Qu'est-ce qu'un boîtier de combinaison PV ? – Le guide complet

La protection électrique et la gestion du courant sont essentielles aux systèmes d'énergie solaire. Le boîtier de raccordement photovoltaïque joue un rôle clé à cet égard, en assurant une protection centralisée et en simplifiant le câblage. Cet article présente les fonctions, les types et les critères de sélection des boîtiers de raccordement photovoltaïques. Nous espérons qu'il vous aidera à choisir le boîtier de raccordement photovoltaïque adapté à votre installation solaire.

Qu'est-ce qu'un boîtier de combinaison photovoltaïque ?

Le boîtier de raccordement photovoltaïque (PV), également appelé boîtier de jonction solaire ou boîtier de jonction de panneaux photovoltaïques, est un composant électrique essentiel du circuit CC d'un système de production d'énergie photovoltaïque. Il est généralement installé entre les modules photovoltaïques et l'onduleur.

Sa fonction principale est de combiner en parallèle les chaînes de panneaux solaires (chaînes PV) formées par le raccordement en série de plusieurs modules photovoltaïques pour une production centralisée. Ceci permet de réduire le nombre de câbles CC de l'onduleur, de simplifier la structure du système et de faciliter la surveillance et la maintenance.

Fonctions d'un boîtier de raccordement photovoltaïque

Agrégation actuelle (combinaison de plusieurs chaînes PV)

Un système photovoltaïque est composé de milliers de chaînes de panneaux photovoltaïques. Si chaque chaîne est raccordée directement à l'onduleur, cela engendre un grand nombre de câbles et un câblage complexe. De plus, cela augmente considérablement les coûts et le risque de pannes électriques.

Cependant, le boîtier de raccordement solaire permet de regrouper les câbles en un seul câble de sortie principal qui se connecte à l'onduleur. Cela simplifie la structure du système et réduit les coûts de câblage et de construction. De plus, l'esthétique et la facilité d'entretien du système s'en trouvent améliorées.

De plus, le boîtier de raccordement solaire est équipé de borniers d'entrée/sortie standard, de barres omnibus CC, etc. Les interfaces électriques normalisées garantissent la sécurité et la fiabilité de vos connexions de câbles, tout en étant conformes aux spécifications électriques.

Protection électrique et assurance de sécurité

Protection contre les surintensités et les courts-circuitsLes fusibles ou disjoncteurs miniatures pour courant continu coupent le circuit défectueux lorsqu'un courant inverse est généré par un court-circuit interne ou d'autres causes au sein de la chaîne. Cela permet d'éviter la propagation du défaut et de garantir la production d'énergie normale des autres chaînes.

Protection contre la foudre et les surtensionsLes systèmes photovoltaïques sont sensibles aux surtensions induites par la foudre ou provenant du réseau électrique. Le dispositif de protection contre les surtensions (DPS) intégré au boîtier de raccordement photovoltaïque peut évacuer les surtensions vers la terre en quelques nanosecondes. Il protège ainsi vos onduleurs et autres équipements contre les dommages causés par les surtensions.

Segmentation et isolation côté courant continu : La borne de sortie principale est généralement équipée d'un interrupteur de sectionnement CC ou d'un interrupteur de charge. Ce dispositif offre un point de déconnexion visible et physique. Lors de la maintenance de l'onduleur ou de l'inspection du système, vous pouvez couper en toute sécurité l'alimentation CC au niveau du boîtier de raccordement, garantissant ainsi la sécurité de votre exploitation.

Surveillance et détection des pannes

Collecte de données détailléesLes capteurs de courant et les circuits d'échantillonnage de tension peuvent vous aider à surveiller en temps réel le courant d'entrée de chaque chaîne (le paramètre le plus important), la tension de sortie totale, le courant total et la puissance après agrégation du courant, la température interne du boîtier et l'état du disjoncteur, etc.

