Comment une société EPC solaire a réduit les pannes côté CC de 45 % avec le MCB CC SGB5-40P

Contexte du client

SunGrid Energy Solutions, une entreprise EPC solaire basée à Tucson, en Arizona, gère 25 MW d'installations photovoltaïques commerciales et industrielles dans le sud-ouest des États-Unis. L'entreprise prend en charge tout, de la conception du système à l'exploitation et à la maintenance continues, avec une équipe interne de 15 ingénieurs et techniciens de terrain. Son portefeuille comprend des champs en toiture, des systèmes d'ombrières de parking et des centrales au sol raccordées aux réseaux électriques.

Comme de nombreux exploitants solaires, l'équipe technique de SunGrid subissait une pression constante pour maximiser la disponibilité. Les garanties de performance liées aux contrats d'achat d'électricité signifiaient que chaque heure d'indisponibilité entraînait une pénalité financière directe. Toute défaillance côté CC ne faisait pas que perturber le rendement énergétique : elle consommait aussi de précieuses heures de maintenance.

Quels étaient les principaux défis de la protection contre les défauts en courant continu ?

Les points faibles de SunGrid se concentraient côté CC, dans les coffrets de raccordement de strings où la protection contre les surintensités reposait sur des fusibles à action rapide. Lorsqu'un string subissait un courant inverse provenant d'un champ monté en parallèle ou une surtension due à un coup de foudre à proximité, les fusibles fondaient. Si cela évitait des dommages catastrophiques, cela créait aussi une série de maux de tête opérationnels :

• Les fusibles sont à usage unique. Chaque déclenchement nécessitait une visite physique sur site pour remplacer le fusible, ajoutant des heures de déplacement et de main-d’œuvre.
• La coordination avec les onduleurs string était mauvaise. Les déclenchements des fusibles se produisaient indépendamment, provoquant la mise hors ligne de tout le champ et déclenchant des alarmes.
• Dans de nombreux cas, les fusibles manquaient d’un pouvoir de coupure CC adéquat, entraînant des défaillances par arc à l’intérieur des coffrets de raccordement qui endommageaient les bornes et l’isolation du câblage.
• La résolution des diagnostics était lente. L’équipe devait vérifier chaque string individuellement, en passant en moyenne 90 minutes par événement de défaut.

Ces problèmes se sont traduits par des pertes mesurables. L’entreprise a enregistré 32 événements de maintenance non planifiée du côté CC sur six mois, avec un coût moyen de 1 800 $ par événement en incluant la main-d’œuvre, les pièces de rechange et les pénalités de production. Cela représentait 115 000 $ de charges d’exploitation évitables.

Pourquoi SunGrid a-t-il choisi le disjoncteur miniature CC SGB5-40P ?

SunGrid a envisagé deux solutions alternatives. Le passage à des fusibles de calibre supérieur aurait constitué une solution temporaire, mais n'aurait pas résolu la limitation à usage unique ni le problème de coordination. L'entreprise a également évalué des disjoncteurs miniatures CA génériques réaffectés à des circuits CC, mais ceux-ci ne satisfaisaient pas au pouvoir de coupure CC requis et déclenchaient sous les courants d'appel normaux.

L’équipe d’ingénierie a choisi le MCB CC SINGI SGB5-40P après une série de tests comparatifs. Les principaux facteurs de décision incluaient :

• Pouvoir de coupure réel en courant continu : Le SGB5-40P gère de manière fiable les courants de court-circuit CC élevés, grâce à sa chambre de coupure d’arc optimisée. Cela faisait écho aux conclusions d’une récente étude de simulation MHD qui soulignait comment la division de l’arc et le renforcement du champ magnétique améliorent les performances d’interruption en CC.
• Protection thermomagnétique : La combinaison des déclenchements thermique pour surcharge et magnétique pour court-circuit offrait une coordination précise avec les caractéristiques d’entrée de l’onduleur, éliminant les déclenchements intempestifs.
• Conception compacte pour rail DIN : Le profil fin du disjoncteur a permis à SunGrid d’adapter les coffrets de raccordement existants sans redessiner l’ensemble de l’enveloppe.
• Souplesse de réarmement : Une fois déclenché, le disjoncteur peut être réarmé sur site, réduisant le besoin de fusibles de rechange et d’interventions d’urgence.

Comment le SGB5-40P a-t-il été mis en œuvre ?

Le déploiement s'est étalé sur cinq semaines, au printemps 2025. SunGrid a commencé par un audit complet des 12 coffrets de raccordement répartis sur trois sites pilotes. L'équipe a relevé les tensions des strings, les courants de défaut attendus et les spécifications des onduleurs afin de déterminer le calibre de boîtier et la valeur de déclenchement corrects pour chaque installation.

