Les systèmes de production d'énergie solaire sont confrontés à des risques spécifiques liés à la foudre et aux défaillances du réseau. Ces facteurs peuvent provoquer des tensions élevées qui endommagent les équipements critiques. En l'absence d'un Protecteurs contre les surtensions CC, Les systèmes photovoltaïques peuvent être endommagés ou cesser de fonctionner.
Qu'est-ce qu'un parasurtenseur CC ?
Un parasurtenseur CC est un dispositif utilisé pour assurer la sécurité des systèmes d'énergie solaire. Il peut empêcher les surtensions soudaines d'endommager le système. Les surtensions peuvent provenir de coups de foudre ou de fluctuations de la tension du réseau. Lorsqu'une surtension pénètre dans le système, elle se propage le long des lignes de courant continu et peut atteindre des équipements critiques tels que les onduleurs et les panneaux solaires. Le parasurtenseur CC surveille les variations de tension en temps réel et, lorsqu'il détecte une surtension, il bloque l'excès de tension et dévie le courant de surtension vers le fil de terre, protégeant ainsi les composants sensibles.
L'élément central d'un parasurtenseur DC
Les principaux composants internes du parasurtenseur CC sont des varistances à oxyde métallique (MOV) ou des tubes à décharge (GDT). Chaque composant a une fonction spécifique.
- Varistance à oxyde métallique (MOV) : Ce composant réagit rapidement aux surtensions. Lorsqu'une surtension se produit, le MOV bloque la tension et dirige le courant de surtension vers la terre. Il convient à différents types de surtensions, y compris les surtensions dues à la foudre.
- Tube à décharge (GDT) : Ce composant est utilisé pour gérer des courants de surtension extrêmement forts et sert de circuit de secours pour le varistor à oxyde métallique (MOV). Lorsque la tension devient trop élevée, le GDT fournit un chemin de mise à la terre sûr pour le courant de surtension.
Les parasurtenseurs DC utilisent également les technologies des varistances (MOV) et des tubes à décharge (GDT), comme le LSP FLP-PV1000G/S et résiste efficacement aux différents chocs.
| Technologie | Fonction SPD | Avantages pour les systèmes solaires photovoltaïques |
| MOV | Clampe les surtensions avec un temps de réponse rapide | Protège contre la plupart des surtensions transitoires et des surtensions de commutation |
| GDT | Détourne le courant de surtension élevé vers la terre | Résiste aux surtensions dues à la foudre et améliore la fiabilité du système |
Le principe de fonctionnement d'un parasurtenseur DC
Le Principe de fonctionnement d'un parasurtenseur à courant continu L'objectif de ce système est d'agir rapidement lorsqu'une surtension se produit, en limitant la surtension dans la plage que l'équipement peut supporter, et en déchargeant en toute sécurité le courant de surtension à travers le système de mise à la terre, protégeant ainsi les appareils électroniques critiques dans les circuits à courant continu. Il ne fonctionne pas en continu dans des conditions normales, mais réagit instantanément lorsqu'une tension anormalement élevée apparaît.
Le principe de fonctionnement d'un système de production d'énergie solaire
Le système de production d'énergie solaire utilise des panneaux solaires pour convertir la lumière du soleil en électricité. Chaque panneau contient de nombreuses cellules qui absorbent l'énergie solaire. Lorsque la lumière du soleil frappe ces cellules, elles génèrent un courant continu (CC). Le système transmet le courant continu par des câbles à un onduleur, qui convertit le courant continu en courant alternatif (CA).
Un système d'énergie solaire standard comprend
- Panneaux solaires qui absorbent la lumière du soleil
- Lignes de courant continu reliant les panneaux
- Un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif.
- Câbles de courant alternatif alimentant les bâtiments ou le réseau électrique
Les systèmes de production d'énergie solaire sont généralement installés à l'extérieur, ce qui signifie qu'ils sont exposés aux intempéries et aux risques de surtension.
Caractéristiques de la tension continue dans les dispositifs solaires
Les panneaux solaires génèrent une tension continue. La tension dépend du nombre de panneaux connectés en série. Les grands systèmes d'énergie solaire peuvent atteindre une tension continue de 1500 volts. Une tension élevée permet de transmettre l'électricité sur de longues distances et de réduire les pertes. Cependant, une tension continue élevée augmente également le risque de surtension.
