SPD DC pour solaire : Guide de la Ucpv, du type et du placement

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Choisissez un SPD DC pour le solaire en fonction du champ PV et de l'installation, et non en fonction de la tension nominale ou de la valeur kA la plus élevée. Calculez d'abord la tension en circuit ouvert maximale par temps froid d'une chaîne. Ensuite, présélectionnez un SPD DC photovoltaïque avec un Ucpv et une configuration système appropriés, choisissez le Type 2 ou le Type 1+2 en fonction de l'exposition à la foudre et de la conception de la protection contre la foudre, déterminez où la protection est nécessaire, et vérifiez Up, la compatibilité avec les courts-circuits, la protection de secours et les instructions exactes du fabricant.

Vérification de la sélection	Décision à enregistrer
Tension maximale de chaîne	Voc calculée par temps froid pour la chaîne la plus longue autorisée
Adéquation de la tension du SPD	Ucpv et configuration du système électrique PV adaptés à cette tension maximale
Type de SPD	Type 2 ou Type 1+2 selon l'exposition, le système de protection contre la foudre externe, la séparation et les règles du projet
Emplacement	Champ PV/combinateur, entrée DC de l'onduleur, ou les deux extrémités de câble après examen de la conception
Performance de protection	Up, In/Imax ou Iimp selon le cas, et coordination avec la tenue du matériel
Sécurité contre les courants de défaut	Direction Iscpv/SCCR, dispositif de protection de secours autorisé et courant de défaut disponible
Preuve	Fiche technique PV DC, documents de conformité/test applicables, schéma de câblage et instructions d'installation

Cette page concerne la sélection de la tâche. Pour les dispositions au niveau des bornes, utilisez le guide de câblage SPD et le schéma de câblage du coffret de regroupement solaire. dédié. Un schéma de projet et le manuel exact du SPD restent les documents de référence.

Quel est le rôle d'un SPD dans un système solaire ?

Un parafoudre limite une surtension de courte durée et dévie le courant de surtension à travers son chemin de protection conçu. Du côté PV DC, il est destiné à réduire la tension transitoire atteignant l'onduleur, l'équipement de regroupement, le matériel de surveillance ou d'autres appareils connectés.

Un SPD ne remplace pas un fusible DC, un disjoncteur, un sectionneur, un système de liaison équipotentielle ou un système de protection externe contre la foudre. Il ne régule pas non plus une haute tension soutenue. Ces fonctions doivent être coordonnées dans le cadre de l'installation.

Les systèmes PV nécessitent généralement des examens distincts au niveau de quatre interfaces :

les circuits DC du champ de panneaux ou du coffret de jonction ;
l'entrée DC de l'onduleur ;
la sortie AC de l'onduleur ou le tableau de distribution ; et
les lignes de données, de capteurs ou de communication.

The DC and AC products are not interchangeable. IEC 61643-31:2018 applies to SPDs dedicated to the DC side of photovoltaic generators and inverters up to 1,500 V DC. IEC 61643-32:2017 addresses selection and application for PV installations. AC-side devices follow the applicable AC SPD product and installation framework.

Étape 1 : Calculer la Voc maximale de la chaîne par temps froid

La tension en circuit ouvert du module PV augmente à mesure que la température de la cellule diminue. Cela fait de la tension Voc maximale possible de la chaîne de l'installation — et non de la tension DC nominale de l'onduleur — le point de départ pour la sélection de Ucpv.

Utilisez le coefficient de température de tension du fabricant du module et la température minimale de conception requise par la méthode du projet. Un calcul simplifié est :

Voc,max = Nseries × Voc,module,STC × [1 + |βVoc| × (25 − Tmin)]

Où ?

Nsérie est le nombre de modules en série dans une chaîne ;
Voc,module,STC est la tension en circuit ouvert du module dans les conditions de test standard ;
βVoc est la valeur absolue du coefficient de température de Voc par degré Celsius, exprimée sous forme décimale ; et
Tmin est la température de conception utilisée par la méthode du projet applicable.

Exemple pratique

Considérons 20 modules en série, chacun avec une Voc de 45 V aux STC. La fiche technique du module indique un coefficient de température de Voc de −0,30 %/°C, et la température minimale de conception est de −10 °C.

