Correspondance entre les valeurs nominales de courant et de tension des boîtiers combinés PV

Dans un système solaire photovoltaïque (PV), le boîtier de raccordement joue un rôle central dans la consolidation de l'énergie et la sécurité. Il s'agit d'une boîte de jonction où les sorties de plusieurs chaînes solaires sont connectées en parallèle, combinant leur courant avant de l'envoyer à l'onduleur. Plus important encore, il abrite les dispositifs de protection contre les surintensités (fusibles ou disjoncteurs) qui protègent le câblage et les composants du système contre des défaillances potentiellement dangereuses.

Dimensionner correctement votre Boîte de raccordement PV et ses composants internes n'est pas seulement une bonne pratique, c'est une exigence fondamentale pour une installation sûre, fiable et conforme au code. Un composant sous-dimensionné peut entraîner des risques d'incendie, tandis qu'un composant surdimensionné peut ne pas fournir une protection adéquate.

Ce guide vous guidera à travers les étapes essentielles pour adapter les valeurs nominales de tension et de courant de votre boîte de raccordement à votre installation solaire spécifique, en mettant l'accent sur les exigences définies dans le Code national de l'électricité (NEC). Nous aborderons les points suivants :

• Principes de sécurité fondamentaux de l'article 690 du NEC
• Calcul de la tension maximale du système en fonction des conditions du site
• Dimensionnement des fusibles de la chaîne de courant continu et de la protection principale contre les surintensités
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Les fondements : Comprendre l'article 690 du NEC

Pour toute installation photovoltaïque aux États-Unis, l'article 690 du NEC fait autorité. Cette section du code est spécifiquement dédiée aux systèmes solaires photovoltaïques et traite des caractéristiques uniques et des risques potentiels de la production d'énergie en courant continu. Il fournit un cadre pour tout ce qui concerne le câblage et la mise à la terre, les moyens de déconnexion et la protection contre les surintensités. Le respect de l'article 690 est essentiel pour garantir que votre système est sûr et qu'il passera l'inspection.

Partie 1 : Adaptation de la tension du système PV

Le premier paramètre à déterminer, et le plus important, est la tension maximale du système. Tous les composants d'un circuit, des fils aux fusibles en passant par la boîte de raccordement elle-même, doivent avoir une tension nominale égale ou supérieure à la tension maximale qu'ils sont susceptibles de subir.

Dans un système photovoltaïque, la tension maximale est déterminée par le nombre de modules dans une chaîne en série et par leur tension en circuit ouvert (Voc), indiquée sur la fiche technique du module. Cependant, la tension est inversement proportionnelle à la température ; la tension d'un panneau solaire est la plus élevée le jour le plus froid possible. Le NEC exige que vous calculiez la tension maximale pour la température ambiante la plus basse prévue sur votre site.

Comment calculer la tension maximale du système :

1. Trouver le Voc : Recherchez la tension en circuit ouvert (Voc) sur la fiche technique de votre module solaire.
2. Déterminer la température la plus basse : Recherchez la température minimale record pour votre lieu de résidence. Vous pouvez souvent trouver cette information dans les données météorologiques locales ou dans les tableaux de température de conception de l'ASHRAE.
3. Trouver le facteur de correction de la température : La fiche technique du module fournit un coefficient de température pour Voc, exprimé en pourcentage ou en V/°C. Utilisez-le pour trouver le facteur de correction pour votre température la plus basse par rapport à la température STC (Standard Test Condition) de 25°C. Le NEC fournit des tableaux dans l'article 690.7 pour un calcul simplifié.
4. Calculer le Voc. corrigé Voc corrigé = Voc × [1 + (Température la plus basse °C - 25°C) × (Coefficient de température Voc %/°C)].
5. Calculer la tension maximale du système : Tension maximale du système = Voc corrigé × nombre de modules en série

Exemple :

• Voc du module : 48.5V
• Température minimale du site : -10°C
• Nombre de modules par chaîne : 12
• Coefficient de température Voc : -0,28%/°C
• Voc corrigé = 48.5V × [1 + (-10 - 25) × (-0.0028)] = 48.5V × [1 + (-35 × -0.0028)] = 48.5V × 1.098 = 53.25V
• Tension maximale du système = 53.25V × 12 = 639V

Dans ce cas, le système nécessite une boîte de raccordement, des fusibles et des disjoncteurs d'au moins 639V. Par conséquent, vous devez sélectionner des composants d'une classe standard de 1000V DC, car des composants de 600V seraient insuffisants.

Partie 2 : Boîte combinée PV Dimensionnement et fusion des fils DC

Après avoir déterminé la tension nominale, l'étape suivante consiste à dimensionner les dispositifs de protection contre les surintensités (OCPD), qui sont généralement des fusibles. L'objectif principal des fusibles de branche est de protéger contre le courant inverse. Une défaillance dans une branche peut entraîner une rétroalimentation des autres branches, ce qui crée une situation de surintensité dangereuse.

Selon la norme NEC 690.9, la fusion au niveau de la corde est requise chaque fois que vous avez trois cordes ou plus en parallèle. Avec seulement deux branches, le potentiel de courant inverse n'est pas assez élevé pour dépasser le calibre du fusible du module, de sorte que les fusibles ne sont pas requis par le code (bien qu'ils soient encore parfois utilisés comme moyen de déconnexion).

Comment dimensionner les fusibles pour cordes :

Le NEC exige que le fusible soit dimensionné pour supporter un fonctionnement continu et des pointes d'irradiation potentielles. Pour ce faire, il faut multiplier le courant de court-circuit (Isc) du module par un facteur de 1,56.

