Parafoudre photovoltaïque CA/CC : guide de sélection

• Pourquoi la protection contre les surtensions photovoltaïques relève de deux normes
• Architecture d’un système photovoltaïque : où installer les parafoudres
• Protection côté CC : exigences de l’IEC 61643-31
• Protection côté CA : exigences de l’IEC 61643-11
• Tableau comparatif des paramètres des parafoudres photovoltaïques CA/CC
• Niveaux de tension : l’évolution de 600 V à 1 500 V CC
• Principes de configuration des systèmes photovoltaïques
• Points à vérifier lors de la sélection
• Questions fréquemment posées
• Résumé

Les systèmes photovoltaïques sont exposés aux surtensions à la fois côté CC, entre les panneaux solaires et l’onduleur, et côté CA, entre l’onduleur et le réseau. Ces deux parties relèvent de normes IEC différentes, fonctionnent à des niveaux de tension distincts et exigent des configurations de parafoudres spécifiques. Ce guide explique ces différences et aide les ingénieurs à sélectionner méthodiquement les parafoudres pour installations photovoltaïques.

Pourquoi la protection contre les surtensions photovoltaïques relève de deux normes

Une installation photovoltaïque ne constitue pas un environnement électrique unique. Le côté CC, qui transporte l’énergie des panneaux vers l’onduleur, fonctionne en courant continu à des tensions pouvant atteindre 1 500 V CC dans les centrales de grande puissance. Le côté CA, qui transporte la sortie de l’onduleur vers le réseau ou les charges locales, fonctionne en courant alternatif aux niveaux habituels de basse tension. Les parafoudres installés sur ces deux côtés subissent donc des contraintes électriques différentes et sont évalués selon des normes IEC distinctes. C’est pourquoi la protection CA et CC d’un système photovoltaïque doit être conçue comme une stratégie en deux parties.

La protection contre les surtensions solaires est donc généralement organisée en deux volets : des parafoudres côté CC testés selon IEC 61643-31 (norme applicable aux parafoudres des installations photovoltaïques) et des parafoudres côté CA testés selon IEC 61643-11 (norme applicable aux parafoudres des réseaux d’alimentation CA basse tension). Comprendre les différences de méthode d’essai, de classification de tension et de principes de configuration permet de spécifier des parafoudres adaptés à chaque côté du système. La gamme de parafoudres photovoltaïques de Cresin comprend des appareils côté CC et côté CA conçus conformément aux normes correspondantes.

Architecture d’un système photovoltaïque : où installer les parafoudres

Dans un système photovoltaïque raccordé au réseau, la protection contre les surtensions est appliquée à plusieurs points clés. Côté CC, les parafoudres sont installés aussi près que possible de l’entrée CC de l’onduleur, entre la chaîne ou le champ photovoltaïque et l’onduleur, afin de limiter les surtensions provenant des câbles CC, souvent posés sur de longues distances en toiture ou en terrain ouvert. Côté CA, les parafoudres sont installés à la sortie CA de l’onduleur ou dans le tableau de distribution CA pour protéger contre les surtensions provenant du réseau et les transitoires de commutation du réseau alternatif.

Cette distinction est importante, car les circuits CC et CA se comportent différemment lors d’une surtension. Les circuits CC ne possèdent pas de passage naturel du courant par zéro, ce qui rend l’extinction des arcs plus difficile pour les parafoudres CC. Dans les circuits CA, les passages périodiques par zéro facilitent l’extinction du courant de suite. Ces caractéristiques influencent la conception interne des composants et les exigences d’essai de chaque norme. La sélection des parafoudres photovoltaïques CA et CC doit donc être traitée comme deux décisions distinctes.

Protection côté CC : exigences de l’IEC 61643-31

L’IEC 61643-31 est la norme internationale spécifiquement consacrée aux parafoudres raccordés aux circuits photovoltaïques en courant continu. Elle définit les classes d’essai, les tensions assignées et les exigences de performance en tenant compte du caractère continu du courant et des caractéristiques de tension propres aux champs photovoltaïques.

Un point essentiel côté CC est le choix de la tension maximale de fonctionnement continu Uc. La valeur Uc d’un parafoudre photovoltaïque CC doit être supérieure à la tension maximale à vide Voc du champ PV à la température de fonctionnement minimale prévue, car la tension du champ augmente lorsque la température baisse. Par exemple, une chaîne photovoltaïque présentant une Voc nominale de 1 000 V dans les conditions d’essai standard à 25 °C peut atteindre une tension nettement plus élevée à −10 °C. Une valeur Uc qui ne tient pas compte de ce coefficient de température peut provoquer une conduction intempestive ou un vieillissement accéléré du parafoudre.

