民用太阳能热水系统雷电灾害分析和防雷技术

龙敬朝　李德昌　陈晓林

摘 要：近些年来，民用太阳能热水器已经走进寻常百姓家，在日常生活中得到了广泛应用。但对我国南方大部分城市来说，由于这些城市地处雷雨多发地带，如果流入到这些城市的民用太阳能热水器存有雷电隐患，后果将不堪设想。本文希望结合民用太阳能热水器系统雷电灾害分析，同时提出几种可行的防雷技术手段。在全民提倡环保建设的大背景下，太阳能作为新兴、可循环使用的清洁能源，它的大批使用将会减少全世界人口对天然气、电、燃煤甚至汽油的依赖。我们必须保证太阳能系统的安全使用，首先就应该从雷电灾害以及防雷手段进行入手，特别是太阳能热水器在民用中的使用金属配件，一般都是需要安装在楼房最顶端，对这部分的防雷处理尤为重要。

关键词：太阳能热水器；直击雷防护装置；防雷

一、民用太阳能热水器应用现状

太阳能热水器作为传统的电热水器、燃气热水器的更新替代品，通过近年来的实践与改良已经走进了千家万户，而这种新兴电气的使用又具备了节能、环保、低廉等优势从而受到社会各界的高度重视。

太阳能没有地域的局限，可以认为太阳能无所不在，而且便于采集。并且开发、采集过程并不需要以破坏大自然为代价，同时太阳能也是世界上最取之不尽用之不竭的能量。但新科技有时候也是把双刃剑，伴随着民用太阳能的普及，雷击太阳能热水器导致人受伤、死亡以及设备报废的案件也屡有发生。

雷电作为自然现象中一种较为复杂的放电现象，瞬间可高达数千万伏电压，虽然现有的科技手段无法做到对雷电进行利用，但特别是在实际生活中我们必须加强预防防护手段，从而避免雷电灾害的发生。所以说，如何根据现有的防雷技术来减少民用太阳能热水系统带来的伤害和雷击事故，成了太阳能业需要探索的课题之一。

二、民用太阳能热水系统雷电灾害分析

自上世纪90年代至今，我国平均发生雷电灾害次数为1886次/年，而且这个数据大有上扬的走向，其中据不完全统计，這个数据中又有百分之二十是由于太阳能热水器不正确使用而引发的悲剧。

而在我国雷电灾害的高发区西南地区及东南沿海，年平均雷电天气竟然高达45天以上。而民用太阳能热水系统目前市场上绝大部分都是金属外壳，很多安装人员为了方便不顾及使用中会发生的各种情况，一部分人会将太阳能热水器安装在避雷设备保护区域之外，有些人甚至为了安装方便，对金属外壳做不到完全接触地面，这样就增加了遭受雷击伤害的概率[ 1 ] 。

我们知道，太阳能安装在楼房顶端，有的甚至超过了房顶的避雷针高度，这种安装使得民用太阳能热水系统几乎毫无隐藏的暴露在了雷击范围中，如果楼房不幸遭受雷击伤害，太阳能热水器将会率先被损坏，甚至还会通过下水管、数据线、加热线、导管等设备直接将雷电传导到居民家中，后果不堪设想。另外，大面积的太阳能电池板铺满了建筑物的最高处，新兴的光伏屋顶，由于包含水电系统，毫无悬念的成为了雷电的载体与导体。

另外，除了对自然灾害的物理防控分析，我们不能忽略自然天气带来的挑战。特别是前面提到的西南地区及东南沿海受到空气及季节特点的影响，极端天气特别是雷雨天气过多，怎样将太阳能与最新的避雷手段最大化融合在一起，是日后我们最需要研究的课题[ 2 ]。

三、避免雷电灾害及防雷措施

我们知道，太阳能热水系统的主要工作原理是由太阳能电池组件陈列、逆变器、用户负荷等构成。另外，通过前面讲到的案例及数据，我们不难得到一些较为使用的避免雷电灾害及防雷的措施。具体如下：

首先，要确保在安装民用太阳能热水系统的时候，必须要求安装高度高于避雷针，并确保安装范围在避雷带的保护区域内，坚决杜绝热水器成为引雷针，并且在民用太阳能系统比较集中的地区域应该增设避雷针。

其次，社区宣传平台及政府宣传媒体应该加大宣传力度，通过宣传片、知识手册、宣传画等多渠道来向公众介绍太阳能热水系统的正确使用方式，坚决避免在雷电等极端天气还在继续使用设备，同时应该向广大群众通过各种热水器伤人的案件来告诫人们，从雷电电磁脉冲和直击雷防护角度进行告知，在安装的时候必须做到太阳能热水器室外、室内部分均与内墙主筋进行等电位联结的方式，消除洗浴室设备之间的电位差，将引入室内的雷电流威胁降至最低。

另外，必须考虑到太阳能热水器进入室内的电源线、传感信号线在有条件的情况下，应该增设灵敏度较高的电子避雷带，从而最大程度上阻断进入室内的雷电通道。

换而言之，如果空间限制不到规定的安全距离，那就应该做到建筑顶端的民用太阳能热水系统的金属高位水箱外壳、支架等连接部位，应该在安装时与避雷网进行焊接方式的连接。

经过市场调研，相当一部分的太阳能热水系统品牌不锈钢板仅为0.25～0.3mm，这种情况下坚决不可直接作为接闪器，我们可以在支架边上安装高于水箱一定长度的避雷带，从而实现热水系统与避雷带可靠连接。

最后，不能忽略防雷专业部门的检验、检测，只有在确定该房屋具备合格的避雷针、避雷带时候，才可以进行安装[ 3 ]。

四、结语

综上所述，我们只有保证民用太阳能热水系统在安装过程中遵循规范，做好接地处理并做好和避雷带、避雷针等避雷设备的电位连接。

如果实践中的太阳能热水器仍不在避雷带保护范围内，我们也可以通过从电源线和信号线的屏蔽及等电位联结两个重要环节来设计施工。外露的电源线、信号线应穿钢管保护，且应与屋顶上的避雷带进行等电位连接。还必须将洗手间现有的各种金属设备，例如散热器、金属排水器、钢材管道等导电物体和等电位装置连接，遭遇雷击后，雷电流就会顺利导泄。

最后我们希望，太阳能热水设备的防雷措施如果能够在建筑设计、安装施工中进行充分调研和设计，那么太阳能的利用将会变成我国新能源史上的有一华美篇章。

参考文献：

[1] 师宇腾.太阳能热水系统应用学科.电源技术，2012.2（16）.

[2] 董振利.雷电灾害控制与预防[D].合肥：合肥工业大学，2007（32-36）.

[3] 刘志强.自然灾害分析与防雷[D].北京：北方工业大学，2011（3-5）.