String Voc at STC = 20 × 45 V = 900 V
Temperature difference = 25 − (−10) = 35°C
Cold correction factor = 1 + 0.003 × 35 = 1.105
Voc,max = 900 V × 1.105 = 994.5 V

The result is too close to treat a 1,000 V Ucpv label as an automatic choice. The engineer must apply the relevant standard method, required margin, module tolerance, inverter maximum input voltage, and the SPD manufacturer’s instructions. Some IEC-oriented manufacturer guidance applies an additional Ucpv relationship to maximum array voltage; use the project-approved method rather than mixing rules from different markets.

N'augmentez pas la Ucpv sans tenir compte du niveau de protection. Une tension de fonctionnement continu plus élevée peut également être associée à une Up plus élevée. La sélection est un problème de coordination : le SPD doit tolérer la tension PV maximale normale tout en limitant les transitoires en dessous de l'objectif de tenue de l'équipement protégé, en incluant les effets des conducteurs d'installation.

Étape 2 : Adapter le SPD au système DC photovoltaïque

L'étiquette “ DC SPD ” ne suffit pas. Confirmez que le dispositif est destiné à une utilisation en courant continu photovoltaïque et qu'il correspond à la configuration du circuit.

Vérifier	Pourquoi c’est important	Preuves à demander
Application PV DC	Le comportement de l'arc DC et de la déconnexion diffère de celui du AC	Fiche technique mentionnant l'utilisation PV DC et la norme produit applicable
UCVP	Doit rester adapté à la tension PV normale maximale	Valeur nominale et règle de sélection du fabricant
Modes de protection et pôles	Doit correspondre à une architecture PV mise à la terre, mise à la terre fonctionnelle ou flottante	Schéma de circuit du fabricant pour le modèle exact
Iscpv ou comportement en court-circuit déclaré	Le SPD doit être sûr dans les conditions de courant de défaut PV disponibles	Données d'essai/nominales et agencement de protection autorisé
Codage des cartouches enfichables	Empêche l'installation d'un remplacement incompatible	Compatibilité des références de la base et de la cartouche
Limites environnementales	Les boîtiers de raccordement peuvent être soumis à la chaleur, à l'humidité, à la condensation et aux effets de l'altitude	Limites de température, d'altitude, d'enveloppe et de degré de pollution

La norme IEC 61643-31 exclut explicitement les SPD pour les systèmes PV avec stockage d'énergie, tels que les batteries. Cela ne signifie pas qu'un projet PV avec stockage ne peut pas utiliser de protection contre les surtensions ; cela signifie que la protection côté batterie et côté convertisseur nécessite son propre équipement et ses propres justificatifs. Utilisez le guide de protection contre les surtensions pour BESS pour cette application distincte.

Étape 3 : Choisir un Type 2 ou Type 1+2 selon l'exposition

Le type n'est pas un niveau de qualité. Les dispositifs de type 1 et les dispositifs combinés de type 1+2 sont évalués pour supporter les courants de foudre ; les dispositifs de type 2 traitent le contexte des essais de courant de choc utilisés pour les surtensions induites et de manœuvre. La sélection suit les chemins de courant de foudre de l'installation, et non l'hypothèse selon laquelle une valeur nominale plus élevée est toujours préférable.

Condition d'installation	Point de départ pour l'examen de la conception	Ce qui doit déterminer le choix final
Installation photovoltaïque en toiture sans système de protection contre la foudre externe	Le type 2 est couramment évalué pour les surtensions induites	Règles locales, évaluation des risques, instructions de l'onduleur, cheminement des câbles et exposition du site
Bâtiment avec un système de protection contre la foudre externe et une distance de séparation adéquate maintenue	Le type 2 peut faire partie de la conception coordonnée	Conception du système de protection contre la foudre (LPS), calcul de séparation, concept de liaison équipotentielle et norme applicable
LPS externe présent et séparation impossible à maintenir	La capacité de type 1 ou de type 1+2 est généralement évaluée aux points d'entrée pertinents	Répartition attendue du courant de foudre, classe LPS, cheminement des conducteurs et spécification du projet
Site photovoltaïque exposé au sol ou site utilitaire	Une coordination spécifique au projet de type 1/type 1+2 et de type 2 peut être justifiée	Risque de foudre, mise à la terre maillée, entrées de câbles multiples, coût des temps d'arrêt et étude d'ingénierie
Remplacement dans un coffret de regroupement existant	Respectez la conception approuvée ; ne déduisez pas le type de l'apparence	Dessins originaux, données exactes de la base/cartouche et historique des modifications sur site

