民用太陽能熱水系統雷電災害分析和防雷技術

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走進尋常百姓家，在日常生活中得到了廣泛應用。但對我國南方大部分城市來說，由于這些城市地處雷雨多發地帶，如果流入到這些城市的民用太陽能熱水器存有雷電隱患，后果將不堪設想。本文希望結合民用太陽能熱水器系統雷電災害分析，同時提出幾種可行的防雷技術手段。在全民提倡環保建設的大背景下，太陽能作為新興、可循環使用的清潔能源，它的大批使用將會減少全世界人口對天然氣、電、燃煤甚至汽油的依賴。我們必須保證太陽能系統的安全使用，首先就應該從雷電災害以及防雷手段進行入手，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，對這部分的防雷處理尤為重要。

關鍵詞：太陽能熱水器；直擊雷防護裝置；防雷

一、民用太陽能熱水器應用現狀

太陽能熱水器作為傳統的電熱水器、燃氣熱水器的更新替代品，通過近年來的實踐與改良已經走進了千家萬戶，而這種新興電氣的使用又具備了節能、環保、低廉等優勢從而受到社會各界的高度重視。

太陽能沒有地域的局限，可以認為太陽能無所不在，而且便于采集。并且開發、采集過程并不需要以破壞大自然為代價，同時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致人受傷、死亡以及設備報廢的案件也屢有發生。

雷電作為自然現象中一種較為復雜的放電現象，瞬間可高達數千萬伏電壓，雖然現有的科技手段無法做到對雷電進行利用，但特別是在實際生活中我們必須加強預防防護手段，從而避免雷電災害的發生。所以說，如何根據現有的防雷技術來減少民用太陽能熱水系統帶來的傷害和雷擊事故，成了太陽能業需要探索的課題之一。

二、民用太陽能熱水系統雷電災害分析

自上世紀90年代至今，我國平均發生雷電災害次數為1886次/年，而且這個數據大有上揚的走向，其中據不完全統計，這個數據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的悲劇。

而在我國雷電災害的高發區西南地區及東南沿海，年平均雷電天氣竟然高達45天以上。而民用太陽能熱水系統目前市場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發生的各種情況，一部分人會將太陽能熱水器安裝在避雷設備保護區域之外，有些人甚至為了安裝方便，對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的避雷針高度，這種安裝使得民用太陽能熱水系統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，太陽能熱水器將會率先被損壞，甚至還會通過下水管、數據線、加熱線、導管等設備直接將雷電傳導到居民家中，后果不堪設想。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，毫無懸念的成為了雷電的載體與導體。

另外，除了對自然災害的物理防控分析，我們不能忽略自然天氣帶來的挑戰。特別是前面提到的西南地區及東南沿海受到空氣及季節特點的影響，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、避免雷電災害及防雷措施

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

首先，要確保在安裝民用太陽能熱水系統的時候，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區域內，堅決杜絕熱水器成為引雷針，并且在民用太陽能系統比較集中的地區域應該增設避雷針。

其次，社區宣傳平臺及政府宣傳媒體應該加大宣傳力度，通過宣傳片、知識手冊、宣傳畫等多渠道來向公眾介紹太陽能熱水系統的正確使用方式，堅決避免在雷電等極端天氣還在繼續使用設備，同時應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角度進行告知，在安裝的時候必須做到太陽能熱水器室外、室內部分均與內墻主筋進行等電位聯結的方式，消除洗浴室設備之間的電位差，將引入室內的雷電流威脅降至最低。

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

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

經過市場調研，相當一部分的太陽能熱水系統品牌不銹鋼板僅為0.25～0.3mm，這種情況下堅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度的避雷帶，從而實現熱水系統與避雷帶可靠連接。

最后，不能忽略防雷專業部門的檢驗、檢測，只有在確定該房屋具備合格的避雷針、避雷帶時候，才可以進行安裝[ 3 ]。

四、結語

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

如果實踐中的太陽能熱水器仍不在避雷帶保護范圍內，我們也可以通過從電源線和信號線的屏蔽及等電位聯結兩個重要環節來設計施工。外露的電源線、信號線應穿鋼管保護，且應與屋頂上的避雷帶進行等電位連接。還必須將洗手間現有的各種金屬設備，例如散熱器、金屬排水器、鋼材管道等導電物體和等電位裝置連接，遭遇雷擊后，雷電流就會順利導泄。

最后我們希望，太陽能熱水設備的防雷措施如果能夠在建筑設計、安裝施工中進行充分調研和設計，那么太陽能的利用將會變成我國新能源史上的有一華美篇章。

參考文獻：

[1] 師宇騰.太陽能熱水系統應用學科.電源技術，2012.2（16）.

[2] 董振利.雷電災害控制與預防[D].合肥：合肥工業大學，2007（32-36）.

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