Pourquoi chaque installation solaire devrait-elle inclure un parafoudre solaire ?

Les systèmes solaires photovoltaïques (PV) sont exposés à des surtensions électriques qui peuvent provoquer des dommages coûteux et des pannes d'alimentation électrique. Cet article explique pourquoi chaque installation solaire a besoin d'un parafoudre solaire, un dispositif qui protège les équipements critiques des surtensions passagères.

1. Qu'est-ce qu'unParafoudre solaire?

Un parafoudre, également connu sous le nom de dispositif de protection contre les surtensions (SPD), est un composant électrique qui protège les systèmes contre les surtensions. Les parafoudres n’arrêtent ni n’absorbent les surtensions causées par la foudre. Au lieu de cela, ils contournent ou déchargent les surtensions pour limiter les dommages aux équipements électriques à l’intérieur d’une propriété. Ces dispositifs empêchent la circulation continue des courants à haute tension en les dirigeant vers la terre.

Lorsqu'une surtension traverse un conducteur, le parafoudre interrompt son isolation afin que la surtension puisse se propager jusqu'à la terre. Une fois le niveau de tension revenu à la normale, l’isolation entre le conducteur et la terre est rétablie. La circulation du courant vers le sol s’arrête alors.

Un parafoudre solaire est un SPD spécialement conçu pour les installations photovoltaïques. Il protège les systèmes solaires contre les surtensions transitoires et les surtensions permanentes causées par des défauts du conducteur ou des pannes de transformateurs.

Les surtensions transitoires sont des pics de tension temporaires de plus de 10 % au-dessus de la valeur nominale du réseau de distribution pendant plusieurs cycles. En cas de surtensions permanentes, le niveau de tension reste élevé en permanence.

Un système complet de protection contre la foudre comprend des bornes aériennes (paratonnerres), des conducteurs de descente, des parasurtenseurs, une liaison équipotentielle et un système de mise à la terre. Il s'agit de la première ligne de défense contre un coup de foudre direct.

2. Pourquoi les systèmes solaires ont-ils besoin d'un parasurtenseur ?

Les systèmes solaires sont sensibles aux surtensions électriques, qui peuvent causer des dommages coûteux aux équipements et entraîner des pannes temporaires d'alimentation électrique. Les surtensions électriques peuvent être causées par des facteurs externes tels que des éclairs, des dysfonctionnements internes ou des fluctuations du réseau électrique.

L'exposition physique rend les systèmes solaires vulnérables

Les panneaux solaires sont généralement installés dans des zones ouvertes, sur des toits ou sur de grands champs où ils peuvent être exposés aux conditions environnementales. Les grandes surfaces et les emplacements exposés, comme sur les toits ou au sol dans des espaces ouverts, rendent les panneaux solaires sujets aux coups de foudre qui peuvent raccourcir leur durée de vie.

Même lorsqu'un panneau solaire n'est pas directement frappé par la foudre, l'activité de la foudre à proximité peut induire des tensions dangereuses susceptibles d'endommager les composants critiques. Lorsque la foudre frappe des structures à proximité, des lignes électriques ou le sol, les champs électromagnétiques qui en résultent peuvent induire des tensions transitoires dans le câblage du système solaire. Ces surtensions induites peuvent se propager dans toute l'installation et endommager les équipements loin du lieu d'impact initial.

Un câblage étendu crée des voies pour les surtensions

Étant donné que les systèmes photovoltaïques comprennent souvent un câblage CC étendu et des équipements électriques interconnectés, ils offrent de multiples voies de propagation des courants de surtension . Leurs vastes réseaux de câblage peuvent agir comme des conducteurs, introduisant des tensions transitoires dans le système.

Les côtés DC et AC doivent être protégés

Une caractéristique unique des systèmes photovoltaïques est qu'ils fonctionnent à la fois sur des circuits électriques CC et CA. Les surtensions peuvent pénétrer de chaque côté du système. Des stratégies efficaces de protection contre les surtensions solaires s'adressent aux circuits CC et CA pour offrir une couverture complète.

