Introduction

Dans le contexte de la transformation du système énergétique mondial, les systèmes de production d'énergie photovoltaïque (solaire), grâce à leurs caractéristiques propres, renouvelables et durables, deviennent un élément essentiel du secteur des nouvelles énergies. Cependant, en fonctionnement, ces systèmes sont exposés à diverses menaces électriques telles que la foudre, les fluctuations du réseau et les décharges électrostatiques, susceptibles d'endommager les équipements, de provoquer des arrêts de système, voire des incendies. Les parafoudres, composants essentiels de la sécurité électrique des systèmes photovoltaïques, permettent de supprimer efficacement les surtensions et les courants de surtension transitoires, garantissant ainsi la stabilité du système. Cet article analyse en détail le rôle clé, les principes techniques, les critères de sélection et les tendances du marché des parafoudres dans les systèmes photovoltaïques, afin d'aider les professionnels du secteur à mieux appréhender leur importance.

I. Menaces électriques auxquelles sont confrontés les systèmes photovoltaïques et nécessité d'une protection contre les surtensions

1.1 Caractéristiques de l'environnement électrique du système photovoltaïque

Les systèmes photovoltaïques sont généralement installés à l'extérieur et exposés à des environnements complexes, ce qui les rend vulnérables aux menaces électriques suivantes.

1.1.1 Coup de foudre

La foudre directe ou induite peut générer des surtensions transitoires extrêmement élevées dans les panneaux photovoltaïques, les onduleurs et les systèmes de distribution d'énergie.

1.1.2 Surtension de commutation

Les commutations de réseau, les variations de charge ou les arrêts/démarrages de l'onduleur peuvent provoquer une surtension de fonctionnement.

1.1.3 Décharge électrostatique (ESD)

Dans les environnements secs, l'accumulation d'électricité statique peut endommager les équipements électroniques.

1.1.4 Fluctuations du réseau

Une hausse ou une chute soudaine de tension, ou des interférences harmoniques, peuvent affecter la stabilité du système.

1.2 Dangers Provoqué par les courants de surtension vers les systèmes photovoltaïques

Si des mesures efficaces de protection contre les surtensions ne sont pas prises, le système photovoltaïque peut rencontrer les problèmes suivants :

- Dommages matériels : Les appareils électroniques de précision tels que les onduleurs, les contrôleurs et les systèmes de surveillance sont vulnérables aux surtensions et peuvent mal fonctionner.

- Diminution de l'efficacité de la production d'énergie : des interférences électriques fréquentes peuvent provoquer des arrêts du système, réduisant ainsi la quantité d'électricité produite.

- Risques pour la sécurité : Une tension excessive peut provoquer des incendies électriques, présentant des risques pour la vie humaine et les biens.

1.3 Le noyau Fonction des protecteurs de surtension

Le parasurtenseur permet d'évacuer rapidement le courant de surtension et de limiter la surtension, garantissant ainsi le fonctionnement de tous les composants du système photovoltaïque dans une plage de tension sûre. Il constitue une garantie essentielle pour la fiabilité et la durée de vie du système photovoltaïque.

II. Fonctionnement Principe et classification technique des protecteurs de surtension

2.1 Base Fonctionnement Principe des protecteurs de surtension

La fonction principale du SPD est de détecter les surtensions en quelques nanosecondes et de protéger le système par les méthodes suivantes

• Limitation de tension : Utilisation de composants tels que des varistances (MOV) et des tubes à décharge gazeuse (GDT) pour limiter la surtension à un niveau sûr.

• Dissipation d'énergie : Conversion du courant de surtension à la terre pour empêcher qu'il ne circule dans l'équipement.

• Récupération automatique : Certains parafoudres peuvent revenir automatiquement à leur état de fonctionnement normal après une surtension.

2.2 Technique Caractéristiques des parafoudres spéciaux pour systèmes photovoltaïques

En raison de la spécificité des systèmes photovoltaïques, le SPD de ces systèmes doit répondre aux exigences suivantes :

- Résistance à la haute tension : La tension continue du générateur photovoltaïque peut atteindre plus de 1000 V, et le SPD doit être compatible avec un niveau de tension élevé.

- Grande capacité de courant : capable de résister aux impacts de haute énergie lors de la foudre ou des courts-circuits.

- Faible tension résiduelle : garantit que l'équipement protégé n'est pas affecté par des tensions excessivement élevées.

- Résistance aux intempéries : s'adapte aux conditions extérieures difficiles telles que les températures élevées et basses, et le rayonnement ultraviolet.

2.3 Classification des protecteurs de surtension

Selon leur lieu d'application et leur fonction, les SPD photovoltaïques peuvent être classés comme suit :

• Parafoudre côté CC : utilisé entre le module photovoltaïque et l’onduleur, pour protéger contre les surtensions côté CC.

• Parafoudre côté CA : utilisé à la sortie de l’onduleur pour protéger contre les surtensions provenant du réseau.

• Parafoudre de signal : utilisé pour la protection contre la foudre des lignes d’acquisition de données et de communication.

III. Sélection et les directives d'installation des parafoudres photovoltaïques

3.1 Clé Paramètres pour la sélection

• Tension de fonctionnement continue maximale (Uc) : Doit être supérieure à la tension de fonctionnement la plus élevée du système.

• Courant de décharge nominal (In) : Indique la capacité de tolérance aux surtensions du parafoudre. Une valeur supérieure à 20 kA est généralement recommandée.

• Niveau de protection contre les surtensions (Haut) : Plus la tension résiduelle est basse, meilleur est l'effet de protection.

• Indice de protection IP : Pour une installation extérieure, il doit atteindre l'indice IP65 ou supérieur.

3.2 Installation Caractéristiques

- Installation côté CC : Située à proximité du champ photovoltaïque et de l’onduleur afin de réduire les surtensions inductives sur la ligne.

- Exigences de mise à la terre : Assurez-vous d'une mise à la terre à faible impédance pour améliorer l'efficacité de dissipation du courant.

- Protection en cascade : Utilisez plusieurs SPD (tels que Classe I + Classe II) pour obtenir une protection plus complète.

IV.Mondial Solaire Tendances du marché des parasurtenseurs

4.1 Conduite Facteurs pour la croissance de la demande du marché

- La capacité installée de l'énergie photovoltaïque continue d'augmenter (on prévoit que la capacité installée mondiale de l'énergie photovoltaïque dépassera 3000 GW d'ici 2030).

- Les réglementations en matière de sécurité électrique de divers pays deviennent plus strictes (comme les normes telles que IEC 61643 et UL 1449).

- L'attention des propriétaires concernant la fiabilité et la durée de vie du système s'est accrue.

4.2 Innovation Orientation technologique

- SPD intelligent : fonction de surveillance intégrée, capable de déclencher une alarme à distance et d’effectuer un diagnostic de panne.

- Conception modulaire : facilite la maintenance et le remplacement.

- Grande capacité d'adaptation aux températures extrêmes : capable de résister à des conditions climatiques extrêmes.

V. Conclusion

Les parafoudres sont essentiels au bon fonctionnement et à la sécurité des systèmes photovoltaïques. Leur choix, leur installation et leur maintenance influent directement sur le rendement énergétique et la durée de vie du système. Face au développement rapide de l'industrie photovoltaïque, les parafoudres performants et intelligents deviendront la norme. Les entreprises doivent intensifier leurs efforts de recherche et développement et proposer des produits de haute qualité, conformes aux normes internationales, afin de répondre à la demande croissante de sécurité électrique sur le marché mondial du photovoltaïque.