Le détail de protection critique ignoré par la plupart des installations photovoltaïques
Les systèmes photovoltaïques résidentiels modernes s’appuient fortement sur les dispositifs de protection contre les surtensions pour protéger les onduleurs, les batteries et les appareils ménagers contre la foudre et les surtensions de manœuvre. Pourtant, une question continue de préoccuper les installateurs et les propriétaires :
Faut-il installer un disjoncteur en amont du parafoudre (SPD) ?
Dans les coffrets de distribution PV, on rencontre généralement deux configurations :
Le SPD est installé sans disjoncteur en amont
Le SPD est installé avec un disjoncteur ou un fusible en amont
À première vue, les deux options semblent acceptables. Mais du point de vue des performances électriques et de la sécurité à long terme, elles sont très différentes.
Cet article fournit une explication claire et structurée, du point de vue de l’ingénierie, pour vous aider à concevoir correctement la protection de votre système PV.
Pourquoi un parafoudre peut-il parfois se retrouver en court-circuit ?
Les dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) utilisés dans les systèmes PV se classent principalement en deux catégories, selon leurs composants internes :
1. SPD à limitation de tension (basés sur MOV)
Ces dispositifs utilisent des varistances à oxyde métallique (MOV) pour absorber les surtensions transitoires.
Les MOV sont rapides et efficaces, mais sujets à des défaillances en court-circuit dans les situations suivantes :
Fortes surtensions dues à la foudre
Événements de surtension temporaire (TOV)
Vieillissement thermique à long terme
Lorsque la varistance atteint la fin de sa durée de vie ou subit un pic de surtension extrême, elle peut passer à un état de court-circuit permanent. Sans isolement rapide, un SPD en court-circuit représente un risque sérieux d’incendie.
2. SPD de type à coupure (basés sur tubes à décharge gazeuse, GDT)
Les parafoudres à tube à décharge (GDT) présentent une excellente capacité d’écoulement des surtensions. Toutefois, dans les architectures hybrides associant GDT et MOV, la partie MOV reste exposée aux contraintes thermiques.
Quelle que soit l’architecture, le SPD est un élément sacrificiel : son mode de défaillance doit être pris en compte dès la conception du système.
Pourquoi un disjoncteur est-il nécessaire en amont du parafoudre ?
Lorsqu’un SPD tombe en panne par court-circuit, le courant de défaut provenant du réseau ou de l’onduleur circule dans la branche du SPD.
S’il n’existe aucun dispositif en amont pour couper ce courant, le SPD peut :
surchauffer,
fumer,
voire prendre feu,
mettant en danger :
Le coffret de distribution PV
Les câbles et conducteurs
Les équipements raccordés
Le bâtiment lui-même
C’est pourquoi de nombreuses normes internationales et fabricants recommandent d’installer un dispositif de protection de secours (souvent appelé « disjoncteur de backup pour SPD ») en amont de chaque SPD.
Ce dispositif de backup garantit :
✔ La coupure sûre d’un SPD défaillant et en court-circuit
✔ La continuité de service du reste de l’installation électrique
✔ La prévention des dommages thermiques et des incendies
✔ L’absence de déclenchements intempestifs lors des impulsions de foudre normales
En résumé :
Le disjoncteur protège le SPD. Le SPD protège l’installation.
Qu’est-ce qu’un dispositif de backup pour SPD ?
Un dispositif de backup ne se limite pas au disjoncteur. Il peut s’agir :
D’un disjoncteur miniature (MCB)
D’un fusible
D’un disjoncteur spécialement conçu comme backup de SPD (optimisé pour les courants de foudre)
La fonction est identique :
en cas de court-circuit du SPD, le dispositif de backup doit ouvrir rapidement et sélectivement la branche du SPD.
Par rapport aux disjoncteurs et fusibles standard, les dispositifs de backup dédiés SPD offrent :
Une capacité de tenue au courant de foudre plus élevée
Une coupure de défaut plus rapide
Moins de déclenchements intempestifs
Une meilleure coordination avec le comportement thermique des MOV
ONCCY propose des dispositifs de backup SPD spécialement conçus pour les protections DC et AC des systèmes photovoltaïques.
Exigences pour le disjoncteur placé avant le SPD
Tous les disjoncteurs ne conviennent pas aux circuits de protection contre les surtensions. Le disjoncteur doit satisfaire deux exigences essentielles :
1. Il ne doit pas déclencher pendant le passage du courant de foudre
Lors des essais selon les ondes de courant 8/20 µs ou de tension 1,2/50 µs, le disjoncteur doit rester fermé.
Un bon disjoncteur de backup pour SPD peut supporter au moins 20 impulsions de surtension normalisées sans déclenchement intempestif.
2. Il doit déclencher lorsque le SPD est en court-circuit
En cas de panne du SPD par court-circuit, le disjoncteur doit :
détecter le défaut,
interrompre le courant de court-circuit,
isoler rapidement et proprement la branche du SPD.