Le côté CC comprend : les modules solaires, le câblage des chaînes, les boîtiers de combinaison, les sectionneurs CC et les entrées de l'onduleur. Le côté CA comprend : les sorties de l'onduleur, les équipements de distribution, les transformateurs, les interconnexions des services publics et les systèmes électriques des installations.

La protection d'une seule partie du système peut rendre d'autres équipements critiques vulnérables aux dommages.

La protection contre les surtensions est souvent négligée

De nombreux propriétaires de systèmes solaires se concentrent sur l’efficacité des panneaux, la sélection des onduleurs et les prévisions de production d’énergie. La protection électrique est souvent négligée jusqu'à ce qu'une panne coûteuse survienne. Des surtensions peuvent survenir de manière inattendue et causer des dommages importants aux équipements solaires, entraînant des temps d'arrêt, des coûts de réparation et une perte de production d'énergie.

Un événement de surtension peut entraîner des coûts de remplacement d'équipement, des dépenses de main d'œuvre, des temps d'arrêt du système, une réduction de la production d'énergie, des opportunités de revenus manquées, des besoins de maintenance accrus et des réclamations d'assurance.

Certains développeurs peuvent choisir de ne pas inclure de dispositifs de protection contre les surtensions afin de réduire le coût initial d'un projet. Cependant, cela peut entraîner des coûts de maintenance plus élevés si l'équipement est endommagé par une surtension et doit être réparé ou remplacé.

Les arguments financiers en faveur de la protection contre les surtensions

L’investissement dans la protection contre les surtensions solaires ne représente souvent qu’une petite fraction du coût total du projet. Pourtant, cela peut aider à éviter des pertes qui dépassent de loin le coût des dispositifs de protection eux-mêmes. Pour les installations commerciales et à l'échelle des services publics, les temps d'arrêt peuvent rapidement se traduire par des pertes de revenus substantielles. Même une brève interruption des opérations peut affecter les objectifs de production et les performances financières.

3. Que se passe-t-il lorsque la foudre frappe un système solaire photovoltaïque ?

La foudre présente des risques importants de destruction totale ou partielle des parcs solaires, soit immédiatement par un impact direct, soit par des dommages dégénératifs provoqués par un impact indirect.

Coups de foudre directs

Les coups de foudre directs peuvent produire d'énormes quantités d'énergie capables de causer des dommages catastrophiques. Lorsque la foudre frappe un panneau solaire, elle provoque un courant transitoire induit dans les boucles de câbles du système. Cela entraîne une défaillance de l'isolation, des panneaux, de l'onduleur et des équipements de communication.

Effets de foudre indirects

Les effets indirects de la foudre sont souvent plus fréquents et peuvent être tout aussi problématiques. Les surtensions peuvent avoir un impact sur l'installation d'un système de panneaux solaires de plusieurs manières :

• Des impacts directs au système de protection contre la foudre externe d'une structure, à proximité de celle-ci, et même à l'installation photovoltaïque elle-même

• Des courants induits par la foudre distribués dans le réseau électrique

• Des surtensions transmises par le réseau électrique d'origine atmosphérique (foudre) ou dues aux opérations

• Des variations du champ électrique dues à la foudre

• Du réseau, si la foudre frappe des conducteurs moyenne ou basse tension

• Depuis la terre, si la foudre frappe à proximité de l'onduleur du PV

• Du côté DC, si la foudre frappe les modules PV

Dommages aux composants clés

Si une centrale solaire photovoltaïque subit une surtension et n'est pas protégée par des parafoudres ou des parasurtenseurs, elle peut subir des dommages matériels allant des trous brûlants par la foudre dans les panneaux à la dégradation des modules et des onduleurs, ou des systèmes secondaires tels que les équipements de surveillance et les commandes de suivi.

Les composants spécifiques présentant les risques de défaillance les plus élevés incluent le boîtier de combinaison et le MPPT (dispositif de suivi du point de puissance maximale). Certains systèmes solaires photovoltaïques peuvent résister à des dommages physiques ou aux circuits de leurs panneaux. Cependant, leurs commandes de circuits et leurs dispositifs de stockage d'énergie seront instantanément inutilisables après un coup de foudre.

