Sélection des dispositifs de protection contre les surtensions pour les systèmes photovoltaïques - Installation des parafoudres
1. Facteurs affectant l'installation du parafoudre
Les surtensions dans les systèmes photovoltaïques (PV) en toiture sont principalement dues à la foudre (impact direct sur le bâtiment ou à proximité, ou sur les équipements PV équipés d'un parafoudre), aux tensions induites par les variations du champ électrique liées à la foudre, ou aux manœuvres de commutation dans les réseaux de distribution électrique AC/DC. Pour évaluer le besoin de protection contre les surtensions et déterminer la stratégie de protection appropriée, la tension de tenue aux impulsions nominale (Uw) de l'équipement doit servir de référence. Sauf indication contraire dans une évaluation des risques, des parafoudres doivent être installés côté DC et côté AC du système PV.
Les dispositifs d'un système photovoltaïque susceptibles de nécessiter une protection comprennent :
Onduleurs, y compris les interfaces avec le système CA basse tension et le système CC, les champs photovoltaïques, le câblage interne du système photovoltaïque, les composants installés entre l'onduleur et les champs photovoltaïques, tels que les boîtes de jonction ; équipements utilisés pour la surveillance et le contrôle du système photovoltaïque.
Conformément à la norme IEC 61643-12 et aux sections pertinentes de la norme GB/T 21714, le choix et l'installation des parafoudres pour les systèmes photovoltaïques dépendent de plusieurs facteurs. Parmi ceux-ci figurent la densité de foudroiement au sol (NG) [1/km²·an] ou le nombre moyen de jours d'orage par an (T), les caractéristiques du réseau d'alimentation basse tension (par exemple, lignes aériennes ou câbles souterrains) et la nature des équipements à protéger, ainsi que la présence ou non d'un système de protection contre la foudre (LPS) externe destiné à protéger le système photovoltaïque contre les impacts directs de foudre.
Si un LPS externe est présent, les exigences du SPD sont influencées par le niveau de protection (classe) du LPS et par le maintien ou non de la distance de séparation requise (S) entre le LPS et le système PV (LPS isolé ou non isolé).
2. Influence de différentes configurations de parafoudre externes sur la protection contre la foudre des systèmes photovoltaïques
L’installation de parafoudres pour les systèmes photovoltaïques en toiture se divise généralement en trois catégories, selon la présence et le type de parafoudre externe :
(1) Systèmes PV sans alimentation basse tension externe
Comme indiqué sur le schéma (non reproduit ici), si le bâtiment n'est pas équipé d'un système de protection contre la foudre externe, des parafoudres doivent être installés suite à une évaluation des risques liés à la foudre. Il est recommandé d'installer des parafoudres côté courant alternatif et côté courant continu afin de protéger les composants photovoltaïques critiques.
Côté courant continu, un parafoudre de type 2 (désigné DC1) doit être installé près du boîtier de raccordement photovoltaïque ou du champ photovoltaïque (en l'absence de boîtier de raccordement). Ce parafoudre protège le bâtiment des surtensions externes transmises par les câbles photovoltaïques et est généralement installé juste après l'entrée de ces câbles dans le bâtiment. Un autre parafoudre de type 2 (désigné DC2) doit être installé près de l'entrée CC de l'onduleur. Si la longueur du câble entre DC1 et l'onduleur est inférieure à 10 mètres, DC1 peut être omis.
Côté courant alternatif, un parafoudre de type 2 (désigné AC1) est recommandé à l'entrée du réseau électrique, généralement situé au niveau du tableau de distribution principal. Ce dispositif protège contre les surtensions provenant du réseau. La nécessité d'AC1 dans un système dépourvu de protection externe contre la foudre dépend des résultats d'une évaluation des risques liés à la foudre. Pour protéger l'onduleur, un parafoudre de type 2 (désigné AC2) est généralement installé près de sa sortie. Si la longueur du câble entre AC1 et AC2 est inférieure à 10 mètres, AC2 peut être omis. Veuillez consulter le tableau de configuration pour plus de détails.
(2) Systèmes PV avec LPS externe respectant la distance de séparation requise (LPS isolé)
Comme le montre le schéma, lorsqu'un bâtiment est équipé d'un système de protection contre la foudre externe (par exemple, des paratonnerres ou des rubans) et que le champ photovoltaïque en toiture est protégé par ce système avec une distance de séparation adéquate, le système photovoltaïque est considéré comme équipé d'un système de protection contre la foudre isolé. Même dans ce cas, l'installation de parafoudres reste nécessaire.