Les parafoudres photovoltaïques CC de la gamme Cresin couvrent des valeurs Uc de 670 V CC à 1 800 V CC, correspondant à des systèmes PV de 600 V, 1 000 V, 1 200 V et 1 500 V CC. Ces appareils sont testés selon l’IEC 61643-31 et présentent un courant nominal de décharge In de 20 kA ainsi qu’un courant maximal de décharge Imax de 40 kA. La topologie de raccordement — entre les pôles positif et négatif (PV+ vers PV−) ou entre chaque pôle et la terre (PV+ vers PE, PV− vers PE) — dépend du schéma de mise à la terre du système et de la conception d’isolement de l’onduleur.

Protection côté CA : exigences de l’IEC 61643-11

Côté CA d’un système photovoltaïque, la protection contre les surtensions est assurée par des parafoudres d’alimentation CA testés selon l’IEC 61643-11, la même norme que pour les réseaux classiques de distribution CA basse tension. Cette partie comprend généralement la sortie réseau de l’onduleur, le tableau de distribution CA et le raccordement au réseau public ou aux charges locales.

Pour la plupart des installations photovoltaïques résidentielles et commerciales raccordées à un réseau 230/400 V, un parafoudre CA de Type 2 avec une Uc de 275 V ou 385 V est couramment retenu. Dans les grandes installations commerciales ou centrales raccordées à des réseaux CA plus élevés, par exemple 690 V ou davantage, des parafoudres présentant une valeur Uc supérieure sont nécessaires. La gamme de parafoudres photovoltaïques CA Cresin couvre des valeurs Uc de 385 V CA à 1 500 V CA, avec des valeurs In de 20 kA à 60 kA et Imax de 40 kA à 100 kA, pour différentes configurations de sortie d’onduleur.

Le choix d’un Type 1 ou d’un Type 2 côté CA suit les mêmes principes que dans toute installation CA basse tension : le Type 1, testé avec un courant impulsionnel de 10/350 µs, est généralement envisagé lorsque le bâtiment dispose d’un système externe de protection contre la foudre ; le Type 2, testé avec un courant de 8/20 µs, traite les effets indirects de la foudre et les surtensions de commutation. Des informations complémentaires sont disponibles dans l’article Parafoudre CA Type 1 ou Type 2.

Tableau comparatif des paramètres des parafoudres photovoltaïques CA/CC

Le tableau ci-dessous compare les principaux paramètres et exigences normatives des parafoudres photovoltaïques côté CC et côté CA. Il constitue une référence pour sélectionner un appareil adapté à chaque partie d’un système photovoltaïque.

Niveaux de tension : l’évolution de 600 V à 1 500 V CC

La tension continue des systèmes photovoltaïques a augmenté au cours de la dernière décennie afin de réduire les pertes dans les conducteurs et d’améliorer le rendement des grandes installations. Connaître le niveau de tension du système constitue le point de départ pour sélectionner le parafoudre photovoltaïque CCapproprié.

Systèmes 600 V CC étaient fréquents dans les anciennes installations résidentielles et les petites installations commerciales. À ce niveau, un parafoudre PV CC avec une Uc proche de 670 V CC est généralement sélectionné afin de conserver une marge au-dessus de la Voc du champ par basse température, tout en restant dans les limites de fonctionnement continu de l’appareil.

Systèmes 1 000 V CC sont largement utilisés dans les installations photovoltaïques commerciales et industrielles. Une Uc de 1 200 V CC ou plus est couramment spécifiée, selon le coefficient de température des modules et la température minimale prévue sur le site.

Systèmes 1 500 V CC constituent aujourd’hui la référence pour les centrales photovoltaïques de grande puissance. Une tension CC plus élevée réduit le nombre de chaînes en parallèle et les coûts d’équilibrage du système. Pour un réseau de 1 500 V CC, la Uc du parafoudre est généralement choisie à 1 800 V CC ou davantage afin d’absorber l’augmentation de Voc due aux basses températures. Les parafoudres PV 1 500 V de la gamme Cresin sont conçus et testés selon l’IEC 61643-31 pour ces applications haute tension.

Remarque : la sélection de Uc doit tenir compte du coefficient de température du module PV, généralement proche de −0,3 %/°C pour les modules en silicium cristallin. À −10 °C, un champ assigné à 1 500 V peut produire une Voc proche ou supérieure à 1 800 V ; c’est pourquoi des parafoudres avec une Uc de 1 800 V CC sont fréquemment utilisés dans les systèmes 1 500 V.