Effets cachés à long terme

Même s’il n’y a pas de coupure de courant initiale, l’installation peut quand même subir des effets secondaires dus à des dommages matériels. Ceux-ci peuvent réduire la quantité d’énergie que le système peut générer. Ces effets sont parfois attribués à tort à des pannes d’équipement ou à des défauts de fabrication s’il n’est pas immédiatement évident qu’ils ont été provoqués par une surtension.

Si un module photovoltaïque est endommagé, cela entraîne une perte de puissance d’une chaîne. Les dommages causés à un onduleur peuvent couper ou limiter la production d'une grande partie de l'installation.

L’importance d’un bon placement du SPD

Un réseau de protection contre les surtensions doit être installé dans tout le réseau de distribution d’énergie CC et CA d’un système d’énergie solaire pour protéger les circuits critiques. Le nombre total de SPD nécessaires dans un système solaire photovoltaïque varie en fonction de la distance entre les panneaux et l'onduleur.

Les directives générales d’installation comprennent :

• Dans les lignes CA, une protection contre les surtensions doit être déployée sur chaque conducteur d'alimentation jusqu'à la terre .

• Si la longueur du câble entre les panneaux solaires est inférieure à 10 mètres, un SPD doit être installé près de l'onduleur, des boîtiers de combinaison ou plus près des panneaux solaires.

• Dans les installations avec un câblage CC de plus de 10 mètres, davantage de parasurtenseurs seront nécessaires à la fois à l'extrémité des câbles de l'onduleur et des modules solaires.

• Dans un système d'énergie solaire résidentiel avec des micro-onduleurs dotés d'un câblage CC court mais de câbles CA plus longs, des SPD doivent être installés au niveau du boîtier de combinaison pour protéger la maison des surtensions transitoires.

Des SPD doivent être installés sur les onduleurs pour protéger les entrées CC et les sorties CA, avec une mise à la terre sur les lignes CC positives et négatives. Les circuits du combinateur et de contrôle, ainsi que les systèmes de surveillance et de suivi, doivent être protégés pour éviter les interférences avec les flux électriques et la perte de données.

4. Résumé

Chaque installation solaire doit inclure un parafoudre solaire. Les systèmes solaires sont exposés aux surtensions électriques dues à la foudre, aux fluctuations du réseau et aux dysfonctionnements internes.

Un événement de surtension peut endommager les onduleurs, les panneaux, les boîtiers de combinaison, les équipements de surveillance et les dispositifs de stockage d'énergie. Les dommages peuvent entraîner des coûts de remplacement d’équipement, des temps d’arrêt du système, une réduction de la production d’énergie et une perte de revenus .

Même si aucun dommage immédiat n’est visible, les surtensions peuvent provoquer une dégradation cachée qui réduit la puissance de sortie au fil du temps. Ces effets sont souvent confondus avec des défauts de fabrication.

La protection contre les surtensions solaires n’est pas une option, c’est une nécessité. L'installation de SPD sur les côtés CC et CA du système, avec une mise à la terre appropriée, contribue à protéger les équipements critiques et à maintenir une production d'énergie fiable.

La protection contre les surtensions est un composant nécessaire dans toute installation électrique, mais elle ne remplace pas une solution appropriée de protection contre la foudre. Un système complet de protection contre la foudre comprenant des bornes aériennes, des conducteurs de descente, des parasurtenseurs, une liaison équipotentielle et un système de mise à la terre constitue la première ligne de défense contre un coup de foudre direct.

YRO s'engage à fournir des dispositifs de protection contre les surtensions fiables pour les installations photovoltaïques. Pour une protection optimale, consultez toujours les réglementations locales, référez-vous aux spécifications du fabricant et travaillez avec des composants certifiés.

Choisir la bonne protection contre les surtensions protège votre investissement solaire. Il évite des dommages coûteux et garantit une production d’énergie fiable et à long terme.