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UN MOYEN EFFICACE DE PROTÉGER LE SYSTÈME PHOTOVOLTAÏQUE DE L'ÉNERGIE SOLAIRE CONTRE LA FOUDRE ET LES SURTENSIONS

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UN MOYEN EFFICACE DE PROTÉGER LE SYSTÈME PHOTOVOLTAÏQUE DE L'ÉNERGIE SOLAIRE CONTRE LA FOUDRE ET LES SURTENSIONS

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Une surtension dommageable peut être provoquée par la foudre et les surtensions qui frappent à une grande distance du système, ou même entre les nuages. La foudre et les surtensions sont une cause fréquente de défaillance des systèmes photovoltaïques (PV) et éoliens. Mais la plupart des dommages causés par la foudre et les surtensions peuvent être évités. Voici quelques-unes des techniques les plus rentables qui sont généralement acceptées par les installateurs de systèmes électriques, sur la base de décennies d'expérience. Suivez ces conseils et vous aurez de très bonnes chances d'éviter les dommages causés par la foudre et les surtensions à votre système photovoltaïque d'énergie renouvelable (ER).

Protection contre la foudre et les surtensions

Des parafoudres spécialisés (parafoudres DC et dispositifs de protection contre les surtensions AC) et (éventuellement) des paratonnerres sont recommandés pour les sites présentant l'une des conditions suivantes :

- Emplacement isolé sur un terrain élevé dans une zone de foudre sévère

- Sol sec, rocheux ou peu conducteur

- Longueurs de câble supérieures à 30 m (100 pieds)

Parafoudres (dispositif de protection contre les surtensions, parafoudres, SPD)

Les parafoudres sont conçus pour absorber les pics de tension provoqués par les orages électriques (ou par une alimentation électrique hors normes), et permettent effectivement à la surtension de contourner le câblage électrique et votre équipement. Les parafoudres doivent être installés aux deux extrémités de tout long fil connecté à n'importe quelle partie de votre système, y compris les lignes CA d'un onduleur. Les parafoudres sont fabriqués pour différentes tensions CA et CC. Veillez à utiliser les parafoudres appropriés pour votre application.

Paratonnerres

"Les paratonnerres sont des dispositifs de décharge statique placés au-dessus des bâtiments et des panneaux solaires, et reliés à la terre. Ils sont destinés à empêcher l'accumulation de charges statiques et l'ionisation éventuelle de l'atmosphère environnante. Ils peuvent aider à prévenir une grève, et peuvent fournir un chemin pour un courant très élevé vers la terre si une grève se produit. Les dispositifs modernes sont en forme de pointe, souvent avec plusieurs pointes.

Les barres d'éclairage ne sont généralement utilisées que sur les sites qui subissent des orages électriques extrêmes. Si vous pensez que votre site entre dans cette catégorie, engagez un entrepreneur qui a de l'expérience en matière de protection contre la foudre. Si l'installateur de votre système n'est pas aussi qualifié, envisagez de consulter un spécialiste de la protection contre la foudre avant l'installation du système.

Mettez vous à la terre

Les parafoudres de classe I, les parafoudres de classe II et les parafoudres de classe III sont conçus pour protéger les équipements électroniques en absorbant les surtensions électriques. Toutefois, ces dispositifs ne remplacent pas une bonne mise à la terre. Ils ne fonctionnent qu'en conjonction avec une mise à la terre efficace.

La mise à la terre est la technique la plus fondamentale de protection contre la foudre et les surtensions. Vous ne pouvez pas arrêter une surtension due à la foudre, mais vous pouvez lui donner un chemin direct vers la terre qui contourne votre équipement de valeur et décharge en toute sécurité la surtension dans la terre. Un chemin électrique vers la terre déchargera constamment l'électricité statique qui s'accumule dans une structure hors sol. Souvent, cela empêche l'attraction de la foudre en premier lieu.

La première étape de la mise à la terre consiste à construire un chemin de décharge vers la terre en reliant (interconnectant) tous les composants structurels métalliques et les boîtiers électriques, tels que les cadres de modules PV, les supports de montage et les tours d'éoliennes. Évitez les coudes brusques dans les fils de terre : les surtensions n'aiment pas les virages serrés et peuvent facilement atteindre le câblage voisin. Faites particulièrement attention aux fixations des fils de cuivre aux éléments structurels en aluminium (notamment les cadres de modules PV). Utilisez des connecteurs étiquetés " AL/CU " et des fixations en acier inoxydable, qui réduisent le risque de corrosion. Les fils de terre des circuits CC et CA seront également connectés à ce système de mise à la terre. (Pour plus de conseils, consultez les articles du Code Corner sur la mise à la terre des panneaux photovoltaïques dans les sections HP102 et HP103)

Tiges de terre

L'aspect le plus faible de nombreuses installations est la connexion à la terre elle-même. Vous devez enterrer ou marteler une tige de métal conducteur et non corrosif (généralement du cuivre) dans le sol, et vous assurer que la majeure partie de sa surface est en contact avec un sol conducteur (c'est-à-dire humide). De cette façon, lorsque de l'électricité statique ou une surtension survient dans la ligne, les électrons peuvent s'écouler dans le sol avec une résistance minimale.

De la même manière qu'un champ de drainage dissipe l'eau, la mise à la terre agit pour dissiper les électrons. Si un tuyau de drainage ne se déverse pas suffisamment dans le sol, des refoulements se produisent. Lorsque les électrons refoulent, ils sautent l'espace (formant un arc électrique) vers votre câblage électrique, à travers votre équipement, et seulement ensuite vers la terre.