Localisation et alerte des pannesLe système détecte et localise les chaînes anormales grâce à la comparaison du courant de chaque chaîne. De plus, il détermine le type de défaut à partir de données en temps réel. Si le boîtier de raccordement photovoltaïque détecte une chute de courant, une détérioration du parafoudre, etc., il effectue une maintenance préventive pour éviter la propagation du défaut.

Télécharger des donnéesLes données collectées peuvent être téléchargées sur les onduleurs, les collecteurs de données ou directement sur la plateforme de surveillance cloud. Vous pouvez ainsi suivre l'état de fonctionnement de tous les boîtiers de raccordement photovoltaïques et générer des rapports, notamment des analyses de production d'énergie.

Protection physique fiable

Le boîtier de raccordement photovoltaïque est généralement protégé par un indice de protection élevé (généralement IP65). Il empêche la poussière et l'eau de pénétrer et résiste aux intempéries telles que la pluie, la neige et les tempêtes de sable. Ce boîtier évite également tout contact accidentel. De plus, sa conception optimisée favorise une meilleure dissipation de la chaleur par les composants internes.

Avantages de l'utilisation d'un boîtier de raccordement photovoltaïque

Réduire les coûts de câblage et de constructionLa simplification du nombre de câbles de sortie permet de réaliser des économies directes sur l'approvisionnement en câbles CC, les ponts et la main-d'œuvre, ce qui engendre des avantages économiques considérables.

Optimiser la structure du systèmeCentralisez l'interface des chaînes pour une structure de câblage CC claire et bien organisée de la centrale solaire. Cela facilitera les inspections et mises à niveau ultérieures de votre ligne.

Fonctionnement et entretien précisLa surveillance en temps réel et le positionnement précis permettent d'améliorer considérablement l'efficacité du traitement. La maintenance préventive contribue à éviter les pannes soudaines. La collecte des données clés permet d'analyser en détail les performances de la centrale photovoltaïque.

Grande adaptabilité environnementaleLe haut niveau de protection du boîtier assure un environnement de fonctionnement stable aux composants internes. Ceci prolonge la durée de vie des appareils et réduit les pannes inattendues dues à des facteurs environnementaux.

Composants principaux d'un boîtier de raccordement photovoltaïque

Fusibles à chaîne PV

Les fusibles de chaîne photovoltaïque assurent la protection contre les surintensités de chaque chaîne. Ils protègent les câbles et les modules photovoltaïques contre les dommages causés par un courant inverse ou un court-circuit. Ils empêchent également le courant de défaut de se propager vers la chaîne défectueuse depuis d'autres chaînes parallèles.

Disjoncteurs CC

Le disjoncteur CC possède des fonctions de protection manuelle et automatique. En cas de surintensité ou de court-circuit, il se déclenche automatiquement pour protéger le circuit. De plus, il est possible de le déconnecter manuellement pour la maintenance. Ce disjoncteur CC facilite la maintenance et améliore l'exploitation du système.

Dispositifs de protection contre les surtensions(SPD)

Le parafoudre est principalement utilisé pour prévenir les surtensions transitoires. Il protège les équipements à courant continu des effets de la foudre et des surtensions de commutation. Le parafoudre limite également la tension de surtension et met à la terre l'excédent de tension en toute sécurité. Il prévient les pannes d'onduleur et les arrêts système causés par les surtensions.

Interrupteur de déconnexion CC

L'interrupteur de déconnexion CC assure une isolation électrique sécurisée. Il permet de déconnecter complètement les générateurs photovoltaïques de l'onduleur. Il est généralement utilisé lors des opérations de maintenance, d'arrêt d'urgence ou de réparation.

Barres omnibus

Il sert généralement à collecter les courants de plusieurs chaînes et à fournir le courant combiné. Cette conception améliore l'efficacité et la fiabilité du système. Elle simplifie également le câblage à l'intérieur du boîtier de raccordement photovoltaïque.