La tension continue dans le système d'énergie solaire reste stable la plupart du temps. Toutefois, en cas de foudre ou d'opérations de commutation, la tension peut augmenter brusquement. Sans parasurtenseur, de telles surtensions peuvent endommager l'équipement.
Maillons faibles : panneaux, onduleurs et circuits
Certains composants du système de production d'énergie solaire nécessitent une protection contre les surtensions. Les composants les plus susceptibles d'être touchés par les surtensions sont les suivants :
- Les panneaux solaires : Installés à l'extérieur et reliés par de longs câbles, ils sont très vulnérables aux surtensions causées par la foudre.
- Lignes de courant continu : Les lignes entre les panneaux solaires et l'onduleur agissent comme des antennes, transmettant les surtensions dans le système.
- Onduleur : ce dispositif est très sensible aux fluctuations de tension. Les surtensions peuvent endommager ses composants électroniques et entraîner l'arrêt du système de production d'énergie solaire.
Installation et maintenance d'un parasurtenseur CC dans un système de production d'énergie solaire
Où installer le SPD dans le système solaire
Dans les systèmes photovoltaïques (PV), les SPD (dispositifs de protection contre les surtensions en courant continu) sont généralement installés à l'entrée CC des onduleurs, des boîtiers de regroupement PV et à proximité des panneaux solaires. Ces positions sont des nœuds critiques où les surtensions sont les plus susceptibles d'entrer dans le système, ce qui en fait des zones clés pour la protection contre les surtensions du côté CC. En configurant raisonnablement les disjoncteurs à différents endroits, le chemin de décharge de la surtension peut être efficacement raccourci, ce qui améliore la sécurité et la stabilité de l'ensemble du système photovoltaïque.
Installation d'un parasurtenseur DC
Avant de procéder à l'installation proprement dite, il est nécessaire de déconnecter les connexions électriques pertinentes du système photovoltaïque, y compris l'isolateur CC et la section de sortie CA, afin de s'assurer que le système est hors tension et d'éviter ainsi les risques d'électrocution ou d'endommagement de l'équipement. Étant donné que les modules photovoltaïques produisent continuellement de l'électricité lorsqu'ils sont exposés à la lumière, certains circuits peuvent encore être sous tension même si le système est hors tension. Les installateurs doivent utiliser des outils professionnels et respecter strictement les protocoles d'opération de sécurité.
Lors du câblage, les câbles positifs et négatifs des modules photovoltaïques ou de la boîte de raccordement doivent être correctement connectés aux bornes correspondantes du SPD DC, afin d'assurer une connexion sûre et fiable. Pour les SPD dotés de bornes de mise à la terre PE, un fil de mise à la terre plus court et à faible impédance doit également être utilisé pour se connecter au système de mise à la terre afin de réduire la tension résiduelle pendant la décharge de la surtension. Il est généralement recommandé de garder les fils de mise à la terre aussi courts et droits que possible, en évitant les courbures excessives, sous peine d'affecter l'efficacité de la décharge de la surtension.
Tout au long du processus d'installation, la mise à la terre du DC SPD est cruciale. Ce n'est qu'avec une mise à la terre correcte que le DC SPD peut remplir sa fonction de protection. Une bonne mise à la terre garantit que le parasurtenseur (SPD) dévie en toute sécurité les courants de surtension vers la terre. Une mauvaise mise à la terre, en revanche, peut exposer l'équipement à une tension trop élevée, augmentant ainsi les risques d'incendie.
Une fois l'installation terminée, le système photovoltaïque doit être redémarré et la fenêtre d'indication de l'état de fonctionnement ou le module d'état du SPD doit être vérifié pour s'assurer qu'il fonctionne normalement. La plupart des SPD DC sont équipés d'indicateurs d'état visuels, tels que le vert qui indique une protection normale et le rouge qui indique une défaillance du module, ce qui nécessite un remplacement en temps voulu. Certains produits haut de gamme prennent également en charge les fonctions d'alarme de signalisation à distance pour la surveillance à distance.
