Un moyen efficace Protection contre les surtensions pour les installations PV garantit non seulement le fonctionnement durable et le maintien de la valeur de l'installation, mais contribue également de manière essentielle à la sécurité de fonctionnement. Qu'elles soient dues à la foudre directe ou proche, à des processus de commutation dans le réseau électrique ou à des changements de charge internes à l'entreprise, les surtensions peuvent gravement endommager les composants électriques d'une installation PV. Des onduleurs défectueux, des modules détruits ou même des incendies en sont les conséquences possibles. Outre les risques pour la sécurité, les conséquences sont considérables. pertes économiques par des réparations et des arrêts de production.
Sectionneur et protection contre les surtensions
En général, la protection contre les surtensions et Sectionneur sont des éléments essentiels d'une installation PV. Cependant, ils ont des objectifs différents. Les sectionneurs servent à couper les circuits électriques en toute sécurité, par exemple pour les travaux de maintenance ou en cas de panne. Ils séparent électriquement l'installation PV du réseau ou de l'onduleur et permettent ainsi de travailler sans danger sur l'installation. Il s'agit d'interrupteurs purement mécaniques sans fonction de protection contre les surtensions. En revanche, une protection contre les surtensions protège les composants électriques contre les pics de tension dangereux et dévie en un clin d'œil ces surtensions de courte durée mais potentiellement destructrices vers la terre.
Qu'est-ce qu'une surtension ?
Une surtension se produit lorsque la tension électrique dans un système dépasse brièvement la valeur maximale autorisée - souvent plusieurs fois la tension de fonctionnement normale. Cette Pointes de tension sont certes de courte durée, mais peuvent des dommages considérables peuvent causer des dégâts. Les causes des surtensions peuvent être grossièrement classées en deux catégories :
1. surtensions atmosphériques
Parmi les influences atmosphériques, on compte surtout Foudre. Un impact direct de la foudre sur une installation photovoltaïque ou ses environs peut des impulsions de tension extrêmes peuvent causer des dommages. Mais même un impact éloigné suffit à induire des tensions dangereuses dans les lignes via les champs électromagnétiques. On parle ici de Tensions de choc de la foudre. Ils sont particulièrement riches en énergie et ont un temps de montée très abrupt.
2. surtensions liées au réseau
Les surtensions dues au réseau sont en revanche provoquées par des processus dans le réseau électrique ou à l'intérieur de l'installation électrique elle-même. Les déclencheurs typiques sont la commutation de grandes charges électriques, Clé courtee ou Effets de résonanceLes réseaux de distribution d'électricité sont des réseaux où des vibrations électriques peuvent s'accumuler et s'amplifier. Ces soi-disant Tensions de choc de commutation présentent généralement des énergies plus faibles, mais sont également potentiellement nocives.
Une troisième catégorie est constituée par ce que l'on appelle les surtensions temporaires (TOV - Temporary Overvoltage). Elles sont dues à des augmentations de tension prolongées, par exemple à la suite d'une défaillance du conducteur neutre, et peuvent également causer des dommages importants en raison de leur durée.
Normes & directives pour la protection antisurtension des installations PV
La protection antisurtension des installations photovoltaïques est soumise à un grand nombre de réglementations techniques qui couvrent différents aspects de la planification, de l'installation, de l'exploitation et de la maintenance. La norme DIN VDE 0100-712, qui regroupe toutes les exigences posées aux installations électriques des systèmes photovoltaïques, est au cœur de ce processus. Elle se réfère aussi bien au côté courant continu qu'au côté courant alternatif et renvoie à d'autres normes pertinentes, notamment en ce qui concerne les mesures de protection contre les surtensions, les systèmes de protection contre la foudre et les obligations de contrôle.