C’est la condition nécessaire pour garantir la sécurité et éviter les risques d’incendie.
Comment choisir le bon disjoncteur ou fusible pour protéger un SPD ?
Lors du choix du dispositif de backup, il convient de prendre en compte plusieurs points techniques :
Chaque pôle du SPD doit disposer de son propre pôle de protection.
Dans les systèmes PV DC et les réseaux AC TN/TT, chaque mode de protection du SPD doit être associé à un dispositif de protection dédié.Le pouvoir de coupure doit être supérieur au courant de court-circuit maximal du point d’installation.
Si le courant de court-circuit local est de 6 kA, 10 kA ou plus, le disjoncteur ou le fusible doit posséder un pouvoir de coupure au moins équivalent.Coordination adéquate avec les caractéristiques du SPD.
Les fabricants fournissent des tableaux de compatibilité, par exemple :
Tableau de sélection des dispositifs de backup SPD ONCCY (comme illustré).
Ces tableaux assurent une coordination entre :
Le courant de décharge maximal du SPD
Les caractéristiques de son dispositif de séparation thermique
La courbe temps–courant du disjoncteur de backup
Le courant de foudre peut-il endommager le disjoncteur ?
C’est une inquiétude fréquente, mais non fondée dans la pratique.
Le courant de foudre traversant la branche du SPD ne dure que quelques nanosecondes à microsecondes. Cette durée est trop courte pour provoquer la manœuvre d’un disjoncteur miniature ou endommager ses contacts.
En pratique :
Le SPD absorbe le courant de surtension
Le disjoncteur ne déclenche pas
Les contacts ne sont pas détériorés
Les disjoncteurs sont conçus pour des temps de réponse de l’ordre de la milliseconde, non de la nanoseconde.
Ainsi, les courants de foudre n’endommagent pas les contacts du disjoncteur.
Existe-t-il des cas où l’on peut installer un SPD sans disjoncteur en amont ?
Techniquement, certains fabricants autorisent une installation directe sans dispositif de backup séparé, mais uniquement si :
Le disjoncteur en amont est correctement dimensionné
Le câblage et le courant de court-circuit maximal sont compatibles avec les spécifications du SPD
Les normes nationales autorisent cette configuration
Cependant, dans les systèmes PV résidentiels – en particulier dans les zones à forte densité de foudre – il est vivement recommandé d’installer un dispositif de backup dédié au SPD.
On améliore ainsi :
La sécurité
La fiabilité à long terme
La facilité de diagnostic en cas de défaut
En résumé : faut-il installer un disjoncteur avant le SPD ?
Oui – dans la plupart des systèmes photovoltaïques, un disjoncteur ou un fusible en amont du SPD est indispensable.
Recommandations typiques :
Systèmes PV résidentiels : installer un disjoncteur/fusible avant le SPD
Zones à fort risque de foudre : le backup SPD est pratiquement obligatoire
Coffrets de distribution AC : fortement recommandé
Coffrets de jonction DC (PV combiner) : un pôle de protection pour chaque pôle du SPD
Utilisation d’un disjoncteur de backup SPD dédié : meilleure pratique
L’ajout d’un dispositif de backup permet de :
Prévenir les incendies dus aux défauts en court-circuit des SPDs
Garantir la continuité de fonctionnement du système PV principal
Améliorer la sécurité et la fiabilité globales
Respecter les prescriptions des normes IEC, GB et NEC
FAQ – Questions fréquentes sur le backup des SPDs
1. Le disjoncteur déclenche-t-il à chaque coup de foudre ?
Non. Un dispositif de backup correctement sélectionné supporte les impulsions de foudre normalisées sans déclenchement.
2. Un fusible peut-il servir de backup pour un SPD ?
Oui. Les fusibles sont largement utilisés dans les coffrets de jonction PV DC grâce à leur construction simple et à leur haut pouvoir de coupure.
3. Pourquoi ne pas connecter le SPD directement, sans protection supplémentaire ?
Parce qu’en cas de panne du SPD par court-circuit, l’absence de backup crée un risque majeur d’incendie pour l’installation.
4. Les SPDs tombent-ils toujours en panne par court-circuit ?
La plupart des SPDs basés sur des MOV ont tendance à finir leur vie en mode court-circuit, d’où la nécessité d’un dispositif de backup.
5. Quelle est la meilleure solution ?
L’utilisation d’un dispositif de backup dédié aux SPDs, par exemple les modèles optimisés proposés par ONCCY, permet une coordination correcte et un niveau de sécurité maximal.
Conclusion
Un dispositif de protection contre les surtensions protège votre onduleur PV et votre habitation contre les effets de la foudre et des surtensions.
Mais le SPD lui-même a également besoin d’être protégé.