Borniers

Le bornier assure des connexions fiables pour les câbles d'arrivée et de départ. Les presse-étoupes du câble garantissent une bonne absorption des chocs et une étanchéité optimale.

Module de surveillance (boîtier de combinaison intelligent)

Le module de surveillance contrôle principalement le courant, la tension et la température des chaînes. De plus, il peut également détecter les défauts des chaînes ou fusible Pannes, etc. Les données détectées seront téléchargées sur la plateforme pour votre analyse.

Enceinte

Le boîtier de raccordement photovoltaïque est généralement fabriqué en acier inoxydable, en aluminium ou en plastique ignifugé. Il assure principalement la protection des composants internes contre les agressions environnementales et mécaniques. Un boîtier robuste garantit la longévité des composants internes, même en environnements difficiles.

Types de boîtiers de raccordement photovoltaïques

Par tension

Boîtier de raccordement photovoltaïque 600 V CC / Boîtier de raccordement photovoltaïque 1000 V CC

Ce type de boîtier de raccordement photovoltaïque est technologiquement abouti, bénéficie d'une chaîne de production complète et présente un coût relativement faible. Le boîtier de raccordement solaire 1000 V est actuellement la solution privilégiée pour la production d'énergie distribuée industrielle et commerciale, ainsi que pour certaines centrales au sol. On le retrouve principalement dans les premières centrales photovoltaïques au sol ou sur les toitures de petites et moyennes installations industrielles et commerciales.

Boîtier de combinaison photovoltaïque 1500 V CC

Elle permet de réduire considérablement les pertes dans les câbles et les coûts du système en augmentant la tension et en diminuant le courant. Elle peut être appliquée aux grandes centrales photovoltaïques au sol et aux fondations photovoltaïques.

Par nombre de chaînes d'entrée

Boîtiers de combinaison PV à faible puissance d'entrée (2 à 4 chaînes)

Les boîtiers de raccordement photovoltaïques 2 entrées/1 sortie et 4 entrées/1 sortie sont des boîtiers courants pour les installations à faible puissance. Plus faciles à installer et moins coûteux, ils sont également plus compacts. On les retrouve principalement dans les systèmes photovoltaïques installés sur les toits des maisons individuelles, les petits systèmes solaires hybrides ou les systèmes à onduleur de chaîne avec un nombre réduit d'entrées.

Boîtes de combinaison à entrée moyenne (6-12 chaînes)

Les boîtiers de raccordement photovoltaïques 6 entrées/1 sortie, 8 entrées/1 sortie et 12 entrées/1 sortie en sont des exemples courants. Ils supportent un courant moyen. De plus, ils permettent de réduire la longueur des câbles et les pertes de puissance, tout en offrant un bon compromis entre évolutivité et coût. Ils peuvent être utilisés dans les installations photovoltaïques en toiture, qu'elles soient commerciales ou industrielles, ainsi que dans les centrales solaires au sol de taille moyenne.

Boîtiers de combinaison PV à entrée élevée (16-24 chaînes)

Les boîtes de jonction photovoltaïques 16 entrées/1 sortie, 20 entrées/1 sortie et 24 entrées/1 sortie sont des exemples courants. Elles se caractérisent par une capacité de courant élevée. La plupart de ces boîtes sont équipées de modules de surveillance. Elles peuvent être utilisées en extérieur et dans des environnements difficiles, tels que les grandes centrales solaires et les vastes installations photovoltaïques au sol.

Boîtiers de combinaison à très haute capacité ou personnalisés

Ce type de boîtier de raccordement photovoltaïque comporte généralement 32 chaînes, voire plus. Ces boîtiers sont généralement conçus sur mesure en fonction du projet et équipés de systèmes de surveillance et de communication avancés. Ils sont couramment utilisés dans les grandes centrales solaires, les projets photovoltaïques en zones désertiques ou de haute altitude, ainsi que dans les projets nécessitant une intégration SCADA.