Pour les exploitants, les planificateurs et les installateurs, il est décisif de comprendre les normes pertinentes dans leur contexte et de les appliquer correctement - non seulement pour respecter les prescriptions légales, mais aussi pour garantir la sécurité de fonctionnement technique et l'assurabilité de l'installation. Le tableau suivant donne un aperçu structuré des principales normes et directives dans le contexte de la protection antisurtension pour les installations PV :
| Norme / directive | Domaine thématique | Champ d'application | Particularités |
| DIN VDE 0100-712 (2019) | Sécurité électrique des installations PV | Côté DC et AC (modules, WR, accumulateurs, câbles, dispositifs de séparation, etc.) | Norme de base pour les installations PV, régit également l'intégration de la protection contre les surtensions |
| DIN VDE 0100-443 (obligatoire depuis 12/2018) | Obligation de protection contre les surtensions | Bâtiments équipés d'installations PV (bâtiments résidentiels, commerciaux, publics) | Protection contre les surtensions obligatoire en cas de mise en danger de la vie, des biens, des systèmes informatiques |
| DIN VDE 0100-534 | Mise en œuvre de la protection contre les surtensions | Sélection, installation et coordination des SPD (Surge Protective Devices) | Règle les détails techniques : niveau de protection, choix du type, emplacement de montage, cheminement des câbles |
| DIN EN 62305-3 / VDE 0185-305-3 | Protection contre la foudre (extérieure/intérieure) | Bâtiments équipés de systèmes de protection extérieure contre la foudre | L'addendum 5 contient des instructions spécifiques au photovoltaïque pour l'intégration dans les systèmes de protection contre la foudre. |
| DIN EN 62305-2 / VDE 0185-305-2 | Analyse des risques | Tous les bâtiments, en option avant l'installation d'un système de protection contre la foudre | Déterminer si et dans quelle mesure un système de protection contre la foudre est nécessaire |
| DIN VDE 0100-600 | Contrôle initial des installations électriques | Installations PV existantes | Contrôle, documentation et entretien réguliers de la protection antisurtension |
| DIN VDE 0126-23-1 | Exploitation et maintenance | Installations PV existantes | Contrôle, documentation et entretien réguliers de la protection antisurtension |
| Directives VdS (par ex. VdS 2010, 3145) | Recommandations actuarielles | En particulier pour les installations au sol ou les toits avec des matériaux de construction inflammables | Exigences complémentaires du secteur des assurances en matière de réduction des risques et de protection contre l'incendie |
Concepts de protection contre les surtensions pour les installations PV
Une protection efficace contre les surtensions pour installations PV conformes aux assurances ne repose pas sur des appareils individuels, mais sur un concept global bien pensé. Celui-ci tient compte de la structure spatiale de l'installation, de son mode de raccordement, de la présence ou non d'un système extérieur de protection contre la foudre ainsi que des exigences individuelles en matière de sécurité et de disponibilité. Un élément central est ce que l'on appelle le Protection à plusieurs niveauxLa combinaison de différents appareils de protection avec un comportement de protection adapté :
Protection grossière (type 1) : Utilisé lorsqu'un système extérieur de protection contre la foudre est en place ou devient nécessaire après analyse des risques. Il est capable d'évacuer en toute sécurité des courants de foudre très élevés avant qu'ils n'atteignent les systèmes en aval. Emplacement typique : distribution principale ou point d'introduction du courant de foudre.
Protection centrale (type 2) : Sert à dériver les surtensions induites ou commutées et est utilisé indépendamment d'un système de protection externe contre la foudre dans presque toutes les installations PV. Il protège les équipements sensibles tels que les onduleurs, l'accumulateur de batterie ou l'électronique de commande. Lieu de montage typique : distribution secondaire, onduleur ou boîtier de raccordement du générateur.
Protection fine (type 3) : Complète le concept de protection par une protection locale des terminaux, notamment pour l'électronique particulièrement sensible. La condition préalable est une coordination en amont avec des parafoudres de type 2. Utilisation typique : juste avant les unités de communication ou de commande
Un concept de protection commence toujours par une Analyse des risques: Y a-t-il une protection extérieure contre la foudre ? Le bâtiment se trouve-t-il dans une zone exposée à la foudre ? Quelles sont les classes de protection requises ? Quelles sont les longueurs de lignes et les différences de potentiel ? Sur la base de ces facteurs, il est décidé quelles mesures de protection sont nécessaires et où les appareils de protection doivent être placés.
Dans ce contexte, le choix des bons composants n'est pas le seul élément décisif, il faut également veiller à ce qu'ils soient installés dans les règles de l'art : trajets de câbles les plus courts possibles, coordination correcte entre les niveaux de protection, mise à la terre et compensation de potentiel appropriées. Ce n'est que lorsque tous les niveaux de protection sont coordonnés entre eux que l'énergie d'un événement de surtension peut être réduite efficacement et que les tensions résiduelles nocives peuvent être limitées à un niveau inoffensif.
