Un guide complet sur la sélection des dispositifs de protection contre les surtensions solaires (SPD solaires)

La protection contre les surtensions n’est pas seulement une précaution : c’est un élément essentiel d’un système solaire photovoltaïque (PV) bien conçu. Avec l’adoption croissante de l’énergie solaire dans le monde, il est plus essentiel que jamais de protéger ces précieux systèmes contre les transitoires électriques. Ce guide vous expliquera tout ce que vous devez savoir sur les dispositifs de protection contre les surtensions solaires (SPD solaires) : ce qu'ils sont, pourquoi ils sont importants et comment choisir celui qui convient à votre système.

1. Que sont les dispositifs de protection contre les surtensions solaires (SPD solaires) ?

Un dispositif de protection contre les surtensions solaires (Solar SPD) est un composant électrique de protection conçu pour détourner ou absorber les événements de surtension transitoires, tels que les coups de foudre ou les opérations de commutation, avant qu'ils ne puissent endommager les équipements solaires sensibles. Ces dispositifs sont installés à des endroits clés d'un système solaire photovoltaïque, notamment au niveau du boîtier de combinaison CC, de l'onduleur photovoltaïque et du panneau de distribution CA.

Les SPD solaires sont classés par réponse de forme d'onde, capacité de décharge et emplacement d'installation. Ils utilisent généralement des composants tels que des varistances à oxyde métallique (MOV), des tubes à décharge gazeuse (GDT) et des diodes de suppression de tension transitoire (TVS) pour se protéger contre les événements de surtension.

2. Pourquoi avez-vous besoin de dispositifs de protection contre les surtensions solaires ?

Les surtensions constituent une menace importante pour les systèmes solaires. Voici pourquoi la protection contre les surtensions est indispensable :

Risques de foudre et de surtension de commutation

• Les coups de foudre directs peuvent injecter des impulsions de haute énergie (forme d'onde de 10/350 µs) directement dans les panneaux photovoltaïques, provoquant des dommages catastrophiques.
• La foudre indirecte ou le couplage électromagnétique (forme d'onde 8/20 µs) propagent les surtensions à travers les longs câbles, endommageant les onduleurs, les contrôleurs et les systèmes de surveillance.
• Les opérations de commutation du réseau provoquent des transitoires de tension provenant des batteries de condensateurs ou un délestage de charge, qui se reflètent dans la connexion CA.

Améliorer la fiabilité et prolonger la durée de vie des équipements

• Les surtensions mettent à rude épreuve les composants internes, même si aucune défaillance immédiate ne se produit.
• Les transitoires répétés dégradent l'isolation et réduisent le temps moyen entre pannes (MTBF).
• Utiliser correctement SPD CC pour l'énergie solaire assure une protection contre les surtensions photovoltaïques qui maintient les systèmes en ligne et efficaces pendant des années.

Améliorer la sécurité électrique

• Les surtensions peuvent provoquer des arcs électriques, des ruptures d’isolation et même des incendies.
• Un dispositif de protection contre les surtensions solaires de haute qualité limite les surtensions à des niveaux inférieurs à la capacité de tenue des appareils connectés.

Conformité aux normes

• Les normes UL 1449, CEI 61643-31 et CEI 62109 définissent les exigences en matière de classification, de test et d'installation des SPD pour les systèmes photovoltaïques.
• NEC 690.7(C) et NFPA 780 exigent des SPD pour les systèmes photovoltaïques, en particulier dans les zones extérieures exposées.

Intégration LPZ (zones de protection contre la foudre)

• Le concept de zone de protection contre la foudre (LPZ) permet de déterminer où et quel type de parafoudre doit être installé.
• Les SPD de type 1 sont destinés à la protection des limites (LPZ 0 à LPZ 1), tandis que les types 2 et 3 couvrent les zones internes.

Pour un aperçu plus large de la manière dont la protection contre les surtensions protège les systèmes photovoltaïques contre la foudre et les perturbations du réseau, consultez notre guide de base :
👉 Protection contre les surtensions pour les systèmes solaires photovoltaïques.

3. Comment choisir le bon SPD solaire

Cette section est au cœur de votre processus de prise de décision. Décomposons les critères les plus importants que les ingénieurs et les spécialistes des achats devraient prendre en compte.

3.1 Comment faire correspondre les SPD avec votre système PV

3.1.1 Niveau de tension (Ucpv)

Votre dispositif de protection contre les surtensions solaires doit être conçu pour la tension maximale du système. Toujours:

• Faites correspondre le MCOV (tension de fonctionnement maximale continue) à au moins 10% au-dessus du Voc (tension de circuit ouvert) du système.
• Par exemple, dans un système photovoltaïque de 1 000 V, choisissez des SPD évalués à 1 100 V ou plus pour garantir une marge appropriée et une stabilité à long terme.
• Utilisez un SPD DC pour l'énergie solaire du côté DC et des SPD AC pour les connexions au réseau.