Principes de configuration des systèmes photovoltaïques

Lors de la configuration de la protection contre les surtensions d’un système photovoltaïque, plusieurs principes sont généralement appliqués pour traiter les environnements de surtension différents des côtés CA et CC :

Configuration côté CC. Le parafoudre PV CC est installé aussi près que possible de l’entrée CC de l’onduleur, avec des conducteurs de raccordement courts afin de réduire la tension inductive supplémentaire pendant une surtension. La topologie de raccordement, PV+ vers PV− ou PV+/PV− vers PE, dépend du schéma de mise à la terre. Dans les systèmes non mis à la terre, ou flottants, courants avec les onduleurs sans transformateur, les parafoudres sont généralement raccordés entre chaque pôle et une terre fonctionnelle. Dans les systèmes mis à la terre, la topologie dépend de l’emplacement du point de mise à la terre.

Configuration côté CA. Le parafoudre CA est installé à la sortie CA de l’onduleur ou dans le tableau de distribution qui assure le raccordement au réseau. Le choix entre Type 1 et Type 2 repose sur les mêmes critères que pour une installation CA classique, notamment la présence d’un système externe de protection contre la foudre et les résultats de l’analyse de risque.

Coordination entre les côtés CC et CA. Les parafoudres côté CC et côté CA protègent contre des chemins d’entrée de surtension différents et ne nécessitent généralement pas de coordination énergétique entre eux, car ils sont séparés par l’isolement interne de l’onduleur. Chaque côté peut toutefois bénéficier d’une coordination à plusieurs niveaux dans son propre domaine, par exemple un parafoudre CC dans le coffret de regroupement et un second à l’entrée CC de l’onduleur lorsque les câbles CC sont longs.

Pour les projets dont la configuration photovoltaïque, le schéma de mise à la terre ou le niveau de tension exige une approche personnalisée, l’équipe technique Cresin peut fournir une assistance. Vous pouvez nous contacter pour obtenir une recommandation adaptée à votre projet, ou consulter la page Solutions de protection contre les surtensions des systèmes photovoltaïques pour voir des configurations de référence.

Points à vérifier lors de la sélection

Lors de l’évaluation de parafoudres pour un projet solaire, plusieurs points doivent être vérifiés :

• Uc par rapport à Voc à la température minimale. La valeur Uc côté CC doit tenir compte de la tension à vide du champ PV à la température de fonctionnement minimale prévue, et non uniquement de la Voc assignée dans les conditions d’essai standard. Négliger ce coefficient de température peut conduire à sélectionner un parafoudre dont la Uc est insuffisante.
• Vérification de la conformité aux normes. Vérifiez que les parafoudres côté CC sont testés selon l’IEC 61643-31, et pas seulement selon l’IEC 61643-11, car les méthodes d’essai et les exigences pour le courant continu sont différentes. Un appareil marqué CC mais uniquement testé selon une norme CA peut ne pas assurer la protection prévue dans un circuit photovoltaïque CC.
• Topologie de raccordement et mise à la terre. La topologie de raccordement du parafoudre, entre les pôles ou entre un pôle et la terre, doit correspondre au schéma de mise à la terre du système. Une topologie inadaptée peut laisser certains chemins de surtension sans protection.
• Protection de secours. Les parafoudres photovoltaïques CC nécessitent une protection amont contre les surintensités capable d’interrompre un courant de défaut continu. Les fusibles et disjoncteurs CA standard ne sont pas nécessairement adaptés aux circuits CC. Consultez la page Parafoudres spécialisés et accessoires pour les options de dispositifs de déconnexion de secours dédiés.

Résumé

La protection contre les surtensions solaires repose sur deux stratégies distinctes régies par deux normes différentes. Les parafoudres photovoltaïques côté CC testés selon l’IEC 61643-31 répondent au courant continu et aux variations de tension liées à la température des circuits PV. Les parafoudres côté CA testés selon l’IEC 61643-11 traitent les surtensions classiques du réseau à la sortie de l’onduleur. Le choix de Uc, In, Imax et de la topologie de raccordement doit tenir compte du niveau de tension du système, 600 V, 1 000 V ou 1 500 V CC, du schéma de mise à la terre et de la température minimale prévue sur le site.

En évaluant séparément les côtés CC et CA, chacun selon sa norme applicable et son environnement électrique, les ingénieurs peuvent concevoir une protection photovoltaïque cohérente avec l’IEC 61643-31 et l’IEC 61643-11, adaptée aux menaces spécifiques présentes de chaque côté du système.