Le rôle critique des dispositifs de protection des surtensions (SPD) dans les boîtes de combinaison PV: guide de sélection et meilleures pratiques

Introduction: le noyau vulnérable des tableaux PV

Les boîtes de combinaison PV servent de système nerveux des centrales solaires, collectant plusieurs sorties de chaîne CC avant de les alimenter en onduleurs. Ces nœuds critiques sont constamment exposés aux menaces des coups de foudre et des surtensions électriques qui peuvent paralyser des systèmes PV entiers. Les dispositifs de protection des surtensions de haute qualité (SPDS) agissent comme la première ligne de défense, la sauvegarde des équipements d'une valeur de centaines de milliers de dollars.

Chapitre 1: Pourquoi les SPD sont essentiels pour les systèmes PV

1.1 Vulnérabilités uniques des tableaux PV

Exposition constante: les systèmes sur le toit et le sol sont naturellement exposés aux décharges atmosphériques.

Risques du circuit DC: Contrairement aux systèmes AC, les arcs CC manquent de points naturels de croisement zéro, ce qui rend les événements de surtension plus dangereux.

Électronique sensible: les composants des onduleurs modernes peuvent être endommagés par des tensions à seulement 20% au-dessus de la valeur nominale.

1.2 Conséquences d'une protection inadéquate

Dommages immédiats: 72% des défaillances de l'onduleur peuvent être retracées aux surtensions de tension (rapport Solaredge 2023).

Dégradation cachée: les surtensions mineures répétées peuvent réduire la durée de vie du module jusqu'à 30%.

Risques d'incendie: les défauts de l'arc DC représentent 43% des incendies liés au solaire (données NFPA 2022).

Chapitre 2: Considérations clés pour la sélection des SPD dans les applications PV

2.1 Paramètres de performance critiques

Tension nominale: ≥ 1,2 fois la tension maximale du système (par CEI 61643-31).

Courant de décharge nominal (IN): ≥20KA pour les SPD de type 1 (par UL 1449, 4e édition).

Courant de décharge maximum (IMAX): ≥40Ka (par CEI 61643-11).

Temps de réponse: <25 nanosecondes (par EN 50539-11).

Température de fonctionnement: -40 ° C à + 85 ° C (par UL 96A).

2.2 Types SPD pour différentes applications

Type 1 (classe I): pour les emplacements avec des risques de frappe directe (par exemple, les systèmes sur le toit).

Type 2 (classe II): pour la protection secondaire (par exemple, les systèmes commerciaux montés sur le sol).

Type combiné 1 + 2: idéal pour les grandes usines à l'échelle des services publics.

Modèles spécifiques à DC: conçus pour les applications PV avec des marques de polarité.

Chapitre 3: meilleures pratiques d'installation

3.1 Placement stratégique

Points d'installation obligatoires:

Terminaux d'entrée de la boîte de combinaison (par chaîne).

En amont de DC déconnecte.

Bornes d'entrée DC onduleur.

Points de protection supplémentaires recommandés:

Combineurs de sous-tableau.

Le long des longs courses (> 30 mètres).

3.2 Normes de câblage

Taille du conducteur: cuivre minimum de 6 mm² (pour 20KA SPDS).

Longueur du chemin: conserver les connexions SPD <0,5 mètres.

Exigences de mise à la terre: utiliser des conducteurs de mise à la terre dédiés (≥10 mm²).

Topologie de connexion: Configuration de l'étoile pour éviter les boucles de sol.

Chapitre 4: Critères de maintenance et de remplacement

4.1 Maintenance préventive

Chèques trimestriels:

Inspecter les fenêtres de l'indicateur d'état (vert / rouge).

Effectuer une thermographie infrarouge (augmentation de la température <15K).

Enregistrez les compteurs de frappe de foudre (si équipés).

Tests annuels:

Test de résistance à l'isolation (> 1 MΩ).

Mesure de la résistance au sol (<10 Ω).

Test de tension résiduelle par les professionnels.

4.2 Directives de remplacement

Déclencheurs de remplacement immédiat:

Dommages physiques visibles (fissures, marques de brûlures).

L'indicateur d'état devient rouge.

Le nombre de coups de foudre dépasse la valeur nominale.

Tests de performance ratés.

Intervalles de remplacement recommandés:

Zones côtières: 5 ans.

Zones à haute lumière: 7 ans.

Régions standard: 10 ans.

Chapitre 5: Idées fausses courantes et recommandations d'experts

5.1 malentendus typiques

Mythe: "Les parlannes éliminent le besoin de SPDS."

FAIT: Les parlannes ne protègent que les frappes directes, et non sur des surtensions induites.

Piège de coût: utilisant des SPD AC non PV.

Conséquence: L'incapacité à interrompre DC suit les courants.

5.2 Conseils d'experts

Adoptez une architecture de protection à trois niveaux: SPDS au niveau du tableau, de la boîte de combinaison et des niveaux d'onduleur.

Choisissez des modèles avec des contacts de signalisation à distance pour l'intégration avec les systèmes de surveillance.

Pour les systèmes 1500 V, vérifiez la capacité de rupture DC du SPD.

Réévaluez la capacité SPD existante lors des extensions du système.

Au fur et à mesure que les tensions du système PV passent à 1500 V, la technologie SPD de nouvelle génération évolue avec trois tendances clés: une absorption d'énergie plus élevée (jusqu'à 100KA), des caractéristiques d'avertissement plus intelligentes (surveillance compatible IoT) et des conceptions modulaires plus compactes. La sélection des produits certifiés par TUV Rheinland pour les applications PV et les normes de la CEI 62305 à la protection au niveau du système garantit que les usines PV peuvent résister aux surtensions de foudre tout au long de leur durée de vie de 25 ans. N'oubliez pas: en sécurité PV, la protection contre les surtensions de haute qualité n'est pas une dépense - c'est l'investissement d'atténuation des risques le plus rentable.