Les emplacements éloignés, les vastes aménagements et les surfaces exposées des centrales solaires photovoltaïques (PV) les rendent très vulnérables aux risques environnementaux, en particulier aux orages électriques. L’un des risques les plus importants concerne les dommages causés par la foudre directe ou indirecte, qui peuvent entraîner des temps d’arrêt prolongés du système, une panne de l’onduleur et d’importantes pertes de revenus.
Pour atténuer ces risques, il est crucial d’installer des dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) pour les systèmes solaires photovoltaïques à des points stratégiques, notamment l’onduleur solaire et les boîtes de jonction des panneaux. Ces solutions de protection contre les surtensions solaires agissent comme une première ligne de défense, empêchant les surtensions destructrices d'endommager les équipements sensibles.
Les systèmes photovoltaïques fonctionnent dans des conditions spécifiques qui nécessitent des dispositifs de protection contre les surtensions photovoltaïques spécialement conçus pour les applications CC haute tension, souvent jusqu'à 1 500 V. Contrairement aux systèmes AC, l’environnement DC dans les panneaux solaires est continu et présente des défis uniques.
Pour choisir le SPD approprié pour votre système solaire photovoltaïque, tenez compte des facteurs critiques suivants :
La densité des éclairs dans la zone d'installation
La plage de température de fonctionnement du système
La tension nominale CC du système (souvent jusqu'à 1 500 V)
Le courant de court-circuit (Isc) du générateur photovoltaïque
Le type d’exposition aux surtensions (foudre transitoire, directe ou indirecte)
Le courant de décharge nominal requis (In) et la classe de protection (par exemple Type 1+2 SPD)
Pour garantir une protection efficace, le niveau de protection en tension (Up) du SPD sélectionné doit être inférieur d'au moins 20% à la rigidité diélectrique de l'équipement connecté, tel que l'onduleur ou le boîtier de combinaison.
La mise en œuvre d’une bonne protection contre la foudre pour l’énergie solaire photovoltaïque n’est pas seulement une mesure de sécurité : elle est essentielle pour maintenir la disponibilité du système, prolonger la durée de vie des équipements et protéger votre investissement dans les énergies renouvelables.
Il est important d'utiliser un SPD avec un courant de tenue aux courts-circuits supérieur au courant de court-circuit de la chaîne de panneaux solaires à laquelle le SPD est connecté. Le SPD fourni sur la sortie CC doit avoir un MCOV CC égal ou supérieur à la tension maximale du système photovoltaïque du panneau.
Lorsqu'un éclair frappe au point A (voir Figure 1), le panneau solaire photovoltaïque et l'onduleur risquent d'être endommagés. Seul l'onduleur sera endommagé si la foudre frappe au point B. Cependant, l'onduleur est généralement le composant le plus coûteux d'un système photovoltaïque, c'est pourquoi il est essentiel de sélectionner et d'installer correctement le SPD approprié sur les lignes AC et DC. Plus la gâche est proche de l'onduleur, plus l'onduleur sera endommagé.
Des dispositifs de protection contre les surtensions sont installés sur les côtés DC et AC des onduleurs centraux et string, dans les boîtiers de combinaison et pour protéger les lignes de signaux (mesures et communications). En fonction de l'exposition atmosphérique de l'installation photovoltaïque à la foudre, les entrepreneurs et concepteurs d'ingénierie, d'approvisionnement et de construction (EPC) peuvent prescrire soit des SPD CEI standard de type 2 (impact indirect 8/20 μs), soit des SPD de type 1+2 plus robustes (testés pour résister aux impacts directs de la foudre sous une forme d'onde de 10/350 μs).
La protection côté CC au niveau des boîtiers de combinaison et des onduleurs a généralement une configuration sur rail DIN à connexion en Y afin de fournir une protection en mode commun et différentiel.
Du côté AC, une protection contre les surtensions de l'onduleur est également requise. Que ce soit au niveau de l'onduleur lui-même ou du boîtier de combinaison CA, l'exposition aux surtensions est généralement traitée en utilisant des SPD standard de type 2 sur rail DIN dans les configurations TN S, IT ou même TT.
De plus, en fonction de l'installation photovoltaïque, le type 1+2 AC peut être privilégié dans certains cas par les entrepreneurs et concepteurs EPC, afin d'obtenir une durée de vie plus longue pour les SPD et même une protection là où les conditions sont plus difficiles en termes d'impact direct de la foudre attendu. Ce sera généralement le cas dans les zones présentant un niveau isocéraunique très élevé, souvent associé à des altitudes élevées.
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