Fusibles photovoltaïques à courant continu : principes, sélection, classification et applications

1. Qu’est-ce qu’un fusible à courant continu et comment fonctionne-t-il ?

Un fusible à courant continu est un dispositif de protection contre les surintensités connecté en série à l’intérieur d’un circuit. Son principe fondamental repose sur les caractéristiques de fusion thermique du métal. Lorsqu’un surcourant dépassant une valeur spécifiée s’écoule pendant une durée suffisante, l’élément fusible (généralement composé de matériaux comme l’argent pur) chauffe et fond, interrompant ainsi le circuit et empêchant l’escalade des défauts.

Le processus de fonctionnement peut se résumer ainsi : en fonctionnement normal, l’élément fusible conduit le courant dans le cadre du circuit. Lorsqu’un court-circuit ou une surcharge sévère survient, le courant élevé génère de la chaleur, faisant fondre rapidement l’élément et produisant un arc à l’intérieur du tube fusible. Éteindre un arc continu est beaucoup plus difficile qu’un arc alternatif car le courant continu a une direction constante et ne possède pas les points naturels de croisement à zéro (survenant des centaines de fois par seconde en courant alternatif) qui permettent l’extinction naturelle de l’arc.

Pour cette raison, les tubes fusibles à courant continu sont remplis de sable de quartz de haute pureté. Le sable agit pour refroidir de force l’arc et absorber son énergie, forçant l’arc à s’éteindre en très peu de temps. Des facteurs tels que la longueur du tube, la pureté et la composition du sable de quartz, ainsi que la conception de l’élément fusible déterminent collectivement la performance d’extinction de l’arc.

2. Comment choisir le bon fusible à courant continu pour un système solaire ?

La sélection d’un fusible en courant continu (PV) ne peut pas se faire simplement en adaptant les paramètres du fusible alternatif. Les facteurs clés suivants doivent être pris en compte de manière exhaustive :

1. Tension nominale (Ue) : doit dépasser la tension maximale du système

La tension en circuit ouvert des modules photovoltaïques augmente à mesure que la température baisse. Selon la norme IEC 60269-6 pour les fusibles PV, la tension nominale du fusible doit être égale ou supérieure à la tension maximale en circuit ouvert de la chaîne PV à la température ambiante la plus basse attendue sur le site d’installation. Par exemple, si la tension maximale de la chaîne à basse température atteint 1000V DC, vous devez choisir un fusible nominal à 1000V DC ou plus. N’utilisez jamais un fusible 600V DC pour protéger un système 1000V DC.

2. Courant nominal (entrée) : Respectez la règle du facteur de sécurité de 1,25

Selon des normes internationales telles que NEC 690.9 et IEC 62548, le courant nominal du fusible devrait satisfaire :

En ≥ 1,25 × Isc (où Isc est le courant de court-circuit de la chaîne PV).

Par exemple, si une corde a un ISC de 10A, la note minimale requise est de 12,5A, et vous devez choisir la norme standard suivante supérieure, comme 15A.

De plus, les principes de coordination doivent être respectés : les modules PV eux-mêmes ont une certaine capacité de résistance aux surfortes inverses (IEC 61730-2 exige que les modules supportent 1,35 fois la capacité maximale des fusibles). Le fusible sélectionné doit sauter dans le temps spécifié à 1,35 fois son courant nominal afin de protéger efficacement les modules.

3. Capacité de rupture (I1) : doit couvrir le courant maximal de défaut

Lorsque plusieurs chaînes sont connectées en parallèle dans un réseau PV, si un court-circuit se produit dans une chaîne, toutes les autres chaînes parallèles alimentent le point de défaut en courant. La capacité de coupure nominale du fusible doit être supérieure au courant de court-circuit potentiel maximal pouvant se produire à ce point d’installation. Dans les grandes centrales au sol ou les systèmes de stockage d’énergie par batterie, les courants de court-circuit peuvent être très élevés, nécessitant des fusibles avec des capacités de coupure de 20 kA, 50 kA, voire plus.

