Solis Seminar·11 ｜Comment faire en sorte que la conception de protection contre la foudre des systèmes photovoltaïques (PV) résidentiels soit plus efficace?

Contexte

Les systèmes photovoltaïques (PV) résidentiels sont généralement installés sur le toit des bâtiments résidentiels avec une grande surface métallique, une plus grande distance du sol et dans un emplacement exposé. Par conséquent, les systèmes PV sont faciles d’être des cibles pour la foudre en cas d’orage. Si la centrale ne dispose ni la bonne protection contre la foudre et ni la mise à la masse, la probabilité d’être frappé par la foudre est extrêmement élevée et il risque de provoquer des incendies, des problèmes de sécurité électrique et des pertes de biens et de vies humaines.

L'industrie photovoltaïque a atteint sa maturité. La conception et la construction du système sont devenues plus standardisées. Cependant, des doutes subsistent quant aux exigences en matière de protection contre la foudre: l’ensemble de la conception et de la construction du système dans ce document répond aux exigences des composants, des supports, des onduleurs, des boîtes de distribution électrique et des câbles de mise à la masse.

Pourquoi les dégâts causés par la foudre restent-ils encore monnaie courante ? Pour répondre à cette question, nous partagerons avec vous les problèmes qui sont facilement négligés lors de l’installation et comment faire en sorte que la protection du système soit plus efficace.

PARTIE 1 Solution générale de protection contre la foudre

Figure 1_Plan standard de protection contre la foudre (toit incliné à gauche et toit plat à droite)

Pour les zones où la fréquence des coups de foudre est relativement moindre, les méthodes de mise à la masse indiquées dans la figure 1 sont généralement utilisées sans l’installation de paratonnerres supplémentaires. Si un système est installé sur un toit plat, il est généralement mis à la masse via le couvercle de l’onduleur ou connecté au système de protection contre la foudre existant du bâtiment. Une telle protection contre la foudre peut se révéler inefficace pour les zones à forte probabilité de foudre.

PARTIE 2 Solution améliorée de protection contre la foudre

Avant d'examiner la protection efficace contre la foudre d’un système photovoltaïque, nous devons comprendre les types courants de coups de foudre.


Classification des coups de foudre
Type I: frapper directement le champ de panneaux photovoltaïques à travers la boucle CC dans l’onduleur, appelé coup de foudre directe
Type II: la réaction électrostatique (ou induction électromagnétique) qui se produit près de la matrice carrée, appelé coup de foudre induit
Type III: frapper le dispositif accessoire de guidage de foudre et envahir l’onduleur par le groupe de contre-attaque du réseau de protection contre la foudre enterré, appelé coup de foudre réfléchi
Pour les systèmes photovoltaïques résidentiels, les deux coups de foudre de type Ⅰ et Ⅱ sont les plus courants: le coup de foudre direct et le coup de foudre induit. Si la propriété se trouve dans une région plus susceptible d’être frappée par la foudre ou s’il y a d’autres objets de forte teneur en métal sur le toit, par exemple des dispositifs de chauffage à énergie thermique solaire, des réservoirs d’eau ou l’antenne satellite, la probabilité de ces deux coups de foudre sera plus élevée. Il faut améliorer et renforcer la protection contre la foudre pendant la phase de conception.

Équipement métallique sur le toit

Pour améliorer l’efficacité de la protection contre la foudre pour les systèmes résidentiels, en plus des mesures normales de protection contre la foudre, les points suivants doivent aussi être pris en compte:

1) Si le système dispose d’une grande capacité ou est situé dans une région plus exposée à la foudre, il faut installer un paratonnerre à côté du champ de panneaux solaires ;

2) S’il y a d’autres installations métalliques sur le toit, le côté CC du système PV doit être maintenu aussi loin que possible de ces structures. Il faut s’assurer que l’installation du système PV n’entre pas en contact avec ces structures. Il est également recommandé d’installer un paratonnerre sur le toit.

3) Réduire la zone transversale du câblage du système PV général pour diminuer la force d’un coup de foudre induit.

4) Il est recommandé de mettre en œuvre une solution séparée de protection contre la foudre pour le système photovoltaïque et d’éviter de se connecter simplement au système original de protection contre la foudre du bâtiment.


Solution améliorée de protection contre la foudre (toit incliné / toit plat)
PARTIE 3 Étude de cas
Ce projet se situe à Fenghua, Chine. Selon les statistiques, le nombre moyen annuel de jour de foudre de cette région dépasse 75 jours, elle est donc définie comme une région plus susceptible d’être frappée par la foudre. Les bâtiments résidentiels sur place disposent d’une grande surface de toit plat. La capacité totale installée est de 28 kW, avec un onduleur GCI-25K-5G, donc, le schéma du système de protection contre la foudre indiquée dans la figure ci-dessous est ce qui a été mis en place.

Solution de protection contre la foudre sur site du système PV

En plus de la protection contre la foudre du bâtiment pour les modules solaires, les supports, les onduleurs et les boîtes de distribution électrique, le système de protection contre la foudre de ce projet ajoute également les éléments de sécurité suivants basés sur le plan ci-dessus:

1) Pour les parties les plus vulnérables du système, par exemple l’onduleur, il faut s’assurer que la mise à la masse électrique (interne) et la mise à la masse (externe) du couvercle sont effectivement connectées.

Protection de mise à la masse de l’onduleur

1) Ajout de quatre paratonnerres ronds en acier de 1,5 m de longueur et de Φ10 mm aux quatre coins du groupe et soudés sur la propre bande parafoudre du bâtiment pour réduire l’impact d’un coup de foudre direct sur le système.

Paratonnerre supplémentaire

2) Mise à la masse séparée du système PV résidentiel: choisissez un emplacement où le sol est suffisamment épais et humide et creusez un trou de 1,5 m de profondeur, puis utilisez l’acier rond de Φ8 (l’acier plat de 40*4 mm ou l’acier rond de Φ10 peuvent également être utilisés) pour effectuer la mise à la masse séparée. La résistance de terre est de 2,68 Ω et répond à l’exigence de moins de 4 Ω.

PARTIE 4 Résumé
La protection contre la foudre et la mise à la masse des systèmes photovoltaïques résidentiels ne peuvent pas être ignorées. Par conséquent, dans le processus d’installation du système, nous devons non seulement prendre en compte la technologie scientifique de protection contre la foudre et de mise à la masse, mais également renforcer la protection contre la foudre du système en fonction des conditions du site. En bref, prenez le temps de réfléchir à la protection contre la foudre de votre système PV, car un soin et une attention méticuleux dans la phase de conception et d’installation peuvent éviter une foule de problèmes ultérieurs. Une protection sûre et stable contre la foudre et une construction de mise à la terre peuvent éviter des dommages au système et même des pertes personnelles et de biens.