Par fonction

Boîtes de jonction PV standard

Le boîtier de raccordement photovoltaïque standard ne possède que les fonctions essentielles de collecte du courant, de protection contre les surintensités et de protection contre la foudre. Il convient aux applications nécessitant peu d'entretien et de maintenance, aux budgets limités ou aux projets de petite envergure.

Boîtier de combinaison PV intelligent/surveillé

Il intègre un module de surveillance au niveau des chaînes, basé sur le précédent. Il permet de contrôler en temps réel le courant, la tension et la puissance de chaque circuit. Il assure également la détection et la localisation des défauts. Il constitue l'équipement standard pour les projets industriels et commerciaux de moyenne et grande envergure, ainsi que pour les centrales électriques.

Comment fonctionne un boîtier de raccordement photovoltaïque dans un système photovoltaïque

Les objectifs du boîtier de combinaison PV dans un système PV peuvent être résumés en trois étapes principales : la combinaison, la protection et la surveillance (boîtier de combinaison PV intelligent).

Combinaison

Les modules photovoltaïques sont connectés en série pour former des groupes de chaînes présentant une tension continue plus élevée. Les câbles CC positifs et négatifs de chaque groupe sont raccordés aux bornes d'entrée correspondantes du boîtier de raccordement. Ce dernier peut être configuré pour 4, 6, 8 ou 12 chaînes, selon le nombre de bornes d'entrée.

À l'intérieur du boîtier de raccordement solaire, les pôles positifs de tous les circuits d'entrée sont connectés via un fusible CC, puis mis en parallèle sur une barre omnibus commune. Tous les pôles négatifs sont également mis en parallèle sur une barre omnibus négative commune. Enfin, cette barre omnibus alimente deux câbles de sortie principaux, qui aboutissent à l'entrée CC de l'onduleur.

Protection

protection contre les surintensitésLe fusible CC fond rapidement en cas de défaillance d'une chaîne ou d'inversion de courant. Ce dispositif isole la chaîne défectueuse afin d'éviter toute perturbation des autres chaînes et de l'onduleur.

Protection contre les surtensionsLe parafoudre est utilisé pour protéger les équipements en aval contre les surtensions transitoires causées par la foudre ou les opérations de commutation.

Surveillance

Le boîtier de raccordement photovoltaïque intelligent est équipé d'un module d'acquisition de données qui surveille en temps réel le courant continu de la chaîne, la tension continue totale, le courant total, la température interne et l'état des fusibles. Ces données sont transmises à la plateforme de supervision ou à l'onduleur. Vous pouvez également localiser précisément à distance la chaîne défectueuse. Votre efficacité opérationnelle s'en trouve ainsi améliorée.

Comment choisir un boîtier de raccordement photovoltaïque adapté

Correspondance des principaux paramètres électriques

Vous devez choisir entre une architecture 1000 V ou 1500 V en fonction de la conception de votre installation photovoltaïque. Vous pouvez sélectionner directement le boîtier de raccordement photovoltaïque correspondant à la tension nominale. Le système 1500 V exige une isolation plus performante des composants et est actuellement le choix privilégié pour les grandes centrales électriques.

Ensuite, vous pouvez choisir de saisir un nombre de chaînes égal ou légèrement supérieur au nombre total de groupes de chaînes. Par exemple, si vous avez 20 chaînes, vous pouvez choisir 20 ou 22 chaînes. Les chaînes supplémentaires sont réservées pour des ajouts futurs.

Il faut également tenir compte du courant de court-circuit maximal des modules photovoltaïques sélectionnés dans des conditions extrêmes et prévoir une marge de sécurité d'au moins 1,25 fois.

Pour éviter toute surcharge du circuit, le courant nominal du disjoncteur principal dans le boîtier de barres omnibus et la capacité de transport de courant de la barre omnibus interne doivent être supérieurs ou égaux à la somme des courants de service maximaux de toutes les chaînes.

