Quels sont les meilleurs SPD pour les installations de panneaux solaires ?

Pour la plupart des installations de panneaux solaires, la meilleure approche est la protection coordonnée des surtensions : un SPD DC sur l'entrée CC ou l'onduleur DC, un SPD AC à la sortie ou le panneau de distribution de l'onduleur et les SPD de type 2 comme couche de protection primaire. Les périphériques de type 3 sont utilisés uniquement à proximité de points de terminaison sensibles.

Cela signifie qu'il n'y a pas de « meilleur » dispositif de protection contre les surtensions pour chaque système solaire. Le meilleur résultat est celui de l'utilisation du bon type de SPD, au bon endroit, avec une installation et une mise à la terre correctes, de sorte que les surtensions soient réduites étape par étape avant de pouvoir endommager l'onduleur ou d'autres appareils électroniques.

Ce que signifie « Meilleur SPD » dans les systèmes solaires photovoltaïques

Dans les systèmes solaires photovoltaïques, "meilleur" ne signifie pas le plus gros appareil, la cote de courant la plus élevée ou le produit le plus cher. Cela signifie que le concept de protection correspond au système et la façon dont les surtensions y entrent réellement.

En pratique, "meilleur" signifie :

Emplacement correct
Un système solaire a deux mondes électriques différents : le côté CC des panneaux et le côté CA connecté au réseau ou aux charges. Les deux parties peuvent recevoir des surtensions, et les deux parties ont généralement besoin de leur propre protection.

Type de SPD correct
Les appareils de type 2 sont normalement la couche de protection principale dans les systèmes photovoltaïques. Les appareils de type 3 sont uniquement destinés à une protection locale et fine à proximité d'équipements sensibles.

Distance de câblage et qualité de mise à la
Même un très bon dispositif de protection contre les surtensions fonctionne mal s'il est installé avec de longs fils, des boucles ou une mauvaise liaison à la terre.

Endurance de surtension répétitive
Les installations solaires sont exposées pendant de nombreuses années. Le SPD doit tolérer de nombreuses augmentations plus petites au fil du temps, pas seulement un seul grand événement.

Ainsi, le «meilleur» SPD pour un système solaire est celui qui est correctement sélectionné pour le côté DC ou AC, correctement coordonné avec d'autres étages de protection et installé avec des connexions courtes et bien collées.

Pourquoi les installations de panneaux solaires sont sensibles à la surtension

Les systèmes solaires photovoltaïques sont plus exposés à des problèmes de surtension que de nombreuses autres installations électriques. Ce n'est pas parce que l'équipement est faible, mais à cause de la façon et de l'endroit où le système est installé.

Câbles longs DC
Les chaînes de PV courent souvent des dizaines, voire des centaines de mètres sur les toits ou les champs. Les câbles longs agissent comme des antennes et peuvent capter les tensions induites par la foudre à proximité, même s'il n'y a pas de frappe directe.

Exposition extérieure
Des panneaux, des boîtes de combinaison et des parties du câblage sont installés à l'extérieur. Cela augmente les risques d'effets de foudre directs ou indirects et de surtensions transitoires rapides.

Électronique de l'onduleur sensible
Les onduleurs modernes contiennent une électronique de puissance haute densité, des cartes de contrôle et des interfaces de communication. Ces composants peuvent être endommagés par des impulsions de surtension relativement faibles.

Deux chemins d'entrée de surtension principales
Les surtensions peuvent provenir de Côté ARB (à travers les câbles DC du champ PV) et de la Côté grille (par le réseau AC). Si un seul côté est protégé, l'autre peut encore détruire l'onduleur.

En raison de ces facteurs, la protection coordonnée des surtensions n'est pas facultative dans la plupart des systèmes photovoltaïques. Cela fait partie de la fiabilité de base et de la conception de la disponibilité.

DC SPD vs AC SPD dans les installations de panneaux solaires

Les SPD et les SPD AC ont des tâches différentes dans une installation solaire. Ils ne sont pas interchangeables, même s'ils se ressemblent.

A DC SPD est conçu pour fonctionner du côté PV, où il y a une tension continue continue, souvent à des niveaux élevés (600 V, 1 000 V, 1 500 V ou plus). Il doit gérer un comportement d'arc spécifique à un courant continu et être adapté à la tension de chaîne PV.

Un AC SPD est conçu pour fonctionner du côté du réseau, où la tension alterne et les passages à zéro aident à éteindre les arcs. Il protège contre les surtensions provenant du réseau de services publics ou de la commutation d'événements à l'intérieur de l'installation.

Pour clarifier cela, considérez la comparaison suivante.

Protection contre les surtensions côté DC ou côté AC dans les systèmes photovoltaïques solaires

Ce tableau montre que les SPD DC et AC protègent contre différents chemins de surtension et sont installés à différents points. Ils travaillent ensemble comme un système. La protection d'un seul côté laisse l'autre côté comme une porte ouverte pour les surtensions.