Composants pour la protection antisurtension des installations PV
Différents composants techniques sont utilisés pour protéger efficacement les installations PV contre les surtensions et les effets de la foudre. Ils sont spécialement adaptés aux exigences des côtés DC et AC ainsi qu'aux lignes de communication et de données. Les soi-disant Parafoudres (SPD - Surge Protective Devices) de type 1-3 comptent parmi les appareils les plus importants.
Protection extérieure contre la foudre (si nécessaire)
Une protection extérieure contre la foudre est utilisée lorsqu'une analyse des risques l'exige ou lorsque le bâtiment dispose déjà d'un système correspondant. L'objectif est d'intercepter de manière ciblée les coups de foudre directs et de les dévier en toute sécurité vers la terre. Cela comprend des dispositifs de capture tels que des perches ou des fils aux points exposés, des dérivations pour conduire le courant en toute sécurité ainsi qu'un système de mise à la terre bien dimensionné. Ces mesures protègent en premier lieu la substance du bâtiment et servent à la protection structurelle contre l'incendie - les composants électroniques sensibles de l'installation PV nécessitent en outre une protection antisurtension interne. Protection contre les dommages dus aux surtensions pour les lignes de communication et de données
Appareils de protection contre les surtensions (protection interne contre la foudre)
Les appareils de protection contre les surtensions (ESS) protègent matériel électrique contre les conséquences des effets indirects de la foudre et des surtensions de commutation. Selon le lieu d'utilisation et le besoin de protection, on distingue trois types : le type 1 (parafoudre) dévie les courants de foudre élevés et est surtout utilisé à l'entrée des bâtiments. Le type 2 (parafoudre) protège contre les surtensions de commutation et à distance et se trouve dans les armoires de compteurs, les distributions ou sur l'onduleur. Le type 3 (protection fine) complète le type 2 pour protéger les appareils particulièrement sensibles, comme les composants de communication. Dans les installations photovoltaïques, une combinaison harmonisée des trois types est généralement nécessaire.
Différences entre les appareils de protection du côté CC et du côté CA des installations PV
Les installations photovoltaïques fonctionnent à la fois avec du courant continu (DC) du côté des modules solaires et avec du courant alternatif (AC) après la conversion dans l'onduleur. Des deux côtés, une protection contre les surtensions toujours obligatoire. Les appareils de protection se distinguent nettement par leur construction, leur fonctionnement et leurs exigences techniques, en fonction du type de tension.
Sur la Côté DC - c'est-à-dire entre les modules solaires, les strings et l'onduleur - le flux de courant reste constant dans une seule direction. Lors de la déconnexion, un arc électrique stable peut ainsi se former et il est difficile de l'éteindre. Les appareils de protection DC doivent donc disposer de distances de contact plus importantes, de chambres d'extinction d'arc spéciales ou d'autres mesures techniques permettant d'interrompre cet arc électrique en toute sécurité. De plus, les appareils DC sont polarisés, ce qui signifie qu'ils sont clairement marqués "+" et "-" et doivent être installés en fonction du sens du courant. Les lieux d'installation typiques sont les boîtiers de raccordement des générateurs ou les string boxes situés à proximité immédiate des modules. En cas de longues distances de câbles - environ plus de 10 mètres - entre le générateur solaire et l'onduleur, il est recommandé d'utiliser des appareils de protection supplémentaires.
Sur la Côté AC - en aval de l'onduleur, c'est-à-dire dans la zone d'alimentation du réseau - le passage périodique par zéro du courant alternatif facilite l'extinction de l'arc électrique. Les appareils de protection tels que les disjoncteurs ou les parasurtenseurs sont donc généralement conçus de manière plus compacte dans cette zone. Ils ne sont généralement pas polarisés et sont souvent marqués "Line" et "Load" pour distinguer le côté entrée et le côté sortie. Ils sont typiquement installés dans l'armoire de comptage, dans des sous-distributeurs ou directement à la sortie AC de l'onduleur.
