Protection contre les surtensions pour les systèmes photovoltaïques

Les installations photovoltaïques (PV) destinées à exploiter les énergies renouvelables sont très exposées aux décharges de foudre en raison de leur emplacement exposé et de leur grande surface.

Des dommages à des segments individuels ou la défaillance de l'ensemble de l'installation peuvent en être la conséquence.

Les courants de foudre et les surtensions endommagent souvent les onduleurs et les modules photovoltaïques. Ces dommages signifient plus de frais pour l'exploitant de l'installation photovoltaïque. Non seulement les coûts de réparation sont plus élevés, mais la productivité de l'installation est également considérablement réduite. Par conséquent, une installation photovoltaïque doit toujours être intégrée dans la stratégie de protection contre la foudre et de mise à la terre existante.

Pour éviter ces pannes, les stratégies de protection contre la foudre et les surtensions utilisées doivent interagir. Nous vous apportons le support dont vous avez besoin pour que votre installation fonctionne correctement et délivre le rendement attendu! C'est pourquoi vous devez protéger votre installation photovoltaïque d'éclairage et de protection contre les surtensions de LSP:

• Pour protéger votre bâtiment et votre installation PV
• Pour augmenter la disponibilité du système
• Pour protéger votre investissement

Normes et exigences

Les normes et directives en vigueur pour la protection contre les surtensions doivent toujours être prises en compte dans la conception et l'installation de tout système photovoltaïque.

Le projet de norme européenne DIN VDE 0100 partie 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (Montage de systèmes basse tension, exigences pour les équipements et installations spéciaux; systèmes d'énergie photovoltaïque) et les spécifications internationales d'installation pour les installations photovoltaïques - CEI 60364-7- 712 - tous deux décrivent la sélection et l'installation de la protection contre les surtensions pour les installations photovoltaïques. Ils recommandent également des dispositifs de protection contre les surtensions entre les générateurs PV. Dans sa publication de 2010 sur la protection contre les surtensions pour les bâtiments avec une installation photovoltaïque, l'Association des assureurs immobiliers allemands (VdS) exige une protection contre la foudre et les surtensions> 10 kW conformément à la classe de protection contre la foudre III.

Pour garantir la pérennité de votre installation, il va sans dire que nos composants sont entièrement conformes à toutes les exigences.

En outre, une norme européenne pour les composants de protection contre les surtensions est en préparation. Cette norme précisera dans quelle mesure la protection contre les surtensions doit être conçue du côté CC des systèmes PV. Cette norme est actuellement prEN 50539-11.

Une norme similaire est actuellement déjà en vigueur en France - l'UTE C 61-740-51. Les produits LSP sont actuellement testés pour la conformité aux deux normes afin qu'ils puissent fournir un niveau de sécurité encore plus élevé.

Nos modules de protection contre les surtensions de classe I et de classe II (parafoudres B et C) garantissent que les occurrences de tension sont rapidement limitées et que le courant est déchargé en toute sécurité. Cela vous permet d'éviter des dommages coûteux ou la possibilité d'une panne de courant complète dans votre installation photovoltaïque.

Pour les bâtiments avec ou sans systèmes de protection contre l'éclairage - nous avons le produit adapté à chaque application! Nous pouvons livrer les modules selon vos besoins - entièrement personnalisés et pré-câblés dans des boîtiers.

Déploiement de dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) dans les systèmes photovoltaïques

L'énergie photovoltaïque est une composante vitale de la production globale d'énergie à partir de sources d'énergie renouvelables. Un certain nombre de caractéristiques spéciales doivent être prises en compte lors du déploiement de dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) dans les systèmes photovoltaïques. Les systèmes photovoltaïques ont une source de tension continue, avec des caractéristiques spécifiques. Le concept du système doit donc prendre en considération ces caractéristiques spécifiques et coordonner l'utilisation des SPD en conséquence. Par exemple, les spécifications SPD pour les systèmes PV doivent être conçues à la fois pour une tension à vide maximale du générateur solaire (V_OC STC = tension du circuit déchargé dans les conditions de test standard) ainsi que pour garantir une disponibilité et une sécurité maximales du système.