Type 2 vs type 3 SPD dans les systèmes solaires

Dans la plupart des installations solaires, la décision principale n'est pas entre de nombreux types de SPD exotiques, mais entre l'utilisation Type 2 et Type 3 appareils correctement.

• Pourquoi le type 2 est la valeur par défaut pour les panneaux photovoltaïques
  Type 2 SPD sont conçus pour gérer la majorité des surtensions induites et de commutation qui se produisent dans les installations normales. Ils ont une capacité de décharge et une manipulation énergétique suffisantes pour survivre à des événements répétés pendant de nombreuses années. Pour cette raison, le type 2 est le choix standard pour les côtés DC et AC dans la plupart des systèmes PV.
  
• Pourquoi le type 3 est-il supplémentaire
  Les SPD de type 3 sont pour une protection fine très proche des équipements sensibles. Ils ont une capacité de déchargement plus faible et ne sont pas censés être la première ou la seule étape de protection. Dans les systèmes photovoltaïques, ils sont parfois utilisés à proximité d'équipements de surveillance, de ports de communication ou d'électronique de commande très sensible.
  
• Pourquoi le type 3 ne peut pas remplacer la protection du panneau
  Un appareil de type 3 seul ne peut pas gérer en toute sécurité l'énergie des surtensions provenant de longs câbles extérieurs ou du réseau. S'il est utilisé sans un appareil de type 2 en amont approprié, il peut échouer rapidement ou fournir une véritable protection.
  

En bref, le type 2 est le cheval de bataille de la protection contre les surtensions dans les installations solaires. Le type 3 est uniquement une couche locale supplémentaire.

Principaux critères de sélection pour le système solaire SPD pour le système solaire

• SPD20C/3-1500 PV S classe II
• Désignation : Type2
• Classement : Classe II
• Mode de protection : (+/-)–>PE , (-/+)–>PE , (+/-)–>(-/+)
• Tension nominale UN : 1500 VDC
• max. Tension de fonctionnement continue UC (L-N): 180 VDC
• Courant de court-circuit Courant nominal ISCPV : 100 A
• Courant de fonctionnement continu ICPV : <20 µA
• Courant de charge nominal : 80 A
• Courant de décharge maximal (8/20μs) Imax:40 kA
• Courant de décharge nominal (8/20μs) en : 20 ka
• Niveau de protection de tension : ≤5,0 kV
• Résistance d'isolation : 1 000 MΩ
• Matériau du boîtier : UL94V-0
• Degré de protection : IP20

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Choisir un SPD pour systèmes solaires Ce n'est pas une question de marque ou de réclamations marketing. Il s'agit de faire correspondre l'appareil aux conditions électriques et physiques de l'installation. La liste de contrôle suivante couvre les points les plus importants.

Liste de contrôle de la sélection

• Tension de chaîne PV (effets de COV + température)
  La tension maximale en circuit ouvert de la chaîne PV augmente à basse température. Le DC SPD doit avoir une tension nominale de fonctionnement continue (UC) supérieure à cette valeur de pire des cas, pas seulement la tension nominale du système.
  
• DC vs AC placement
  Assurez-vous que l'appareil est spécialement conçu et certifié pour une utilisation DC ou AC, selon l'endroit où il sera installé. Ne les mélangez pas.
  
• Longueur de câble et exposition
  Les câbles extérieurs longs augmentent le risque de surtension et justifient souvent le placement des SPD du côté de la matrice et du côté de l'onduleur, et non seulement à un seul endroit.
  
• Système de mise à la terre et de liaison
  Le SPD ne peut détourner l'énergie de surtension vers la Terre que s'il existe un système de mise à la terre à faible impédance et bien collé. Le concept de mise à la terre et la sélection du SPD doivent être considérés ensemble.
  
• Coordination entre les étapes
  Si plus d'un SPD est utilisé (par exemple, un à la carte principale et un près de l'onduleur), leurs niveaux de protection de tension et leur manipulation d'énergie doivent être coordonnés afin qu'ils partagent correctement la contrainte au lieu de se battre.
  

Lorsque ces points sont respectés, le Dispositif de protection contre les surtensions pour panneau solaire Les installations effectueront son travail pendant de nombreuses années plutôt que sur papier.

Dispositions typiques de placement de SPD dans les installations solaires

La disposition exacte dépend de la taille et de la structure du système, mais la logique est similaire dans la plupart des cas : arrêter les surtensions aussi près que possible de l'endroit où ils entrent et protéger l'onduleur des deux côtés.

Systèmes de toit résidentiels

Dans un système résidentiel typique, les chaînes PV vont du toit directement à un seul onduleur.

• sur le Côté DC, un SPD de type 2 DC est souvent installé soit dans le boîtier de combinateur de toit (le cas échéant) soit sur l'entrée DC de l'onduleur.
  
• sur le Côté AC, un SPD de type 2 est installé dans le tableau de distribution principal ou à proximité de la sortie de l'onduleur.
  

