Protection contre les surtensions pour les systèmes solaires photovoltaïques

Les emplacements éloignés, les surfaces exposées et l’étendue des centrales solaires les exposent à un risque élevé de dommages causés par les éléments, en particulier les orages électriques. Une préoccupation importante pour les exploitants de centrales photovoltaïques (PV) concerne les dommages aux équipements causés par la foudre directe ou indirecte. Les dommages causés par ces événements peuvent mettre une installation photovoltaïque hors ligne pendant des jours, voire des semaines, entraînant une interruption de l'alimentation électrique et des pertes de revenus. Pour éviter les effets destructeurs de la foudre,une protection contre les surtensions doit être installée au niveau de l'onduleur et à divers autres endroits de l'installation photovoltaïque.

Sélection et installation de dispositifs de protection contre les surtensions pour les systèmes photovoltaïques

Les systèmes photovoltaïques ont des caractéristiques uniques, qui nécessitent donc l'utilisation de SPD spécialement conçus pour les systèmes photovoltaïques.

Les systèmes photovoltaïques ont des tensions continues élevées pouvant atteindre 1 500 volts. Leur point de puissance maximale fonctionne à quelques centiles seulement en dessous du courant de court-circuit du système.

Pour déterminer le module SPD approprié pour le système PV et son installation, vous devez savoir :

– la densité des éclairs ronds ;

– la température de fonctionnement du système ;

– la tension du système ;

– le courant nominal de court-circuit du système ;

– le niveau de forme d'onde contre lequel il faut se protéger (foudre indirecte ou directe) ; et

– le courant nominal de décharge

Pour avoir un effet protecteur, le niveau de protection contre la tension d'un SPD (Up) doit être inférieur de 20 % à la rigidité diélectrique de l'équipement terminal du système.

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.

SPD latéraux DC et AC pour boîtiers de combinaison et onduleurs

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.