• 1,25 facteur pour une charge continue (circuits pouvant fonctionner pendant plus de 3 heures).
• 1,25 facteur pour une “augmentation de l'irradiation” potentielle lorsque l'exposition au soleil peut dépasser la norme de 1000 W/m².
• 1.25 × 1.25 = 1.56

Formule de calcul du calibre des fusibles : Calibre minimal des fusibles ≥ Isc du module × 1,56

Après avoir calculé ce minimum, vous sélectionnez la taille de fusible standard supérieure.

Limitation cruciale : Calibre maximal des fusibles de série\
Chaque module solaire a un “calibre maximal de fusible de série” indiqué sur sa fiche technique. Cette valeur est une limite absolue. La taille du fusible calculée ne doit pas dépasser cette valeur. Si c'est le cas, la conception de votre système est défectueuse, ce qui signifie généralement que le module choisi ne peut pas être utilisé avec autant de cordes en parallèle.

Exemple :

• Module Isc : 10.5A
• Fusible maximum de la série de modules : 20A
• Calibre minimum des fusibles = 10.5A × 1.56 = 16.38A

Sur la base de ce calcul, vous choisirez la taille standard supérieure, c'est-à-dire un 20A fusible. Étant donné que 20 A est égal au calibre maximal du fusible en série du module, il s'agit d'une sélection valable. Si le calcul avait donné 21A, vous ne pourriez pas utiliser un fusible de 25A et la conception devrait être réévaluée.

Partie 3 : Coordination des protections contre les surintensités

La coordination de la protection garantit qu'en cas de défaut, le bon OCPD s'ouvre en premier. En cas de défaut sur une seule branche, il faut que le fusible de la branche individuelle saute, isolant uniquement cette branche sans mettre l'ensemble du réseau hors tension. L'OCPD principal à la sortie de la boîte combinée ne doit se déclencher qu'en cas de défaut majeur sur les conducteurs principaux menant à l'onduleur.

Pour ce faire, il faut s'assurer que l'appareil en aval a une puissance inférieure à celle de l'appareil en amont.

Foire aux questions (FAQ)

Ai-je besoin de fusibles pour seulement deux chaînes parallèles ?\
Non. Selon la norme NEC 690.9, la protection contre les surintensités n'est requise que lorsqu'il y a trois branches ou plus en parallèle. Avec deux branches, le courant de défaut maximal qu'une branche peut transmettre à l'autre est limité à l'Isc d'une branche, ce qui est inférieur au calibre maximal du fusible du module.

Puis-je utiliser des fusibles ou des disjoncteurs à courant alternatif pour des circuits à courant continu ?\
Non, vous devez utiliser des composants spécifiquement conçus pour les circuits à courant continu. Les arcs en courant continu sont beaucoup plus difficiles à éteindre que les arcs en courant alternatif. Un dispositif homologué pour le courant alternatif ne parviendra probablement pas à interrompre en toute sécurité un défaut de courant continu, ce qui entraînera un risque important d'incendie et de sécurité.

Que se passe-t-il si j'installe un fusible de la mauvaise taille ?

• Trop petit : Le fusible sera sujet à des “déclenchements intempestifs”, c'est-à-dire qu'il sautera dans des conditions de fonctionnement normales (par exemple, lors d'une journée fraîche et très ensoleillée), ce qui entraînera des temps d'arrêt inutiles du système.
• Trop grand : Un fusible trop grand (en particulier un fusible dépassant le calibre maximal du fusible de série du module) ne protégera pas le module contre les courants inverses dommageables. Cela peut entraîner une défaillance du module et créer un risque d'incendie.

Pourquoi le multiplicateur de 1,56 est-il utilisé pour le dimensionnement ?\
Il s'agit d'un facteur de sécurité combiné exigé par le NEC. Il consiste en deux multiplicateurs distincts de 1,25 : l'un pour tenir compte du fait que les circuits solaires sont considérés comme des “charges continues” (fonctionnant au courant maximum pendant plus de 3 heures), et l'autre pour tenir compte des niveaux d'irradiation qui peuvent dépasser les conditions d'essai standard, entraînant une augmentation temporaire du courant au-dessus de l'Isc nominal. (1.25 x 1.25 = 1.56).

Qu'est-ce que le “calibre maximal des fusibles de série” d'un module ?\
Il s'agit d'un indice de sécurité déterminé par le fabricant du module et certifié par UL. Il indique le courant maximal que le module peut supporter sans être endommagé lorsqu'il est soumis à un courant inverse. Vous ne devez jamais installer un fusible ou un OCPD d'une valeur supérieure à cette valeur.

Conclusion

L'adaptation des valeurs nominales de courant et de tension d'une boîte combinée PV est un processus systématique guidé par des principes d'ingénierie et les normes de sécurité strictes du NEC. Les principaux enseignements sont les suivants :

1. La tension d'abord : Déterminez toujours la tension maximale du système en utilisant la température la plus basse prévue pour votre site. Tous les composants doivent être prévus pour cette tension.
2. Second en cours : Dimensionnez les fusibles de chaîne en fonction de l'Isc du module et du multiplicateur 1,56x, mais ne dépassez jamais le calibre maximal des fusibles de série du module.
3. Le code est la clé : En cas de doute, il convient de se référer à l'article 690 du NEC et aux fiches techniques du fabricant pour tous les composants.

En suivant ces conseils, vous pouvez vous assurer que le boîtier de raccordement de votre installation solaire est dimensionné de manière sûre, fiable et professionnelle, constituant ainsi une base solide pour l'ensemble de votre système photovoltaïque.