3.1.2 Structure du système

Différentes architectures système nécessitent différentes configurations SPD :

• Onduleurs de chaîne : SPD près de l'onduleur, entrée CC et sortie CA.
• Onduleurs centraux : utilisez un SPD de type 1 à proximité du sectionneur principal.
• MPPT multiples : chaque tracker peut nécessiter un Parafoudre de type 2.
• Systèmes PV flottants ou non mis à la terre : SPD en configuration Y ou protection symétrique du + et du – à la terre.

3.2 Paramètres clés de performance du SPD à évaluer

Assurez-vous que ces paramètres correspondent à la densité des éclairs de votre installation, au niveau de courant de défaut et à la résistance de l’isolation du système.

3.3 Types de SPD expliqués (Type 1, 2, 3, 1+2)

Vous ne savez pas en quoi les types 1, 2 et 3 diffèrent en termes de fonctionnalités, de réponse de forme d'onde et de cas d'utilisation ? Nous avons couvert le principales différences entre les parasurtenseurs de type 1, de type 2 et de type 3 dans un blog comparatif détaillé pour vous aider à faire le bon choix.

Utilisez des dispositifs de protection contre les surtensions solaires de type 1 si le système photovoltaïque est connecté à un système de protection contre la foudre externe (LPS) avec une distance de séparation insuffisante (conformément à la norme CEI 62305-3).

3.4 Comment garantir la sécurité du SPD et la longévité du produit

• Choisissez des SPD avec sectionneurs thermiques intégrés et indicateurs visuels de panne pour une surveillance de l'état en temps réel.
• Assurez-vous que la résistance aux courts-circuits est supérieure à l’Icc (courant de court-circuit) du système.
• Si le SPD n'inclut pas de protection interne contre les surintensités, installez toujours un fusible externe ou un disjoncteur en série.
• N'utilisez jamais de SPD CA du côté CC d'un système solaire photovoltaïque : cela peut entraîner un arc incontrôlé, une défaillance de composants ou même un incendie en raison de la nature continue du courant continu.

Comprendre la distinction entre la protection contre les surtensions CA et CC est essentiel pour éviter de telles applications inappropriées. Explorez les fondamentaux différences entre les SPD AC et DC et apprenez à sélectionner celui qui convient à votre système.

3.5 Conformité et tests

Recherchez ces marques et spécifications :

• UL 1449 5e édition (Amérique du Nord)
• CEI 61643-31 (SPD PV DC)
• CEI 61643-11 (SPD CA)
• CEI 62109-1/2 (Sécurité SPD intégrée à l'onduleur)
• Certification tierce : TÜV, CE, Intertek, ETL

3.6 Installation et maintenabilité

• Installez des SPD en amont de l'appareil protégé (entre le panneau et l'onduleur).
• Suivez la règle des 10 m, installez un SPD aux deux extrémités.
• Gardez la longueur du câble courte (<0,5 m idéalement), minimisez la zone de boucle.
• Étiquetez clairement tous les SPD et utilisez des indicateurs d’état ou des modules de surveillance.

3.7 Environnement d'application

• De plein air? Utilisez des SPD avec les boîtiers NEMA 4X / IP65+.
• Des climats rigoureux ? Recherchez une tolérance aux UV et aux températures élevées.
• Considérez les performances du SPD dans la plage de -40°C à +85°C.

3.8 Considérations relatives aux coûts

• Équilibrez coût et protection : ne sous-protégez pas un onduleur $10 000 pour économiser $30.
• Tenez compte du coût du cycle de vie : un SPD bon marché qui tombe en panne au bout de 2 ans coûte plus cher en temps d'arrêt.
• Comparez le cycle de remplacement du dispositif de protection contre les surtensions solaires, la période de garantie et la disponibilité.

3.9 Erreurs de sélection courantes à éviter

• Utilisation du type 2 lorsque le type 1 est requis
• Sélection du SPD AC pour les circuits DC
• Ignorer la densité du flash et la forme d'onde
• Aucune protection du côté AC du système
• Pas de coordination avec LPS (Lightning Protection System)
• Aucun indicateur visuel ni système de surveillance

4. Conclusion

Choisir le bon dispositif de protection contre les surtensions solaires n'est pas seulement une tâche de vérification : c'est une étape stratégique pour protéger votre investissement photovoltaïque, garantir une production d'énergie fiable et se conformer aux normes de sécurité.

En comprenant les types de dispositifs de protection contre les surtensions solaires, les mesures de performance, la compatibilité du système et les considérations environnementales, les ingénieurs techniques et les spécialistes des achats peuvent construire des systèmes photovoltaïques robustes qui résistent à l'épreuve du temps, de la foudre et de tout le reste.

Ne laissez pas votre système vulnérable. Choisissez le bon SPD solaire avec les bonnes certifications et spécifications et vous gagnerez en tranquillité d'esprit, en réalisant des économies à long terme et en bénéficiant d'une alimentation ininterrompue.