Guide d'entretien et de remplacement
Pour garantir un fonctionnement stable à long terme du système photovoltaïque, outre une installation correcte, le dispositif de protection contre les surtensions en courant continu (DC SPD) doit également faire l'objet d'une maintenance et d'inspections régulières.
Lors des inspections de routine, la priorité doit être donnée à la vérification de la sécurité des bornes du DC SPD. Au cours du fonctionnement à long terme des systèmes photovoltaïques, les changements de température, les vibrations de l'équipement ou la dilatation et la contraction thermiques peuvent entraîner un desserrage des bornes. Si les connexions se desserrent, cela augmente non seulement la résistance de contact, mais peut également entraîner une surchauffe localisée, la formation d'arcs électriques, voire l'endommagement des bornes. Par conséquent, le personnel de maintenance doit régulièrement vérifier l'état de fixation des bornes positives et négatives ainsi que des bornes de mise à la terre. Si un relâchement est détecté, il doit être immédiatement refixé et serré selon les exigences de couple spécifiées.
En outre, la fenêtre d'indication de l'état du SPD DC lui-même doit également être vérifiée régulièrement. La plupart des SPD sont équipés d'indicateurs d'état visuels, généralement verts pour indiquer un fonctionnement normal et rouges pour indiquer que le module de protection est défaillant. Après plusieurs impacts de surtension, les composants internes du SPD se dégradent progressivement ; par conséquent, même si le système peut encore fonctionner, un SPD défaillant ne peut pas continuer à fournir une protection efficace. Si un état anormal est détecté, le module correspondant doit être remplacé immédiatement.
Dans les zones où l'activité de la foudre est fréquente ou dans les grandes centrales photovoltaïques commerciales, il est recommandé de mettre en place un système d'inspection régulier et d'effectuer des contrôles complets des SPD et de l'ensemble du système de mise à la terre à l'aide de méthodes de maintenance telles que la thermographie infrarouge et les tests de résistance de la mise à la terre. Une maintenance continue peut améliorer efficacement la fiabilité des systèmes photovoltaïques et réduire les temps d'arrêt et les pertes économiques causées par les défaillances dues aux surtensions.
Comment choisir un SPD DC pour les systèmes solaires photovoltaïques ?
Adaptation à la tension du système CC (600V / 1000V / 1500V)
La première étape la plus critique dans la sélection d'un dispositif de protection contre les surtensions à courant continu (DC SPD) pour système photovoltaïque est l'adaptation de la tension. La tension de fonctionnement continue maximale (Uc) du SPD doit être supérieure à la tension maximale en circuit ouvert (Uoc) du système photovoltaïque afin de garantir une protection stable dans des conditions de température et d'irradiation variables.
Dans les applications pratiques de l'ingénierie photovoltaïque, les différents niveaux de tension du système correspondent à différents niveaux de courant continu. Sélection SPD Les systèmes photovoltaïques de 600 V utilisent généralement des disjoncteurs de courant continu de 600 V ou plus : Les systèmes photovoltaïques de 600V utilisent généralement des SPD DC de 600V ou plus ; les systèmes de 1000V nécessitent des parafoudres DC de 1000V correspondants ; et dans les grandes centrales électriques de 1500V montées au sol, il est nécessaire d'utiliser des SPD DC de 1500V pour répondre aux exigences de sécurité des systèmes DC à haute tension.
Si la tension n'est pas adaptée, cela peut entraîner un vieillissement prématuré, un dysfonctionnement, voire une défaillance du SPD, réduisant ainsi la capacité de protection contre les surtensions de l'ensemble du système photovoltaïque.
Sélectionner le type de DOCUP approprié
Le choix d'un dispositif de protection contre les surtensions pour l'énergie solaire photovoltaïque (DC SPD) dépend directement du niveau de risque de foudre de l'environnement d'installation et de la structure du système.