Composants supplémentaires
Côté CC, en amont de l'onduleur, on trouve généralement Boîtes de jonction de générateurs avec protection contre les surtensions intégrée. Disjoncteur différentiel (RCD) sont installés du côté AC afin de garantir la protection des personnes et des installations en cas de courants de défaut. Sog. Parafoudre combiné (types 1+2+3) offrent une protection contre la foudre et les surtensions en un seul appareil et sont notamment installés dans les bâtiments équipés d'un système de protection contre la foudre extérieur du côté AC. Enfin, un dispositif intégré empêche Protection contre les surtensions pour les câbles de données Dommages et pics de tension sur les lignes de monitoring, de commande et de communication.
Critères de sélection des composants de protection antisurtension pour les installations PV
Le choix d'appareils de protection antisurtension (ESS) appropriés exige une adaptation minutieuse aux conditions techniques de l'installation PV. Plusieurs critères sont déterminants à cet égard : Le site Tension assignée (Uc) doit être adapté à la tension du système - que ce soit du côté du courant continu ou du côté du courant alternatif - et tenir compte des pics de tension possibles en cas de défaut. Le site Courant de choc admissible (Iimp pour le type 1, Imax pour le type 2) indique les courants de foudre ou de surtension que l'appareil peut évacuer sans être endommagé. Tout aussi décisif est le Niveau de protection (Up)Cette valeur doit être inférieure à la rigidité diélectrique des terminaux à protéger. En outre, les ESPE utilisés doivent conforme aux normes et être conformes à la norme DIN EN 61643-11. Spécialement pour les installations photovoltaïques DC-ÜSE qui sont conçus pour les tensions de chaîne respectives et la capacité de courant requise.
Installation & placement
Pour une protection efficace, il est essentiel d'installer et de placer les appareils correctement. En principe Plus c'est court les chemins de câbles entre les appareils de protection et les composants à protéger, plus le risque est faible des surtensions induites. En particulier du côté DC, un prise de terre à basse impédance indispensable pour pouvoir acheminer de manière fiable les courants dérivés vers la terre. Les lieux de montage dépendent du besoin de protection respectif : sur le Côté DC les ÜSE sont typiquement installés dans la stringbox et à l'entrée de l'onduleur. Sur la Côté AC ils trouvent leur place dans l'armoire de comptage ainsi que - selon la taille de l'installation - dans les sous-distributions. Aussi Lignes de communicationLes connexions de type Ethernet ou RS485, par exemple, doivent être appareils de protection séparés Les appareils de mesure doivent être protégés par des fusibles afin de protéger les enregistreurs de données, les commandes ou les unités de surveillance à distance contre les dommages dus aux surtensions.
Entretien de la protection contre les surtensions
La protection contre les surtensions dans les installations PV est peu d'entretienmais pas sans entretien. Comme les composants dissipent de l'énergie électrique à chaque événement de surtension, ils sont toutefois soumis à une usure naturelle. Des contrôles visuels et fonctionnels réguliers sont donc indispensables pour garantir durablement l'effet protecteur. Les installations modernes disposent de optique ou des indicateurs d'état électroniquesLes appareils de protection contre les surtensions sont équipés d'un système de détection de surtension. Un contrôle ciblé des appareils de protection est particulièrement recommandé après des orages ou des perturbations connues du réseau, en particulier pour les installations situées dans des régions exposées à la foudre. De même, les Documentation est importante : elle permet de détecter à temps d'éventuels points faibles et répond en même temps aux exigences des normes et des assurances. Un concept de maintenance prévoyant augmente ainsi la sécurité de fonctionnement et la durée de vie de l'ensemble de l'installation photovoltaïque.
Conclusion
Une protection antisurtension efficace n'est pas seulement essentielle pour l'exploitation sûre et économique des installations photovoltaïques, elle est aussi souvent une condition de base pour leur réalisation. Les assureurs exigent un concept de protection antisurtension bien pensé dès la phase de planification, en particulier pour les grandes installations commerciales. C'est la seule façon de maîtriser techniquement et de couvrir économiquement les risques liés à la foudre, aux événements de réseau ou aux perturbations internes. Un concept de protection à plusieurs niveaux et conforme aux normes, combiné à une installation professionnelle et à un entretien régulier, garantit la sécurité de fonctionnement, la disponibilité et le maintien de la valeur de l'installation à long terme.