Iimp appartient au contexte d'essai de courant de foudre de Type 1, généralement associé à une impulsion de 10/350 μs. In et Imax sont associés au contexte d'onde de courant 8/20 μs utilisé pour les performances de Type 2. Ces valeurs ne sont pas interchangeables, par conséquent, un nombre de kA de crête plus élevé sous une forme d'onde ne prouve pas une capacité supérieure sous une autre. Le Guide des Type 1, Type 2 et Type 3 explique la limite de classification.

Étape 4 : Déterminer où le SPD DC solaire est nécessaire

Le placement contrôle le chemin de protection réel. Le SPD doit être évalué près de l'entrée de câble ou de l'équipement qu'il protège, avec des connexions maintenues aussi courtes et directes que la conception approuvée le permet.

Localisation	But	Questions de conception
Boîte de jonction de champ ou coffret de regroupement de chaînes	Limiter les surtensions entrant dans les circuits de chaînes extérieurs ou induites sur ceux-ci	L'enveloppe est-elle appropriée ? Le point de liaison équipotentielle est-il proche ? Chaque architecture d'entrée correspond-elle au SPD ?
Entrée CC de l'onduleur	Réduire la tension transitoire aux bornes de l'onduleur	La protection est-elle intégrée et documentée ? Quelle est la distance par rapport au SPD côté champ photovoltaïque ?
Les deux extrémités d'un cheminement de câble DC plus long	Contrôler la tension transitoire aux deux extrémités du câble	La norme IEC 61643-32, le manuel de l'onduleur ou la conception du projet préconisent-ils une protection supplémentaire basée sur la distance ?
Sortie AC de l'onduleur ou tableau AC	Traiter les surtensions entrant par le réseau AC	Utiliser un SPD AC adapté au système électrique ; ne pas réutiliser par hypothèse un dispositif DC pour PV
Interface de surveillance et de communication	Protéger les chemins de signaux qui peuvent contourner les SPD de puissance	Faire correspondre la tension du signal, l'interface, la bande passante et le concept de mise à la terre

De nombreux guides citent environ 10 m entre l'équipement et un SPD comme point de contrôle pour évaluer une protection supplémentaire. Considérez cela comme un déclencheur de conception d'application, et non comme une règle universelle. L'édition applicable, la topologie du système, le cheminement des câbles, la conception du LPS, la tenue de l'équipement et les conseils du fabricant déterminent l'agencement final.

De même, des câbles courts sont importants car la variation rapide du courant de surtension crée une élévation de tension inductive dans les conducteurs de connexion. La tension de protection installée n'est pas seulement la valeur Up indiquée ; la longueur et le cheminement des conducteurs s'ajoutent à ce que l'équipement peut subir. Évitez les grandes boucles et le montage à distance, mais respectez la section et le cheminement des conducteurs indiqués dans les instructions d'installation spécifiques.

Étape 5 : Lire les caractéristiques nominales comme un ensemble

Marquage ou paramètre	Question de sélection	Erreur courante
UCVP	Est-il adapté à la tension maximale de chaîne par temps froid et à l'architecture PV ?	Sélection à partir de la tension nominale de l'onduleur
En haut	Le niveau de protection est-il coordonné avec la tenue de l'équipement après prise en compte des effets de connexion ?	Supposer que le Up le plus bas du catalogue est le meilleur dans tout système
En	La capacité de courant de décharge nominal répété est-elle appropriée pour le service de Type 2 ?	Appeler In le courant de foudre maximal possible
Imax	Quelle valeur maximale de test de courant de décharge de Type 2 est déclarée ?	La comparer directement avec Iimp
Jeimp	Quelle capacité de courant de foudre de Type 1 est déclarée par pôle ou mode de protection ?	Additionner des valeurs différentes ou ignorer la forme d'onde
Direction Iscpv/SCCR	Le SPD et le dispositif de protection peuvent-ils supporter les conditions de court-circuit disponibles ?	Choisir un disjoncteur de secours par habitude
Limites de Uoc ou de configuration du système	Quelles architectures PV et relations de tension sont autorisées ?	Supposer que tout produit semblant bipolaire convient à toute installation flottante
État et contact distant	Comment la perte de protection sera-t-elle détectée ?	Traiter un indicateur de coffret de regroupement fermé comme un programme de maintenance

