Comprendre la sécurité des panneaux solaires photovoltaïques et la règle de conformité 120 du réseau

Alors que les systèmes solaires photovoltaïques (PV) pénètrent rapidement les marchés résidentiels et commerciaux dans le cadre de la révolution des énergies propres, leur fonctionnement sûr et efficace nécessite une stricte conformité réglementaire. Parmi ces normes, la « règle des 120 % » du National Electrical Code (NEC) constitue une garantie essentielle pour les systèmes photovoltaïques connectés au réseau. Cette réglementation représente plus qu'une limitation technique : il s'agit d'un cadre complet équilibrant la capacité du système, les capacités des panneaux électriques et la stabilité du réseau. Cet article fournit une analyse approfondie des principes, des applications et des stratégies de conformité de la règle des 120 % pour les professionnels de l'énergie solaire.

La règle des 120 % est apparue grâce à l'évolution de NEC pour relever les défis d'intégration au réseau posés par les systèmes solaires. Son objectif principal est de prévenir les surcharges des panneaux électriques qui pourraient créer des risques pour la sécurité. En tant que norme faisant autorité pour les installations électriques aux États-Unis, les réglementations NEC ont un poids juridique, rendant obligatoire le respect des règles à 120 % pour tous les professionnels de l'énergie solaire.

Le principe fondamental de la règle limite l'injection de courant supplémentaire des systèmes photovoltaïques vers les panneaux électriques. Plus précisément, les courants nominaux combinés du disjoncteur PV et du disjoncteur principal ne peuvent pas dépasser 120 % du courant nominal du jeu de barres du panneau. Cette restriction garantit des marges de capacité suffisantes pendant la production photovoltaïque maximale, évitant ainsi la surchauffe, les dommages aux équipements ou les risques d'incendie.

Bien qu’essentielle pour la sécurité, la règle des 120 % peut créer des contraintes de capacité. Les professionnels peuvent envisager ces stratégies de conformité :

• Mises à niveau du panneau :L'installation de panneaux de plus grande capacité augmente les valeurs nominales des jeux de barres, permettant ainsi des systèmes photovoltaïques plus grands.
• Gestion des charges :Les systèmes de contrôle intelligents optimisent la répartition de la charge, évitant ainsi les surcharges prolongées du disjoncteur principal.
• Stockage d'énergie :Les systèmes de batteries stockent la production photovoltaïque excédentaire, réduisant ainsi l’injection directe du réseau et la contrainte des panneaux.

Les panneaux solaires, évalués en fonction de leur puissance de pointe dans des conditions standard, présentent des performances réelles variables influencées par l'irradiation et la température. Les panneaux à haut rendement maximisent la conversion d'énergie. Les onduleurs, convertissant le courant continu en courant alternatif, doivent généralement dépasser la capacité totale du panneau de 120 % pour garantir un fonctionnement stable quelles que soient les conditions. Les critères de sélection incluent l’efficacité de conversion, les fonctions de protection et la compatibilité avec le réseau.

Les barres omnibus (composants conducteurs du panneau) déterminent la capacité de courant maximale de sécurité. Les conceptions de systèmes doivent maintenir les valeurs nominales des jeux de barres au-dessus des charges totales connectées avec des marges d'expansion. Une évaluation précise de la charge implique :

• Catalogage de tous les appareils électriques de puissance nominale (W)
• Estimation des durées d'utilisation quotidiennes (heures)
• Calcul de la consommation journalière (Wh = W × heures)
• Somme des totaux pour des profils de charge complets

En tant que centres de distribution électrique, les MSP peuvent nécessiter des disjoncteurs supplémentaires pour l'intégration photovoltaïque. Les considérations critiques comprennent :

• Maintenir la conformité aux valeurs nominales de courant des compteurs
• S'assurer que les charges photovoltaïques ne dépassent pas 120 % de la capacité du MSP

Les systèmes photovoltaïques utilisent deux méthodes de connexion :

• Côté ligne :Connexion directe au réseau en amont du MSP, adaptée aux grands systèmes ou aux panneaux à capacité limitée, nécessitant des déconnexions dédiées.
• Côté charge :Connexion aux circuits MSP existants, offrant une installation plus simple mais exigeant une capacité de panneau suffisante.

Les disjoncteurs et les dispositifs de surintensité constituent des protections essentielles, interrompant automatiquement les courants de défaut. Un dimensionnement approprié équilibre l'efficacité de la protection et la fiabilité opérationnelle, conformément aux réglementations NEC et locales.

Les principales mesures de prévention des incendies comprennent :

• Maintenir les dégagements au bord du toit pour l'accès des pompiers
• Fournir des chemins d'incendie désignés
• Assurer des systèmes de mise à la terre appropriés
• Utilisation de composants coupe-feu

La planification de la capacité commence par des audits énergétiques détaillés analysant les modèles de consommation historiques et les projections de croissance future. Le déclassement du système (généralement des multiplicateurs de 0,75 à 0,85) prend en compte des facteurs de performance réels tels que l'encrassement et les effets thermiques.

Les panneaux spécialement conçus offrent :

• Capacité adéquate avec marge d’expansion
• Systèmes de mise à la terre optimisés
• Espaces de disjoncteurs dédiés
• Équilibrage de charge de phase

Une intégration efficace du réseau nécessite des mises à niveau des infrastructures et des technologies de réseau intelligent. Pour les projets à l'échelle des services publics, l'application de la règle des 120 % devient plus complexe, nécessitant des solutions d'intégration avancées et une collaboration étroite entre les services publics.

Alors que les systèmes résidentiels se concentrent sur l'optimisation de capacités limitées selon la règle des 120 %, les installations commerciales sont confrontées à des complexités supplémentaires, notamment à des échelles plus grandes, des demandes électriques plus élevées et des exigences réglementaires strictes.

Les solutions émergentes telles que le stockage sur batterie et la gestion avancée de la charge améliorent la flexibilité du système. Les cellules solaires et les systèmes de suivi de nouvelle génération repoussent les limites de l'efficacité, tandis que les stratégies de dimensionnement et de connexion optimisées minimisent les pertes.

Q : Comment est calculée la règle des 120 % ? A : Valeur nominale du disjoncteur principal × 1,2 = Valeur nominale maximale autorisée du disjoncteur PV.

Q : Quelle est la différence entre les règles de 120 % et de 125 % ? R : La règle des 120 % régit la capacité totale des panneaux, tandis que la règle des 125 % concerne la capacité de chargement du circuit continu.