（32-36）.

[3] 劉志強(qiáng).自然災(zāi)害分析與防雷[D].北京：北方工業(yè)大學(xué)，2011（3-5）.