L'objectif est de garder l'onduleur entre deux points de protection, un pour chaque chemin de surtension.

Systèmes commerciaux de toit

Les systèmes commerciaux ont généralement des câbles plus longs, plusieurs chaînes et parfois plusieurs onduleurs.

• Côté DC Les SPD sont souvent placés dans des boîtes de combinaison et parfois à nouveau près des entrées de l'onduleur si les distances sont grandes.
  
• Côté AC Les SPD sont placés aux sorties de l'onduleur et au tableau de distribution principal à basse tension.
  

Ici, la coordination entre plusieurs SPD devient plus importante car les poussées peuvent entrer à plusieurs moments.

Systèmes solaires au sol

Les systèmes montés au sol peuvent avoir de très longs passages de câbles CC à travers des zones ouvertes.

• Côté DC La protection est souvent installée à la fois dans le champ de la baie (dans les boîtes de combinaison de champ) et dans l'onduleur ou la centrale électrique.
  
• Côté AC La protection est installée à la sortie de l'onduleur et au point de connexion du réseau.
  

La logique est toujours la même : réduire la surtension pas à pas, au lieu de le laisser parcourir toute la longueur du câble dans l'électronique.

Pratiques d'installation qui décident des performances

Même le meilleur dispositif de protection contre les surtensions peut fonctionner mal s'il n'est pas installé correctement. Dans de nombreuses pannes réelles, le problème n'est pas le périphérique lui-même, mais la façon dont il est connecté.

• Câbles de connexion courts
  Les fils du SPD à la phase, les conducteurs CC et la terre doivent être aussi courts que possible. Chaque centimètre supplémentaire ajoute de l'inductance et augmente la tension qui apparaît au niveau de l'équipement lors d'une surtension.
  
• Pas de boucles dans le câblage
  Les fils en boucle ou enroulés agissent comme des inductances et rendent le SPD beaucoup moins efficace lors de transitoires rapides.
  
• Montage à proximité de l'équipement ou du point d'entrée protégé
  Le SPD doit être installé près de l'endroit où les câbles entrent dans l'onduleur ou le bâtiment, non loin dans une autre armoire, à moins qu'il n'y ait une bonne raison.
  
• Liaison de haute qualité sur Terre
  La connexion à la terre doit être à faible impédance et bien liée au reste du système de mise à la terre. Une terre pauvre rend tout dispositif de protection contre les surtensions presque inutile.
  

Ces détails d'installation ont souvent plus d'impact sur les performances de protection réelles que de petites différences dans les valeurs de la feuille de données SPD.

Erreurs courantes dans la conception solaire SPD

De nombreux systèmes solaires ont une forme de protection contre les surtensions, mais subissent toujours des dommages en raison d'erreurs de conception de base.

Seulement AC ou seulement protection DC
Protéger uniquement le côté de la grille ou seul le côté PV laisse l'onduleur exposé dans l'autre sens.

Mauvais emplacement
Un SPD installé loin du point d'entrée du câble ou avec de longs fils de connexion ne peut pas serrer la tension là où cela compte.

Utilisation excessive de périphériques de type 3
Les appareils de type 3 sont parfois utilisés comme seule étape de protection car ils sont petits et bon marché. Ce n'est pas pour cela qu'ils sont conçus dans les systèmes PV.

Mauvaises hypothèses de mise à la terre
Supposer qu'il y a une connexion terrestre quelque part. Sans un système de mise à la terre et de collage bien conçu et à faible impédance, les dispositifs de protection contre les surtensions ne peuvent pas fonctionner comme prévu.

Il est souvent plus important d'éviter ces erreurs que de choisir entre deux produits similaires.

En plus des lignes électriques, les ports de communication de l'onduleur tels que RS485 ou Ethernet peuvent également transporter de l'énergie de surtension. Dans certaines installations, des dispositifs de protection contre les surtensions sont utilisés pour réduire le risque de dommages grâce aux câbles de surveillance et de communication.

Conclusion

La meilleure protection contre les surtensions pour les installations de panneaux solaires n'est pas un seul appareil, mais un système de protection coordonné qui couvre à la fois les côtés DC et AC de l'installation. Comme les surtensions peuvent entrer à partir du tableau PV ou de la grille, les deux chemins doivent être protégés si l'onduleur et d'autres électroniques doivent rester fiables à long terme. Dans la plupart des systèmes solaires, les protections contre les surtensions de type 2 fournissent la couche de protection principale, tandis que les appareils de type 3 sont utilisés uniquement pour la protection locale et supplémentaire à proximité d'équipements sensibles. Plus que les cotes brutes de tout appareil individuel, une sélection correcte pour une utilisation en courant continu ou en courant alternatif, une bonne coordination entre les étapes de protection, une bonne mise à la terre et un bon collage, et des pratiques d'installation prudentes sont ce qui détermine si la protection contre les surtensions fonctionnera réellement dans des conditions de fonctionnement réelles.

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