Prendre en compte les besoins de surveillance

En fonction des exigences de conception de votre système, vous devez choisir entre le boîtier de raccordement solaire intelligent et le boîtier de raccordement photovoltaïque standard. Ce dernier convient mieux aux projets de petite envergure, aux budgets limités, aux systèmes de petite taille ou ne nécessitant pas d'entretien et de maintenance complexes.

Si vous l'utilisez dans l'industrie, le commerce et les centrales électriques, le boîtier de combinaison intelligent est votre meilleur choix.

Par ailleurs, il convient également de déterminer si vous avez besoin de fonctions avancées. Si votre projet est soumis à des normes de sécurité obligatoires, vous devrez opter pour un boîtier de raccordement avec détection d'arc CC et arrêt d'urgence.

Conditions environnementales

En fonction de l'environnement d'installation, il est nécessaire de choisir le niveau de protection approprié. Pour les installations extérieures, l'indice IP65 est le minimum requis. Pour les environnements côtiers ou pluvieux, l'indice IP66 est recommandé.

Pour le boîtier, l'acier galvanisé est un choix courant, car il offre un excellent rapport qualité-prix et une bonne résistance à la corrosion. L'acier inoxydable est plus adapté aux environnements fortement corrosifs, mais il est plus cher.

Par ailleurs, vérifiez si le boîtier est équipé d'orifices de ventilation ou de ventilateurs. Si votre système est installé de manière dense et transporte un courant élevé, une gestion thermique efficace est indispensable.

Enfin, en fonction de votre plan de projet, choisissez la méthode d'installation appropriée, telle qu'un boîtier mural, sur poteau ou sur pied.

Exigences en matière de sécurité et de certification

Outre les fonctionnalités du boîtier de raccordement, il est important de vérifier que le produit est certifié par des organismes reconnus, tels que le marquage CE dans l'UE ou UL aux États-Unis. Lors de l'achat, privilégiez une marque réputée dans le secteur photovoltaïque. Assurez-vous également de la fiabilité, de la constance et de la disponibilité du service après-vente.

FAQ

Quelle est la différence entre un boîtier de combinaison et les bornes d'entrée CC à l'intérieur d'un onduleur ?

Le rôle du boîtier de raccordement est d'assurer la protection et la surveillance indépendantes de chaque chaîne. Il permet d'isoler et de protéger précisément l'onduleur en cas de défaut. Les bornes de l'onduleur, quant à elles, ne constituent qu'un point de connexion général et ne peuvent gérer ni protéger individuellement chaque câble.

Les systèmes photovoltaïques résidentiels de petite taille nécessitent-ils également des boîtiers de combinaison indépendants ?

En général, ce n'est pas nécessaire. La plupart des systèmes photovoltaïques résidentiels modernes peuvent être raccordés directement aux chaînes de panneaux photovoltaïques à l'onduleur. En effet, les installations résidentielles sont relativement petites et la protection intégrée de l'onduleur remplace les fonctions de protection de base du boîtier de raccordement indépendant. De plus, l'ajout de dispositifs indépendants n'est pas rentable pour les petits systèmes.

Quelles sont les exigences environnementales pour l'installation d'un boîtier de raccordement photovoltaïque ?

Le boîtier de raccordement photovoltaïque doit être installé dans un endroit bien ventilé, frais et sec. Il doit être tenu à l'écart des matériaux inflammables et explosifs. Sa hauteur d'installation et l'espace environnant doivent faciliter l'observation, la manipulation et la maintenance. Le matériau de l'enveloppe doit être adapté aux conditions environnementales d'installation.

La fonction de protection contre les surtensions d'un boîtier de raccordement photovoltaïque est-elle permanente ?

Non. Un parafoudre est un dispositif de protection consommable. Il absorbe et dissipe l'énergie des surtensions en consommant ses composants internes. Il est donc nécessaire de vérifier régulièrement son état et de le remplacer à temps.

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