Pour les systèmes avec un bloc d'alimentation isolé, la configuration du parafoudre est similaire à celle des systèmes sans protection externe contre la foudre. Un parafoudre CC de type 2 doit être installé près du boîtier de raccordement, ou près du champ photovoltaïque si aucun boîtier de raccordement n'est utilisé. Un autre parafoudre CC de type 2 doit être placé près du côté CC de l'onduleur, et un parafoudre CA de type 2 près du côté CA de l'onduleur. Cependant, comme le système photovoltaïque est raccordé à l'entrée et à la sortie du bâtiment, un parafoudre CA de type 1 est également requis au niveau du tableau de distribution CA principal, là où l'alimentation du réseau entre dans le bâtiment. Consultez le tableau de configuration pour des instructions d'installation détaillées.
(3) Systèmes PV avec LPS externe qui ne respectent pas la distance de séparation requise (LPS non isolé)
Dans les systèmes photovoltaïques en toiture où les panneaux sont trop proches du système de protection contre la foudre (SPF) externe et ne respectent pas la distance de sécurité requise, toutes les parties métalliques du système doivent être raccordées au SPF afin d'assurer une liaison équipotentielle correcte. Cette approche est couramment utilisée pour la protection contre la foudre en toiture. Dans cette configuration, les câbles CA et CC sont traités comme des conducteurs parallèles dans le système de liaison, ce qui signifie qu'ils peuvent être directement affectés par le courant de foudre. C'est pourquoi la CEI recommande l'utilisation de parafoudres de type 1 (généralement associés à des parafoudres de type 2) aux points clés du système : à l'entrée des câbles photovoltaïques dans le bâtiment, et sur les côtés CA et CC des équipements importants tels que l'onduleur.
Comme indiqué sur le schéma, le câble DC1 doit être installé au plus près du boîtier de raccordement, ou près du champ photovoltaïque en l'absence de boîtier. Les câbles DC2 et AC2 doivent être placés près de l'onduleur pour une meilleure protection. Dans la plupart des cas, les câbles AC1 (au niveau du tableau principal) et AC2 (près de l'onduleur) sont tous deux nécessaires. Cependant, si l'onduleur est installé à l'intérieur du tableau principal et qu'ils partagent la même mise à la terre, avec des câbles de 0,5 mètre ou moins, le câble AC2 peut ne pas être nécessaire. Consultez le tableau pour des instructions d'installation détaillées.
1 : DC1 peut être omis dans les conditions suivantes : si la longueur du câble entre DC1 et l'onduleur est inférieure à 10 mètres et que le niveau de protection de tension (Up) d'AC2 est inférieur ou égal à 0,8 fois la tension de tenue aux impulsions nominale du champ PV (Uw) ; ou si le Up d'AC2 est inférieur ou égal à 0,5 fois Uw et que le conducteur PE (terre de protection) est acheminé près des câbles DC.
2 : AC2 peut être omis dans les conditions suivantes : si la longueur du câble entre AC1 et AC2 est inférieure à 10 mètres ; ou si l'onduleur et le tableau de distribution principal partagent la même électrode de mise à la terre et que les câbles de connexion SPD ne dépassent pas 0,5 mètre chacun, par exemple si l'onduleur est installé à l'intérieur du tableau principal.
3 : Section transversale minimale des conducteurs de mise à la terre des SPD : Pour les SPD de type 2, le conducteur de mise à la terre en cuivre doit avoir une section minimale de 6 mm² ; pour les SPD de type 1, elle doit avoir une section minimale de 16 mm².
Le choix des parafoudres côté courant continu dans les systèmes photovoltaïques en toiture dépend principalement de la protection du bâtiment contre la foudre et du câblage. Conformément au tableau de configuration et aux normes CEI, un parafoudre doit toujours être installé côté courant continu de l'onduleur. Toutefois, des parafoudres supplémentaires près du boîtier de raccordement (ou près des panneaux photovoltaïques en l'absence de boîtier) ne sont nécessaires que si la longueur du câble entre les panneaux et l'onduleur dépasse 10 mètres.
Cela dit, ce n'est pas la norme partout. Dans certains pays, comme l'Allemagne, les règles sont quasiment inverses. Là-bas, la protection contre les surtensions CC est systématiquement installée à proximité immédiate des panneaux photovoltaïques, et il suffit d'en ajouter une près de l'onduleur si la longueur du câble dépasse 10 mètres.