Protection externe contre la foudre

En raison de leur grande surface et de leur emplacement d'installation généralement exposé, les systèmes photovoltaïques sont particulièrement exposés aux décharges atmosphériques - comme la foudre. À ce stade, il est nécessaire de faire la distinction entre les effets des coups de foudre directs et des coups dits indirects (inductifs et capacitifs). D'une part, la nécessité de la protection contre la foudre dépend des spécifications normatives des normes pertinentes et, d'une part, la nécessité de la protection contre la foudre dépend des spécifications normatives des normes pertinentes. En revanche, cela dépend de l'application elle-même, en d'autres termes, selon qu'il s'agit d'un bâtiment ou d'une installation de terrain. Avec les installations dans les bâtiments, une différence est établie entre l'installation d'un générateur PV sur le toit d'un bâtiment public - avec un système de protection contre la foudre existant - et l'installation sur le toit d'une grange - sans système de protection contre la foudre. Les installations sur le terrain offrent également des cibles potentielles importantes en raison de leurs baies de modules de grande surface; dans ce cas, une solution de protection externe contre la foudre est recommandée pour ce type de système afin d'éviter les coups d'éclairage directs.

Les références normatives se trouvent dans la CEI 62305-3 (VDE 0185-305-3), Supplément 2 (interprétation selon le niveau de protection contre la foudre ou le niveau de risque LPL III) [2] et Supplément 5 (Protection contre la foudre et les surtensions pour les systèmes photovoltaïques) et dans la directive VdS 2010 [3], (si les systèmes PV> 10 kW, une protection contre la foudre est requise). De plus, des mesures de protection contre les surtensions sont nécessaires. Par exemple, la préférence devrait être accordée à des systèmes de terminaison d'air séparés pour protéger le générateur PV. Cependant, s'il n'est pas possible d'éviter une connexion directe au générateur PV, c'est-à-dire que la distance de séparation de sécurité ne peut pas être maintenue, alors les effets des courants de foudre partiels doivent être pris en compte. Fondamentalement, des câbles blindés doivent être utilisés pour les lignes principales des générateurs afin de maintenir les surtensions induites aussi faibles que possible. De plus, si la section transversale est suffisante (min. 16 mm² Cu), le blindage du câble peut être utilisé pour conduire des courants de foudre partiels. Il en va de même pour l'utilisation de boîtiers métalliques fermés. La mise à la terre doit être connectée aux deux extrémités des câbles et des boîtiers métalliques. Cela garantit que les lignes principales du générateur tombent sous LPZ1 (Lightning Protection Zone); cela signifie qu'un SPD de type 2 suffit. Sinon, un SPD de type 1 serait requis.

L'utilisation et la spécification correcte des dispositifs de protection contre les surtensions

En général, il est possible d'envisager le déploiement et la spécification de parafoudres dans les systèmes basse tension côté CA comme une procédure standard; cependant, le déploiement et les spécifications de conception correctes pour les générateurs PV DC restent un défi. La raison en est d'une part qu'un générateur solaire a ses propres caractéristiques spéciales et, d'autre part, les SPD sont déployés dans le circuit CC. Les SPD conventionnels sont généralement développés pour les systèmes à tension alternative et non à tension continue. Les normes de produits pertinentes [4] couvrent ces applications depuis des années, et celles-ci peuvent fondamentalement également être appliquées aux applications de tension continue. Cependant, alors que des tensions de système PV auparavant relativement faibles étaient réalisées, elles atteignent déjà aujourd'hui env. 1000 V CC dans le circuit PV non chargé. La tâche consiste à maîtriser les tensions du système dans cet ordre avec des dispositifs de protection contre les surtensions appropriés. Les positions auxquelles il est techniquement approprié et pratique de positionner des SPD dans un système PV dépendent principalement du type de système, du concept du système et de la surface physique. Les figures 2 et 3 illustrent les principales différences: premièrement, un bâtiment avec protection externe contre la foudre et un système PV monté sur le toit (installation dans le bâtiment); deuxièmement, un vaste système d'énergie solaire (installation sur site), également équipé d'un système externe de protection contre la foudre. Dans le premier cas - en raison des longueurs de câble plus courtes - la protection est simplement mise en œuvre à l'entrée DC de l'onduleur; dans le second cas, des parafoudres sont installés dans la boîte à bornes du générateur solaire (pour protéger les modules solaires) ainsi qu'à l'entrée CC de l'onduleur (pour protéger l'onduleur). Les parafoudres doivent être installés à proximité du générateur PV ainsi qu'à proximité de l'onduleur dès que la longueur de câble requise entre le générateur PV et l'onduleur dépasse 10 mètres (Figure 2). La solution standard de protection du côté AC, c'est-à-dire la sortie de l'onduleur et l'alimentation du réseau, doit alors être réalisée en utilisant des SPD de type 2 installés à la sortie de l'onduleur et - dans le cas d'une installation de bâtiment avec protection externe contre la foudre au niveau de l'alimentation secteur point - équipé d'un parafoudre SPD de type 1.