Pour éviter ce qui précède, il faut installer une ou plusieurs tiges de mise à la terre cuivrées de 2,4 m de long et de 16 mm de diamètre, de préférence dans un sol humide. Une seule tige n'est généralement pas suffisante, surtout dans un sol sec. Dans les zones où le sol est extrêmement sec, installez plusieurs tiges, en les espaçant d'au moins 3 m (6 pieds) et en les reliant entre elles avec du fil de cuivre nu, enterré. Une autre approche consiste à enterrer un fil de cuivre nu n° 6 (13 mm2), double n° 8 (8 mm2) ou plus gros dans une tranchée d'au moins 30 m de long. (Le fil de terre en cuivre nu peut également être installé au fond d'une tranchée où passent des conduites d'eau ou d'égout, ou d'autres fils électriques) Ou bien, coupez le fil de terre en deux et étendez-le dans deux directions. Connectez une extrémité de chaque fil enterré au système de mise à la terre.

Essayez d'acheminer une partie du système dans des zones plus humides, comme l'endroit où le toit s'évacue ou celui où les plantes doivent être arrosées. S'il y a un tubage de puits en acier à proximité, vous pouvez l'utiliser comme tige de terre (faites une connexion solide et boulonnée au tubage).

Dans les climats humides, les semelles en béton d'une installation au sol ou sur poteau, ou d'un mât d'éolienne, ou les tiges de terre encastrées dans du béton ne fourniront pas une mise à la terre idéale. Dans ces endroits, le béton est généralement moins conducteur que le sol humide qui entoure les semelles. Si c'est le cas, installez une tige de mise à la terre dans la terre à côté du béton à la base d'une matrice, ou à la base de votre tour d'éolienne et à chaque ancrage de fil de haubanage, puis reliez-les toutes ensemble avec un fil nu et enterré.

Dans les climats secs ou arides, c'est souvent le contraire qui est vrai : les semelles en béton peuvent avoir un taux d'humidité plus élevé que le sol environnant et offrir une possibilité économique de mise à la terre. Si une barre d'armature de 20 pieds de long (ou plus) doit être noyée dans le béton, la barre d'armature elle-même peut servir de tige de mise à la terre. (Cette méthode de mise à la terre est courante dans les endroits secs et est décrite dans le NEC, article 250.52 (A3), "Concrete-Encased Electrode"

Mise à la terre des systèmes d'alimentation

Pour le câblage d'un bâtiment, il faut qu'un côté d'un système d'alimentation en courant continu soit connecté - ou "relié" - à la terre. La partie CA d'un tel système doit également être mise à la terre de la manière conventionnelle de tout système connecté au réseau. Il est essentiel que le négatif du courant continu et le neutre du courant alternatif soient reliés à la terre en un seul point de leurs systèmes respectifs et tous deux au même point du système de mise à la terre. Cela se fait au niveau du panneau électrique central.

Les fabricants de certains systèmes autonomes à usage unique (comme les pompes à eau solaires et les répéteurs radio) recommandent de ne pas mettre à la terre le circuit d'alimentation. Reportez-vous aux instructions du fabricant pour des recommandations spécifiques.

Câblage des panneaux solaires et technique de la paire torsadée

Le câblage d'un réseau doit utiliser des longueurs de fil minimales, insérées dans l'armature métallique. Les fils positifs et négatifs doivent avoir la même longueur et être placés ensemble chaque fois que possible. Cela permet de minimiser l'induction d'une tension excessive entre les conducteurs. Un conduit métallique (mis à la terre) ajoute également une couche de protection. Enterrez les longs fils extérieurs au lieu de les faire passer au-dessus de votre tête. Un fil de 30 m ou plus est comme une antenne : il recevra des surtensions, même en cas de foudre dans les nuages. Des surtensions similaires peuvent se produire même si les fils sont enterrés, mais la plupart des installateurs s'accordent à dire que le câblage de transmission enterré limite encore plus les risques de dommages causés par la foudre.

Une stratégie simple pour réduire la susceptibilité aux surtensions est la technique de la "paire torsadée", qui permet d'égaliser et d'annuler toute tension induite entre deux ou plusieurs conducteurs. Il peut être difficile de trouver un câble d'alimentation approprié qui soit déjà torsadé, voici donc ce qu'il faut faire : Disposez une paire de fils d'alimentation le long du sol. Insérez un bâton entre les fils et torsadez-les ensemble. Tous les 10 m, alternez le sens. (C'est beaucoup plus facile que d'essayer de tordre toute la distance dans un seul sens) Une perceuse électrique peut parfois être utilisée pour tordre les fils, en fonction de leur taille. Il suffit de fixer les extrémités du câblage dans le mandrin de la perceuse et de laisser l'action de la perceuse tordre les câbles ensemble. Veillez à utiliser la perceuse à la vitesse la plus faible possible si vous essayez cette technique.

Le fil de terre n'a pas besoin d'être torsadé avec les fils d'alimentation. Pour les câbles enterrés, utilisez un fil de cuivre nu ; si vous utilisez un conduit, faites passer le fil de terre à l'extérieur du conduit. Le contact supplémentaire avec la terre améliorera la mise à la terre du système.

Utilisez un câble à paire torsadée pour tous les câbles de communication ou de commande (par exemple, un câble d'interrupteur à flotteur pour l'arrêt du réservoir plein d'une pompe à eau solaire). Ce fil de plus petit calibre est facilement disponible en câbles à paires torsadées, multiples ou simples. Vous pouvez également acheter un câble blindé à paires torsadées, qui comporte une feuille métallique entourant les fils torsadés, et généralement un fil de drainage nu séparé. Mettez à la terre le blindage du câble et le fil de drainage à une seule extrémité, afin d'éliminer la possibilité de créer une boucle de terre (chemin moins direct vers la terre) dans le câblage.