Pourquoi votre système PV a besoin d’un parafoudre SPD CC

Pourquoi les systèmes PV ont-ils besoin d'une protection dédiée contre les surtensions CC ?

Les champs photovoltaïques sont installés à l’extérieur, sur des toits ou en plein champ, ce qui les expose à l’activité des rayons et aux transitoires de commutation du réseau. Le côté CC d’un système solaire fonctionne à des niveaux de tension élevés — 500 V, 1000 V ou 1500 V — et toute surtension transitoire peut solliciter l’isolation, endommager les semi-conducteurs et réduire la durée de vie des onduleurs et des autres équipements électroniques. Contrairement aux systèmes CA, les arcs CC sont plus difficiles à éteindre, de sorte qu’une surtension qui franchit l’entrée de l’onduleur peut provoquer une défaillance catastrophique.

Un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) CC dédié constitue la première ligne de défense. Le SGS5-40P DC SPD de SINGI est conçu pour détecter les pics de surtension et les dériver vers la terre, en limitant la tension qui atteint les équipements en aval. Sans une telle protection, les coûts de réparation et les temps d’arrêt peuvent dépasser l’investissement initial. La norme internationale IEC 61643-11:2011 définit les exigences de performance et d’essai pour les parasurtenseurs basse tension, offrant une référence pour une protection CC fiable dans les systèmes photovoltaïques.

Qu'est-ce qui provoque des surtensions transitoires dans les champs photovoltaïques ?

Les surtensions transitoires dans les champs PV proviennent de plusieurs sources :

• Coups de foudre directs : Un impact de foudre sur la zone du champ peut injecter des courants élevés dans le câblage, créant d’importantes différences de potentiel entre les équipements.
• Foudre indirecte : Les impacts proches induisent des tensions dans les longs câbles CC par couplage électromagnétique.
• Manœuvres de commutation : La commutation de l’onduleur, les manœuvres des disjoncteurs du réseau ou l’actionnement des fusibles peuvent générer des transitoires de front
• Élévation du potentiel de terre : Lorsque la foudre se dissipe dans la terre, une élévation temporaire du potentiel de terre peut apparaître sur les conducteurs négatifs CC ou de mise à la terre.

Chacun de ces événements peut créer des pointes de tension qui dépassent la capacité de tenue des modules photovoltaïques, des coffrets de raccordement et des étages d’entrée des onduleurs. Le SGS5-40P traite ces risques en limitant la tension de surtension à un niveau sûr et en dissipant l’énergie sans interrompre le fonctionnement normal.

Comment le SGS5-40P comble-t-il les lacunes de protection courantes ?

Le Parasurtenseur SPD CC SGS5-40P est un parasurtenseur de type 2 conçu pour les applications photovoltaïques. Il est installé côté CC, entre le générateur photovoltaïque et l’onduleur. L’appareil surveille en permanence la tension à ses bornes. Lorsqu’un transitoire dépasse le seuil de la varistance, celle-ci devient un chemin de faible impédance et conduit le courant de surtension vers la terre. Une fois le transitoire passé, elle revient automatiquement à son état de haute impédance, prête pour l’événement suivant.

Principales caractéristiques de conception du SGS5-40P comprennent un courant de décharge nominal de 40 kA (In), un niveau de protection à faible tension (Up) et un sectionneur thermique qui isole la varistance en cas de surcharge prolongée ou de fin de vie. L’appareil comprend également un indicateur d’état visuel, permettant aux équipes de maintenance de vérifier le fonctionnement d’un seul coup d’œil. Conforme à la fois à l’IEC 61643-11 et à l’UL 1449, le SGS5-40P répond aux exigences des principaux marchés photovoltaïques d’Europe, d’Amérique du Nord et d’Asie.

Le tableau ci-dessous compare les trois types de SPD courants utilisés dans les systèmes photovoltaïques, aidant les acheteurs à comprendre pourquoi un dispositif de Type 2 comme le SGS5-40P convient à la plupart des projets de production décentralisée.

La plupart des chaînes photovoltaïques subissent davantage de surtensions de commutation et induites que de pénétrations directes de foudre ; c'est pourquoi un parasurtenseur de type 2 avec 40 kA de courant de décharge nominal offre un bon équilibre entre coût et protection. Le SGS5-40P est dimensionné pour cet usage.

Quels paramètres d'un SPD sont les plus importants pour les applications CC ?

Lorsqu'ils spécifient un parasurtenseur CC pour un système photovoltaïque, les ingénieurs doivent évaluer plusieurs paramètres pour garantir une adéquation correcte avec la configuration du champ :

• Tension de service continue maximale (Ucpv) : Doit être supérieure à la tension maximale en circuit ouvert de la chaîne photovoltaïque à la température minimale prévue.
• Courant de décharge nominal (In) : Représente le courant de surtension que le parasurtenseur peut supporter plusieurs fois. Le SGS5-40P fournit 40 kA par pôle, ce qui convient à la plupart des systèmes photovoltaïques distribués.
• Courant de décharge maximal (Imax) : Une valeur nominale de courant de crête pour un événement unique ; le SGS5-40P fournit jusqu'à 120 kA dans les implémentations standard (à vérifier selon la variante du modèle).
• Niveau de protection de tension (Up) : La tension résiduelle qui apparaît aux bornes du parasurtenseur pendant une surtension. Elle doit être inférieure à la tension de tenue aux chocs du matériel protégé.
• Déconnexion thermique : Protège la varistance contre l'emballement thermique si elle se dégrade. Le SGS5-40P l'intègre dans sa conception de sécurité.

Dans les systèmes photovoltaïques, les conducteurs positif et négatif sont tous deux exposés ; le SGS5-40P est donc configuré comme un dispositif à 2 ou 4 pôles selon le schéma de mise à la terre du champ. L' SINGI équipe technique peut recommander la configuration de polarité correcte et l'option de signalisation à distance pour chaque projet.

Comment le SGS5-40P doit-il être installé et entretenu ?

Une installation correcte est aussi importante que le dispositif lui-même. Le SGS5-40P DC SPD doit être placé le plus près possible de l’onduleur ou du coffret de raccordement, avec la longueur de conducteur la plus courte possible jusqu’à la barre de terre. Utilisez des câbles dimensionnés pour le courant de surtension prévu et maintenez séparés les fils d’entrée et de sortie afin d’éviter tout couplage. Le parasurtenseur doit être protégé côté CC par des fusibles ou des disjoncteurs appropriés, conformément à l’IEC 62548:2016, qui exige une protection contre les surtensions lorsque le champ photovoltaïque est exposé à la foudre.

L’inspection régulière doit inclure la vérification de l’indicateur d’état — vert signifie que la varistance est en bon état ; rouge ou jaune signale une fin de vie. La fonction de déconnexion thermique sépare physiquement la varistance du circuit, laissant le système électriquement sûr mais sans protection. Remplacez immédiatement le parasurtenseur lorsque l’indicateur change. Une stratégie de remplacement proactive tous les 5–8 ans, selon la fréquence des surtensions, permet de maintenir la résilience du système photovoltaïque.

Références

[1] IEC 61643-11:2011. Dispositifs de protection contre les surtensions basse tension — Partie 11 : Parasurtenseurs connectés aux réseaux d'alimentation basse tension — Exigences et méthodes d'essai. [S].

[2] UL 1449. Norme pour les dispositifs de protection contre les surtensions. [S]. 2021.

[3] IEC 62548:2016. Champs photovoltaïques (PV) — Exigences de conception. [S].