Utilisez la guide de fiche technique SPD lors de la comparaison des déclarations. Ne classez pas les dispositifs uniquement selon Imax ; l'adéquation de la tension, le niveau de protection, le type, la sécurité contre les court-circuits et la géométrie de l'installation affectent tous le résultat.

Étape 6 : Vérifier la protection contre les courts-circuits et la protection de secours

Un SPD est connecté en parallèle avec le circuit qu'il protège. Il transporte peu de courant normal dans un état stable sain, mais un composant de protection défaillant ou dégradé peut créer une condition de défaut. Le fusible ou le disjoncteur externe, la protection interne et la valeur nominale de court-circuit déclarée doivent donc être coordonnés avec le courant disponible et les instructions d'installation.

Avant approbation, enregistrez :

courant de court-circuit disponible au point d'installation ;
la déclaration de courant de court-circuit ou de courant de défaut PV applicable au SPD ;
si une protection de secours externe est requise ;
le type de dispositif autorisé et les valeurs nominales maximales/minimales, lorsque le fabricant les spécifie ;
section du conducteur et couple de serrage des bornes ;
méthode d'isolation pour une maintenance en toute sécurité ; et
si le remplacement d'une cartouche restaure tous les modes de protection.

Ne remplacez jamais un fusible ou un disjoncteur par un calibre supérieur parce que le dispositif précédent s'est déclenché ou parce qu'un déclenchement intempestif est suspecté. Le guide de raccordement des disjoncteurs existants explique les preuves requises avant de partager ou de sélectionner un dispositif en amont.

Sélection de SPD DC solaire par type de projet

Projet	Liste de sélection pratique	Questions supplémentaires
Petit toit résidentiel	PV Type 2 près de l'onduleur ou du point d'entrée approuvé du champ de panneaux	Un SPD est-il déjà intégré ? Quelle protection existe-t-il côté AC ? Un LPS externe est-il présent ?
Toit commercial avec boîtes de jonction	Type 2 aux points d'entrée DC documentés ; Type 1+2 lorsque le LPS ou l'exposition l'exige	Distances de câbles, zones de toit, signalisation à distance, température de l'enveloppe et cartouches de rechange
Centrale au sol	Coordination multi-sites conçue	Réseau de terre maillé, longues distances, stations d'onduleurs multiples, densité de foudre et surveillance de la maintenance
1,500 V utility array	SPD DC PV spécifiquement documenté pour la classe de tension	Voc maximale de la chaîne, déclassement en fonction de l'altitude/température, limites de l'onduleur et preuves d'essais exactes
PV avec stockage par batterie	Examens séparés pour le PV, la batterie, le convertisseur, l'AC et le signal	Le champ d'application PV de la norme IEC 61643-31 ne couvre pas automatiquement l'application côté batterie

Documents à demander avant l'achat

Une demande de prix (RFQ) utile définit le système avant de demander une référence de pièce.

Champ RFQ	Donnée d'entrée du projet
Application	Toiture, montage au sol, coffret de regroupement, entrée DC de l'onduleur ou remplacement
Voc maximale de la chaîne	Valeur corrigée et méthode de calcul
Tension nominale et maximale du système	Inclure les limites de l'onduleur et du champ photovoltaïque
LPS externe	Présent/absent, classe et état de séparation
Type de SPD	Type 2 ou Type 1+2 selon la conception
Modes de protection requis	À partir de la topologie PV et du schéma du fabricant
Up, In, Imax, Iimp	Valeurs requises dans le contexte de test approprié
Courant de défaut disponible	Au point d'installation prévu
Protection de sauvegarde	Type/calibre requis ou preuve qu'aucun n'est nécessaire
Environnement	Conditions d'enveloppe, de température, d'altitude, d'humidité, de condensation et de pollution
Contrôle	État visuel, contact distant et réponse de maintenance
Preuve	Disponibilité de la fiche technique, de la déclaration/du certificat, du rapport d'essai, du manuel d'installation et de la compatibilité de remplacement

Pour une nomenclature de coffret de regroupement et une limite de fonction de protection, utilisez le guide de conception de protection de coffret de regroupement solaire. Pour vérifier un SPD DC livré avant l'installation, utilisez le guide d'inspection et d'essai pré-installation de SPD DC.