4. Indispensable à utiliser des fusibles PV DC dédiés

Ne remplacez jamais un fusible en courant continu par un fusible en courant alternatif. Les arcs DC ne s’éteignent pas d’eux-mêmes. Si un fusible AC est utilisé dans un circuit DC, il doit être fortement réduit (par exemple, un fusible nominal à 1000V AC pourrait n’être utilisable que dans un circuit 440V DC). Par conséquent, vous devez sélectionner des fusibles explicitement marqués comme compatibles en courant continu, conformes à la norme IEC 60269-6 et présentant la caractéristique gPV pour les applications PV.

3. Types courants de fusibles à courant continu et comparaisons d’applications

En fonction de leur emplacement d’installation et des objets qu’ils protègent dans un système photovoltaïque, les fusibles DC peuvent être classés dans les catégories courantes suivantes :

1. Fusibles cylindriques pour la protection de la chaîne PV

Ces fusibles sont compacts (tailles courantes : 10×38 mm, 10×85 mm cylindriques) et sont généralement installés dans des boîtes combinantes en courant continu ou aux entrées des onduleurs à file, connectés directement en série avec chaque circuit à chaîne photovoltaïque. Leur objectif principal est d’éviter les défauts de courant inverse entre les chaînes et de protéger les modules PV et câbles contre les surcharges inverses. En cas de court-circuit sur une branche, le fusible saute rapidement, isolant la branche défectueuse sans affecter les autres chaînes normalement fonctionnelles. Leur capacité de freinage est généralement comprise entre 10 kA et 20 kA, avec des courants courants courants courants courants de 2 à 30 A.

2. Fusibles à pales à corps carré pour circuits combineurs et de conversion

Ces fusibles sont plus grands, avec un tube carré étendu avec des contacts de pale boulonnés dans des bases de fusibles, leur permettant de transporter et d’interrompre des courants très élevés. Ils sont principalement utilisés à la sortie des boîtiers combineurs dans les centrales photovoltaïques, du côté d’entrée DC des onduleurs, et pour protéger les grands packs de stockage d’énergie par batterie. Ils servent non seulement de protection contre la surcharge, mais aussi de gérer des courants de défaut extrêmement élevés (jusqu’à 50 kA ou plus) générés lors de courts-circuits de barres de barre de barre, avec des interruptions de quelques millisecondes. Les courants typiques varient de 35A à 500A. Ils servent de dispositifs de protection principaux sur les armoires de distribution DC et le côté DC des grands onduleurs.

3. Fusibles à action très rapide pour les systèmes de batteries

Dans les systèmes de stockage d’énergie photovoltaïque, les packs de batteries et les circuits de charge nécessitent des fusibles spécifiques au courant continu avec des caractéristiques de réponse très rapide. Ces fusibles utilisent des caractéristiques de décharge ultra-rapide, avec des temps d’interruption aussi courts que 15 à 100 microsecondes. Ils sont principalement utilisés pour protéger les batteries, les contrôleurs de charge et le bus DC des onduleurs contre les courants surtensions ou les courts-circuits graves pouvant endommager instantanément les dispositifs semi-conducteurs. Ils sont généralement installés près de la batterie ou dans des disjoncteurs dédiés à interrupteurs de fusibles.

Résumé

Des fusibles de protection à petite guirlande dans les boîtes combineurs PV, aux fusibles à pales à corps carré de grande capacité dans les armoires convertisseurs, en passant par les fusibles à action très rapide dans les systèmes à batterie, les fusibles DC forment plusieurs couches de protection du côté DC d’une centrale photovoltaïque. En sélectionnant le type et les paramètres corrects de fusibles, et en suivant les principes fondamentaux de « classement en courant continu, adapté en tension, découragé en courant (avec marge de sécurité) et capacité de rupture suffisante », vous veillez à ce que les fusibles remplissent leur rôle de ligne de défense finale, garantissant le fonctionnement sûr de la centrale photovoltaïque.