Protection du réseau et des installations : Clé de l'efficacité et de la sécurité solaire

Couplage AC vs. Accouplement central pour systèmes solaires

Selon la règle d'application VDE-AR-N 4105:2018-11, une protection du réseau et du système (protection NA) est requise pour tous les systèmes de production d'électricité en Allemagne d'une capacité comprise entre 30 kW et 135 kW. Ce dispositif de protection joue un rôle crucial dans l'intégration sûre des systèmes solaires dans le réseau électrique, en garantissant le respect des tolérances de tension et de fréquence spécifiées, et en évitant l'îlotage.

La protection NA, conforme à la norme VDE-AR-N 4105, surveille en permanence la tension et la fréquence du réseau d'alimentation pour s'assurer qu'elles restent dans les tolérances spécifiées. En cas de déviation, la protection NA déconnecte en toute sécurité le système de production d'électricité du réseau dans un délai de 0,2 seconde. Dans ce contexte, la sécurité contre les pannes signifie que deux éléments de commutation commandés indépendamment sont connectés en série, de sorte que la fonction est maintenue même si l'un des interrupteurs est défaillant.

L'obligation de mettre en œuvre la protection NA pour les systèmes d'énergie solaire en Allemagne découle de deux raisons principales :

1. Respect des limites de tension et de fréquence du réseau électrique : La protection NA garantit que l'énergie produite par le système solaire ne dépasse pas les limites spécifiées pour la tension et la fréquence. Cela est essentiel pour assurer la stabilité du réseau et éviter les perturbations du réseau électrique.
2. Prévention de l'îlotage : En cas de travaux de maintenance ou de perturbations du réseau, l'installation solaire doit être déconnectée rapidement et en toute sécurité du réseau afin de garantir la sécurité du personnel de maintenance et d'éviter la formation de réseaux en îlots. La protection NA permet d'arrêter rapidement le système dans de telles situations.

En fonction de la taille du système solaire, une protection NA centralisée ou décentralisée peut être utilisée. Les grands systèmes utilisent généralement une protection NA centrale, tandis que les petits systèmes peuvent utiliser des solutions de protection décentralisées.

Le respect de l'exigence de protection NA est d'une grande importance pour les systèmes photovoltaïques commerciaux installés sur les toits en Allemagne. Il est essentiel que les exploitants de systèmes solaires installent les dispositifs de protection nécessaires conformément aux réglementations en vigueur afin de garantir la sécurité du réseau électrique et le respect des exigences légales.

Comment fonctionne une protection NA classique

La protection de l'AN se compose de deux éléments principaux :

1. Le relais de protection du réseau et du système qui surveille le réseau électrique.
2. L'interrupteur d'interverrouillage commandé par le relais.

La protection NA est installée au point de comptage et surveille la tension et la fréquence. En cas de défaut, deux interrupteurs de verrouillage isolés galvaniquement sont déconnectés en série (configuration redondante). Les dispositifs de commutation doivent avoir une capacité de commutation équivalente à la puissance nominale de l'installation solaire.

Pour chaque dispositif de commutation, le relais de surveillance dispose d'une sortie distincte, qui est contrôlée de manière indépendante. Les dispositifs de commutation signalent leur position de commutation actuelle au relais de surveillance afin de garantir la "sécurité contre les pannes" requise".

Pour les systèmes d'une capacité égale ou supérieure à 100 kW, des interrupteurs de protection du moteur ou des déconnecteurs mécaniques de puissance/d'alimentation sont autorisés. Les systèmes plus petits peuvent également utiliser des contacteurs.

Protection décentralisée de la NA pour les petits systèmes photovoltaïques

Les systèmes solaires de petite taille sont souvent installés plus près du point de connexion au réseau, ce qui se traduit par des distances de câble courtes et un flux de courant relativement faible, d'où des chutes de tension négligeables. Par conséquent, pour les petits systèmes photovoltaïques d'une capacité inférieure à 30 kW ou pour les unités de cogénération, la protection NA peut également être installée dans des sous-distributions ou intégrée dans le contrôle programmable du système, tel que l'onduleur solaire.

Couplage AC vs. Commutateur central d'accouplement

Les coûts d'acquisition et d'exploitation de la protection NA peuvent s'additionner et avoir un impact significatif sur la rentabilité du système. Pour garantir la conformité avec les réglementations relatives à la mise hors tension des onduleurs, de nombreux produits disponibles sur le marché nécessitent un interrupteur de couplage externe coûteux. Une façon de réduire les coûts est de remplacer le commutateur de couplage central par un commutateur de couplage en courant alternatif.

L'onduleur Sunny Tripower CORE1 de SMA Solar Technology AG en est un exemple : il assure la protection requise du réseau et du système (protection NA) conformément à la norme VDE-AR-N 4105:2018-11, chapitre 6.4.1, méthode C pour les installations d'une puissance de 30 kW à 135 kW, grâce à un commutateur de couplage AC intégré. Le fonctionnement de l'interrupteur de couplage AC intégré à l'onduleur Sunny Tripower CORE1 est testé par l'onduleur avant chaque processus de raccordement. L'onduleur vérifie également la capacité de commutation du commutateur sur une base quotidienne. En cas de dysfonctionnement, l'erreur est signalée et l'onduleur ne se connecte pas au réseau électrique public, même si la protection NA centrale est active.

Comme pour les onduleurs Fronius, les interrupteurs de couplage correspondants deviennent inutiles car ils sont déjà équipés en série de relais appropriés, ce qui permet de déconnecter les appareils en l'espace de 100 ms. La fonction peut être configurée facilement et rapidement à l'aide d'une application, sans nécessiter de matériel supplémentaire dans l'onduleur.