Le SPD DC de type 2 est la configuration la plus courante dans les systèmes photovoltaïques. Il est généralement utilisé pour la protection standard contre les surtensions à l'entrée DC des onduleurs et à l'intérieur des boîtes de combinaisons. Dans les zones à forte activité de foudre ou lorsque le système est équipé d'un système externe de protection contre la foudre (LPS), il est recommandé d'utiliser des SPD DC combinés de type 1+2 pour gérer les surtensions de niveau d'énergie plus élevé.
Capacité de décharge en cas de surtension (paramètre In / Imax)
L'un des principaux indicateurs de performance des SPD photovoltaïques à courant continu est la capacité de décharge de surtension, qui est généralement mesurée par le courant de décharge nominal (In) et le courant de décharge maximal (Imax).
In représente la capacité de surtension que le SPD peut supporter de manière répétée dans des conditions d'essai standard, tandis que Imax indique sa capacité de résistance maximale lors d'événements de foudre extrêmes. Ces deux paramètres déterminent conjointement la fiabilité et la durée de vie des SPD DC dans les systèmes photovoltaïques actuels.
Dans les applications techniques, les configurations suivantes sont généralement recommandées : les systèmes photovoltaïques résidentiels utilisent généralement des SPD de 20 kA ; les systèmes photovoltaïques commerciaux et industriels installés sur les toits adoptent souvent des produits de 40 kA ; les grandes centrales photovoltaïques au sol nécessitent généralement des SPD de 60 kA, voire plus, pour répondre aux exigences opérationnelles dans les zones exposées à la foudre.
Dans les zones où la foudre est fréquente, l'augmentation du niveau Imax peut améliorer de manière significative la résistance à l'impact du système, réduisant ainsi le risque d'endommager les onduleurs et les équipements critiques.
LSP : un fabricant de premier plan de parasurtenseurs CC pour les systèmes de production d'énergie solaire
LSP, créée en 2010, est une entreprise spécialisée dans la protection contre les surtensions. Elle fabrique des parasurtenseurs pour les systèmes d'énergie solaire et d'autres applications critiques. La mission de LSP est de fournir une protection fiable contre les surtensions afin de garantir que les systèmes d'alimentation photovoltaïques sont protégés contre les surtensions dues à la foudre et les perturbations du réseau. L'entreprise se consacre à la recherche et au développement, améliorant sans cesse la technologie des parasurtenseurs. LSP utilise des laboratoires d'essai avancés et des processus de contrôle de qualité stricts pour s'assurer que chaque parasurtenseur répond à des normes élevées.
LSP sert des clients dans plus de 35 pays/régions. L'entreprise soutient les installateurs solaires, les opérateurs de stockage d'énergie et les usines. L'équipe de LSP se consacre à aider les clients à protéger leurs investissements et à assurer un fonctionnement stable du système. L'entreprise a pour objectif d'être à la pointe de l'industrie mondiale de la protection contre les surtensions en fournissant des solutions innovantes et fiables.
Produits de protection contre les surtensions à courant continu certifiés LSP
LSP propose une variété de parasurtenseurs DC pour les systèmes d'énergie solaire. Chaque parasurtenseur peut bloquer les surtensions et dévier les courants de surtension vers la terre. Les produits de LSP couvrent des gammes de tension allant de 600 V CC à 1500 V CC, convenant aux toits résidentiels et aux grandes centrales solaires.
Tous les parasurtenseurs LSP DC sont conformes à la norme IEC 61643-31. Les produits de la société ont obtenu les certifications TUV, CB et CE. Ces marques de certification indiquent que les parafoudres LSP ont passé avec succès des tests internationaux rigoureux de sécurité et de performance. La gamme de produits LSP comprend :
- Protecteurs de surtension DC de type 1+2 : Conçus pour les endroits où les risques de surtension dus à la foudre sont élevés. Ces dispositifs peuvent supporter des valeurs Iimp élevées et empêcher efficacement les surtensions directes et indirectes.
- Protecteurs de surtension CC de type 2 : Convient à la plupart des systèmes solaires. Ces dispositifs utilisent le courant d'entrée (In) et le courant maximal (Imax) pour éviter les surtensions de commutation et les surtensions causées par les coups de foudre indirects.
| Technologie | Fonction SPD | Avantages pour les systèmes solaires photovoltaïques |
| MOV | Clampe les surtensions avec un temps de réponse rapide | Protège contre la plupart des surtensions transitoires et des surtensions de commutation |
| GDT | Détourne le courant de surtension élevé vers la terre | Résiste aux surtensions dues à la foudre et améliore la fiabilité du système |
Conclusion : Pourquoi les systèmes photovoltaïques ont-ils besoin d'un parasurtenseur CC ?