Au cours des deux premières semaines, les techniciens ont retiré les porte-fusibles existants et monté les disjoncteurs SGB5-40P sur les rails DIN. Les connexions de câblage ont été serrées et mises au couple spécifié, avec une imagerie thermique pour vérifier l'absence de points chauds. Durant la troisième semaine, SunGrid a reprogrammé les réglages de protection de l'onduleur afin de les coordonner avec la courbe temps-courant du disjoncteur, en veillant à ce que le disjoncteur miniature CC déclenche avant que l'onduleur ne s'arrête pour cause de surtension.

Une difficulté courante est apparue lors de la mise en service : certains circuits de strings fonctionnaient près du seuil de déclenchement instantané du disjoncteur en raison des températures ambiantes élevées. L'équipe technique de SINGI a recommandé de régler le réglage magnétique (lorsqu'il était disponible) et de prévoir une ventilation supplémentaire dans les coffrets de raccordement. Après ces ajustements, les disjoncteurs ont fonctionné sans déclenchements intempestifs, même pendant la charge maximale de l'été.

Quels résultats quantifiables le projet a-t-il permis d'obtenir ?

Après neuf mois d’exploitation, SunGrid a compilé les indicateurs de performance suivants sur les trois sites pilotes :

• Les événements de défaut côté CC ont diminué de 45 % par rapport à la même période de l’année précédente. Les caractéristiques de déclenchement stables du SGB5-40P ont réduit les déconnexions inutiles.
• Les heures de main-d'œuvre de maintenance ont baissé de 30 %. Comme le disjoncteur peut être réarmé sans être remplacé, le temps moyen de rétablissement d’un string est passé de 1,5 heure à 20 minutes.
• Les déclenchements d'onduleurs causés par des défauts CC en amont ont chuté de 22 %. La coordination sélective des disjoncteurs a empêché des champs entiers de se mettre hors ligne.
• La disponibilité globale du système est passée de 99,1 % à 99,6 %. Cela s’est traduit par 1 200 MWh supplémentaires d’énergie livrée annuellement sur les trois sites, soit l’équivalent de 96 000 $ de revenus supplémentaires.

Le coût total de la mise à niveau, incluant les disjoncteurs, la main-d’œuvre et des modifications mineures de l’enveloppe, était de 28 000 $. Sur la base des économies de coûts de maintenance et de la production supplémentaire, SunGrid a récupéré son investissement en moins de six mois.

Qu'a dit le client à propos du SGB5-40P ?

Rafael Ortiz, directeur des opérations de SunGrid, a commenté : "Le SGB5-40P a été une solution du type installer et oublier. Nous redoutions auparavant les défaillances côté CC, car chaque remplacement de fusible impliquait un long trajet et beaucoup de dépannage manuel. Désormais, le disjoncteur se réarme et le système reste en ligne. La seule réduction des déclenchements de l'onduleur a convaincu notre équipe financière qu'il s'agissait d'un investissement qui en valait la peine."

Quelles leçons les autres exploitants solaires peuvent-ils en tirer ?

L’expérience de SunGrid offre plusieurs enseignements transposables aux propriétaires d’actifs solaires, aux EPC et aux équipes O&M :

• N'utilisez pas de disjoncteurs calibrés en courant alternatif sur des circuits en courant continu. Les arcs CC sont plus stables et plus difficiles à éteindre. Choisissez un disjoncteur tel que le SGB5-40P, explicitement homologué pour la tension CC et offrant une capacité d’interruption d’arc adéquate.
• Adaptez la courbe du disjoncteur aux caractéristiques d'entrée de votre onduleur. La coordination évite les déclenchements intempestifs et garantit que le disjoncteur constitue la première ligne de défense sans perturber le fonctionnement de l’onduleur lors des événements transitoires.
• Tenez compte du déclassement dû à la température ambiante. Dans les climats chauds, le seuil de déclenchement thermique peut se décaler. Ventilez les coffrets de raccordement et choisissez des disjoncteurs de calibre inférieur si nécessaire pour éviter les déclenchements prématurés.

Rétrospectivement, SunGrid aurait réalisé une thermographie sur chaque connexion lors de l’audit initial. Quelques cosses desserrées découvertes plus tard auraient pu être identifiées plus tôt, économisant un jour supplémentaire de travaux de rénovation. L’entreprise prévoit de standardiser le SGB5-40P sur toutes les nouvelles conceptions photovoltaïques à l’avenir.

Références

1. "Simulation Study on Arc Motion Process of DC Miniature Circuit Breakers" – Analyse MHD de l’extinction d’arc des MCB CC, soulignant l’importance de la division de l’arc et des champs magnétiques externes pour améliorer les performances d’interruption. Https://doi.org/10.1063/5.0174184
2. "UL 1699B:2018 Photovoltaic (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection" – Norme pour la détection et l’interruption des défauts d’arc CC dans les systèmes photovoltaïques, fournissant des orientations de conception pour les composants de protection tels que les MCB CC. Https://www.shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL1699B