Pour garantir que les parafoudres peuvent maîtriser des tensions système aussi élevées, la connexion en étoile composée de trois varistances s'est avérée fiable et est devenue une quasi-norme (figure 4). En cas de défaut d'isolement, il reste encore deux varistances de la série, ce qui empêche efficacement le SPD d'être surchargé.

Pour résumer: un circuit de protection avec un courant de fuite absolument nul est en place et une activation accidentelle du mécanisme de déconnexion est empêchée. Dans le scénario décrit ci-dessus, la propagation du feu est également efficacement empêchée. Et en même temps, toute influence d'un dispositif de surveillance d'isolement est également évitée. Ainsi, en cas de dysfonctionnement de l'isolation, il y a toujours deux varistances encore disponibles dans la série. De cette manière, l'exigence selon laquelle les défauts à la terre doivent toujours être évités est satisfaite. Parafoudre SPD de type 2 LSP SLP40-PV1000 / 3, U_CPV = 1000Vdc fournit une solution pratique bien testée et a été testé pour sa conformité à toutes les normes actuelles (UTE C 61-740-51 et prEN 50539-11) (Figure 4). De cette manière, nous offrons le plus haut degré de sécurité disponible pour une utilisation dans les circuits CC.

Applications pratiques

Comme déjà indiqué, une différence est établie entre les installations en bâtiment et sur le terrain dans les solutions pratiques. Si une solution externe de protection contre la foudre est installée, le générateur PV doit de préférence être intégré dans ce système en tant que système de dispositif de parafoudre isolé. La CEI 62305-3 spécifie que la distance de terminaison d'air doit être maintenue. S'il ne peut pas être maintenu, les effets des courants de foudre partiels doivent être pris en compte. Sur ce point, la norme de protection contre la foudre CEI 62305-3 Suppléments 2 stipule dans la section 17.3: «pour réduire les surtensions induites, des câbles blindés doivent être utilisés pour les lignes principales du générateur». Si la section est suffisante (min. 16 mm² Cu), le blindage du câble peut également être utilisé pour conduire des courants de foudre partiels. Supplément (Figure 5) - Protection contre la foudre pour les systèmes photovoltaïques - publié par l'ABB (Comité pour la protection contre la foudre et la recherche contre la foudre de l'Association (allemande) pour les technologies électriques, électroniques et de l'information) stipule que les lignes principales des générateurs doivent être blindées . Cela signifie que les parafoudres (SPD type 1) ne sont pas nécessaires, bien que les parafoudres (SPD type 2) soient nécessaires des deux côtés. Comme l'illustre la figure 5, une ligne génératrice principale blindée offre une solution pratique et atteint le statut LPZ 1 dans le processus. De cette manière, les parafoudres SPD de type 2 sont déployés conformément aux spécifications des normes.

Solutions prêtes à monter

Pour garantir une installation sur site aussi simple que possible, LSP propose des solutions prêtes à l'emploi pour protéger les côtés CC et CA des onduleurs. Les boîtiers photovoltaïques plug-and-play réduisent le temps d'installation. LSP réalisera également des assemblages spécifiques au client à votre demande. Plus d'informations sont disponibles sur www.lsp-international.com

Remarque:

Les normes et directives spécifiques au pays doivent être respectées

[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) partie 712: 2006-06, Exigences pour les installations ou emplacements spéciaux. Systèmes d'alimentation solaire photovoltaïque (PV)

[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Protection contre la foudre, partie 3: Protection des locaux et des personnes, supplément 2, interprétation selon la classe de protection ou le niveau de risque III LPL, supplément 5, la foudre et protection contre les surtensions pour les systèmes photovoltaïques

[3] Directive VdS 2010: 2005-07 Protection contre la foudre et les surtensions orientée vers les risques; Directives pour la prévention des pertes, VdS Schadenverhütung Verlag (éditeurs)

[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Dispositifs de protection contre les surtensions basse tension - Partie 11: dispositifs de protection contre les surtensions à utiliser dans les réseaux électriques basse tension - exigences et essais

[5] CEI 62305-3 Protection contre la foudre - Partie 3: Dommages physiques aux structures et danger de mort

[6] CEI 62305-4 Protection contre la foudre - Partie 4: Systèmes électriques et électroniques dans les structures

[7] prEN 50539-11 Dispositifs de protection contre les surtensions à basse tension - Dispositifs de protection contre les surtensions pour application spécifique, y compris en courant continu - Partie 11: Exigences et essais des parafoudres dans les applications photovoltaïques

[8] Norme de produit française pour la protection contre les surtensions dans la zone DC UTE C 61-740-51