Les générateurs PV présentent deux caractéristiques particulières : leur niveau de tension continue et le fait qu’ils ne peuvent pas être coupés tant que les modules PV sont exposés au soleil. Le courant de court-circuit produit par le module PV est trop faible pour déclencher la déconnexion automatique de l’alimentation électrique. Les mesures de protection les plus utilisées ne s’appliquent donc pas aux systèmes PV. Cependant, les modules PV étant installés à l’extérieur, ils sont soumis aux intempéries. Et comme ils peuvent être installés sur des toits, il convient d’accorder une attention particulière au risque d’incendie et à la protection des pompiers et du personnel des services d’urgence.
- Protection des personnes contre les chocs électriques :
La norme CEI 60364-7-712 stipule que les systèmes PV dont l’UOC MAX (UOC = tension en circuit ouvert) est supérieure à 120V DC doivent utiliser une » isolation double ou renforcée » comme protection contre les chocs électriques.
Les dispositifs de commutation, tels que les fusibles ou les disjoncteurs du côté DC, n’offrent pas de protection contre les chocs électriques car il n’y a pas de déconnexion automatique de l’alimentation électrique.
La protection contre les surtensions, lorsqu’elle est utilisée, protège les cellules photovoltaïques contre le courant inverse et les câbles contre la surcharge. La norme CEI 60364-7-712 stipule que les systèmes PV dont l’UOC MAX (UOC = tension en circuit ouvert) est supérieure à 120V DC doivent utiliser une » isolation double ou renforcée » comme protection contre les chocs électriques.
Une isolation double ou renforcée est une mesure de protection contre les chocs électriques, mais elle n’exclut pas tout risque de défaut d’isolation. Un défaut d’isolation en courant continu peut être plus dangereux car l’arc a moins de chance de s’éteindre de lui-même qu’en courant alternatif.
Les dispositifs de commutation, tels que les fusibles ou les disjoncteurs du côté DC, n’offrent pas de protection contre les chocs électriques car il n’y a pas de déconnexion automatique de l’alimentation électrique.
La protection contre les surtensions protège les cellules photovoltaïques contre le courant inverse et les câbles contre la surcharge.
- Risque d’incendie : protection contre les effets thermiques
D’une manière générale, trois situations peuvent entraîner des températures anormalement élevées et un risque d’incendie dans un système photovoltaïque : un défaut d’isolation, un courant inverse dans un module photovoltaïque et une surcharge des câbles ou des équipements.
Lorsqu’un défaut d’isolation est détecté, quelle que soit la solution retenue, l’onduleur est arrêté et déconnecté du côté CA, mais le défaut est toujours présent du côté CC et la tension entre les pôles (La tension entre les pôles est la tension de circuit ouvert du générateur PV tant que le soleil brille.)
Cette situation ne peut être tolérée sur une longue période et le défaut doit être trouvé et éliminé. Sinon, un second défaut peut se développer sur l’autre pôle, entraînant la circulation du courant dans les conducteurs de mise à la terre et les parties métalliques de l’installation PV sans garantie de bon fonctionnement des dispositifs de protection.
Le générateur PV doit être vérifié pour s’assurer qu’il est isolé de la terre.
Lorsqu’il n’y a pas d’isolation électrique entre le côté CA et le côté CC :
- Il est impossible de mettre un pôle à la terre.
- La protection CA peut être utilisée pour détecter les défauts d’isolation.
Lorsque le côté CA et le côté CC sont séparés de la terre par une isolation galvanique :
- Un dispositif de protection contre les surintensités (qui détecte également les défauts d’isolation) doit être utilisé pour déclencher le conducteur mis à la terre en cas de défaut, si la technologie des cellules PV (par exemple, les couches minces de silicium amorphe) exige qu’un des conducteurs soit directement mis à la terre.
- Un dispositif de contrôle de l’isolation doit être utilisé si la technologie des cellules PV exige que l’un des conducteurs soit mis à la terre par résistance.
- Un dispositif de surveillance de l’isolation doit également être utilisé lorsque la technologie des cellules PV n’exige pas la mise à la terre de l’un des conducteurs.
Le dispositif de surveillance de l’isolation doit être choisi en tenant compte à la fois de l’UOC MAX et de la capacité entre les pôles et la terre qui provoque un courant de fuite. En outre, la capacité des câbles et de l’onduleur doit également être prise en compte. Un dispositif de surveillance de l’isolation capable de gérer une capacité allant jusqu’à 500μF est adapté au système photovoltaïque.