Les systèmes photovoltaïques (PV) nécessitent l'installation de dispositifs de protection contre les surtensions CC (DC SPD) principalement parce que le côté CC du PV est continuellement exposé à des environnements de surtensions transitoires causées par l'induction de la foudre, les opérations de commutation et les fluctuations du réseau. Ces surtensions peuvent pénétrer directement dans les circuits CC et avoir un impact sur les onduleurs, les boîtiers de raccordement, les contrôleurs et les modules photovoltaïques ; dans les cas les plus graves, elles peuvent même endommager les équipements ou arrêter le système.
Dans l'ensemble du système photovoltaïque, les onduleurs sont généralement des dispositifs centraux de grande valeur, très sensibles aux fluctuations de tension. Dès qu'une surtension envahit le côté CC, les composants électroniques à l'intérieur de l'onduleur sont susceptibles de tomber en panne, de présenter des dysfonctionnements ou de voir leur durée de vie réduite. En outre, les panneaux photovoltaïques sont généralement installés sur des toits, dans des zones ouvertes ou dans de grandes centrales électriques extérieures avec de grandes longueurs de circuit et de grandes surfaces exposées, ce qui les rend plus sensibles aux surtensions induites par la foudre. Par conséquent, le risque de surtension du côté CC est beaucoup plus élevé que celui des systèmes de distribution ordinaires.
Foire aux questions
Qu'est-ce qu'un dispositif de protection contre les surtensions en courant continu (DC SPD) dans un système de production d'énergie solaire ?
Un dispositif de protection contre les surtensions en courant continu (DC SPD) dans un système de production d'énergie solaire est conçu pour protéger l'équipement photovoltaïque contre les surtensions dues à la foudre et les surtensions transitoires. Il est généralement installé entre les panneaux solaires, les boîtes de raccordement et les onduleurs pour dévier en toute sécurité le courant de surtension vers la terre, afin d'éviter d'endommager les composants électriques sensibles et d'améliorer la fiabilité et la sécurité du système.
Quelles sont les parties du système photovoltaïque qui nécessitent une protection contre les surtensions ?
Plusieurs éléments clés d'un système photovoltaïque (PV) nécessitent une protection contre les surtensions, notamment les panneaux solaires, les boîtiers de raccordement, les boîtiers de distribution CC, les onduleurs, les panneaux de distribution CA et les systèmes de communication. Les disjoncteurs DC sont généralement installés entre les modules PV et les onduleurs, tandis que les disjoncteurs AC protègent le côté AC connecté au réseau électrique. Une protection adéquate contre les surtensions permet d'éviter que la foudre et les surtensions de commutation n'endommagent les équipements sensibles.
Quels sont les principaux risques de surtension des systèmes de production d'énergie solaire ?
Les principaux risques de surtension dans les systèmes de production d'énergie solaire sont les coups de foudre, les surtensions induites par la foudre, les surtensions de commutation et les perturbations du réseau. Ces surtensions peuvent endommager les onduleurs, les modules photovoltaïques, les systèmes de surveillance et les équipements de communication. Les systèmes photovoltaïques étant généralement installés à l'extérieur avec de longs câbles, ils sont fortement exposés aux risques de surtension transitoire.
Quel est l'entretien d'un parasurtenseur DC ?
Un parasurtenseur à courant continu doit faire l'objet d'une inspection visuelle régulière afin de garantir une protection fiable. Les utilisateurs doivent vérifier la fenêtre de l'indicateur d'état, les connexions des bornes, les conditions de mise à la terre et les signes de surchauffe ou d'endommagement. Si l'indicateur indique une défaillance ou si le SPD a subi une surtension importante, le module doit être remplacé immédiatement afin de maintenir une protection efficace contre les surtensions dans le système photovoltaïque solaire.