Erreurs de sélection courantes

Utilisation d'un SPD AC sur le côté DC photovoltaïque. Une forme de boîtier similaire n'établit pas la conformité pour le DC photovoltaïque.
Utilisation de la tension nominale au lieu de la Voc par temps froid. Cela peut placer le fonctionnement normal trop près ou au-dessus de Ucpv.
Choisir uniquement en fonction du kA. La forme d'onde, le type, le mode de protection et le niveau de tension sont importants.
Supposer qu'un type 1+2 est toujours meilleur. Il doit toujours être coordonné avec l'équipement et l'installation.
Protéger une seule interface. Les chemins DC, AC et de communication nécessitent un examen séparé.
Copier un schéma de raccordement générique. La disposition des pôles et les modes de protection sont spécifiques au système et au modèle.
Ignorer la sécurité contre les court-circuits. La protection de secours et le courant de défaut disponible ne sont pas des champs de documentation optionnels.
Laisser l'état invisible. Une cartouche défaillante à l'intérieur d'un boîtier extérieur fermé peut passer inaperçue sans inspection ou signalisation à distance.

Foire Aux Questions

Quelle taille de SPD dois-je choisir pour un système solaire ?

Il n'existe pas de “ taille ” unique en kA. Calculez la Voc maximale des chaînes par temps froid, sélectionnez une Ucpv et une configuration de système appropriées, choisissez le type de SPD en fonction de l'exposition, puis coordonnez Up, les valeurs nominales de courant de décharge, la sécurité contre les courants de défaut et l'emplacement.

Is a 1,000 V DC SPD suitable for every 1,000 V solar system?

No. “1,000 V system” is not the calculation result. The longest string’s cold-weather Voc, the SPD’s Ucpv rule, the inverter limit, topology, and project margin all need verification.

Ai-je besoin d'un SPD à la fois au niveau du boîtier de jonction et de l'onduleur ?

Possiblement. Des chemins de câbles plus longs, des structures séparées, l'exposition des entrées de câbles, la tenue du matériel et la conception en vigueur peuvent justifier une protection aux deux extrémités. Ne transformez pas une règle empirique de distance en une prescription universelle.

Un seul SPD peut-il protéger à la fois les côtés DC et AC d'un onduleur solaire ?

Non, en tant qu'hypothèse de sélection générale. Les circuits PV DC et AC ont des comportements de tension, des exigences de produit, des modes de protection et des dispositions de raccordement différents. Évaluez chaque interface séparément.

Un SPD solaire protège-t-il contre un coup de foudre direct ?

Un SPD est un élément d'un concept coordonné de protection contre la foudre et les surtensions. L'exposition à la foudre directe peut nécessiter un système de protection externe (LPS), une liaison équipotentielle, une séparation, des SPD de type 1 capables de supporter le courant de foudre et une conception basée sur l'analyse des risques. Aucun SPD ne garantit à lui seul une protection contre chaque impact ou niveau d'énergie.

Références techniques

Une fois les données d'entrée du projet documentées, comparez Options de parafoudre VIOX par rapport à la tension DC PV exacte, au type, aux modes de protection, aux exigences en matière de courant de défaut, à l'environnement et au dossier justificatif.

Ce guide aide à la sélection et à l'examen des approvisionnements ; il ne s'agit pas d'une instruction de câblage de projet. La conception finale, l'installation, les essais et la maintenance doivent respecter les règles applicables, la documentation de l'onduleur, les instructions exactes du SPD et l'examen par un électricien qualifié.

SPD DC pour installation solaire photovoltaïque : comment sélectionner Ucpv, le type et l'emplacement