- Protection des modules PV contre le courant inverse
Un court-circuit dans un module PV, un câblage défectueux ou un défaut connexe peut provoquer un courant inverse dans les chaînes PV. Cela se produit si la tension en circuit ouvert d’un string est sensiblement différente de la tension en circuit ouvert des strings parallèles connectés au même onduleur. Le courant circule des chaînes saines vers la chaîne défectueuse au lieu de circuler vers l’onduleur et de fournir de l’énergie au réseau CA. Le courant inverse peut entraîner des élévations de température dangereuses et des incendies dans le module PV. La capacité de résistance du module PV doit donc être testée conformément à la norme IEC 61730-2 et le fabricant du module PV doit fournir la valeur maximale du courant inverse (IRM).
- Courant inverse dans le string défectueux = courant total des strings restants.
La protection contre les surintensités des strings doit être utilisée si le nombre total de strings qui pourraient alimenter un string défectueux est suffisamment élevé pour fournir un courant inverse dangereux :
1,35 IRM < (Ns – 1) ISC MAX
IRM : la caractéristique maximale de courant inverse des cellules PV définie dans la norme IEC 61730.
Ns : le nombre total de chaînes
Il n’y a pas de risque de courant inverse lorsqu’il n’y a qu’une seule chaîne. Lorsqu’il y a deux branches avec le même nombre de modules PV connectés en parallèle, le courant inverse sera toujours inférieur au courant inverse maximum. Ainsi, lorsque le générateur PV est composé d’une ou deux branches seulement, il n’est pas nécessaire de prévoir une protection contre le courant inverse.
- Protection de la branche (IEC 60364-7-712 2017 712.433.1.101.2)
Lorsque la protection de la chaîne contre les surintensités est requise, chaque chaîne PV doit être protégée par un dispositif de protection contre les parafoudres.La valeur nominale de la protection contre les parafoudres (fusible ou disjoncteur) du dispositif de protection contre les surtensions de la chaîne doit être supérieure à 1,5 fois le courant de court-circuit de la chaîne ISC_MOD et inférieure à 2,4 ISC_MOD.
- Protection de sous-réseau (IEC 60364-7-712 2017 712.433.1.101.3)
Le courant nominal de déclenchement (ITRIP) des dispositifs de protection contre les surintensités pour les sous-réseaux PV (fusibles ou disjoncteurs) doit être supérieur à 1,25 fois le courant de court-circuit du sous-réseau ISC_STC_SUB-ARRAY et inférieur à 2,4 ISC_STC_SUB-ARRAY.
Le choix du calibre de protection contre les surintensités doit être fait de manière à éviter un déclenchement inattendu en fonctionnement normal, compte tenu de la température.
- Disjoncteurs ou fusibles :
Les disjoncteurs ou les fusibles peuvent être utilisés pour assurer une protection contre les surintensités. Les fusibles, généralement sur le porte-fusible ou directement connectés aux barres ou aux câbles, ne fournissent pas de fonction de coupe-circuit de charge. Ainsi, lorsque des fusibles sont utilisés, des interrupteurs-sectionneurs doivent également être fixés pour déconnecter les fusibles de l’onduleur afin de permettre le remplacement des cartouches. Ainsi, un boîtier de réseau équipé de fusibles sur des porte-fusibles pour la protection de la chaîne, par exemple, doit également comporter un interrupteur principal.
Les disjoncteurs offrent un réglage fin et une plus grande précision que les fusibles afin de permettre l’utilisation de câbles, notamment pour les câbles de sous-réseaux, qui sont plus petits que les fusibles
Double défaut à la terre
Les systèmes PV sont soit isolés de la terre, soit un pôle est mis à la terre par une protection contre les surintensités. Dans les deux cas, il peut donc y avoir un défaut à la terre dans lequel le courant fuit vers la terre. Si ce défaut n’est pas éliminé, il peut se propager au pôle sain et donner lieu à une situation dangereuse où un incendie peut se déclarer. Même si la double isolation rend cette éventualité peu probable, elle mérite toute l’attention.
- Sélection d’appareillages et de boîtiers
Double isolation
Les armoires du côté courant continu doivent fournir une double isolation.
Les problemes thermiques
Le comportement thermique des appareillages de commutation et des boîtiers doit être surveillé de près. Les boîtiers de générateurs PV et les boîtiers de groupes sont généralement installés à l’extérieur et exposés aux éléments. En cas de températures ambiantes élevées, des niveaux d’IP élevés pourraient réduire le flux d’air et la dissipation de la puissance thermique. En outre, la façon dont les dispositifs de commutation fonctionnent à haute tension – c’est-à-dire par l’utilisation de pôles en série – augmente leur température. Il convient donc d’accorder une attention particulière à la température des appareils de commutation à l’intérieur des armoires extérieures, côté courant continu.
La protection des câbles doit être conforme aux exigences de la norme CEI 60364. La partie 7-712 de la norme stipule que toutes les armoires côté courant continu doivent répondre aux exigences de la norme CEI 61439. Cette norme couvre l’appareillage de commutation basse tension et les systèmes de commande.