Mise hors tension rapide - Une merveilleuse exigence en matière de sécurité électrique

Si vous venez d'installer un système de panneaux solaires, ou si vous regardez des photos de ce système, vous remarquerez peut-être un boîtier avec un interrupteur marche/arrêt portant la mention "Arrêt rapide". Mais qu'est-ce qu'un arrêt rapide ? Pourquoi est-ce important pour les systèmes de panneaux solaires ?

Comme nous le savons tous, la technologie photovoltaïque (PV) évolue rapidement et nous voyons de plus en plus de panneaux solaires photovoltaïques installés sur les toits de propriétés résidentielles et commerciales. Bien que l'équipement des panneaux photovoltaïques doive être certifié pour la sécurité contre les risques d'impact et d'incendie, ces certifications ne prennent pas en compte toutes les interactions spécifiques avec les pompiers qui travaillent autour des panneaux lors de l'extinction des incendies.

De nombreux pays ont pris conscience de l'importance des mesures de sécurité pour garantir un fonctionnement sûr de l'énergie solaire et permettre aux pompiers et autres personnels d'urgence d'accéder en toute sécurité aux toitures. C'est là que l'arrêt rapide entre en jeu.

Introduction à l'arrêt rapide

Il s'agit d'une exigence de sécurité électrique fixée par le code national de l'électricité (NEC) pour les systèmes de panneaux solaires. En d'autres termes, il s'agit d'un moyen rapide d'arrêter un système de panneaux solaires sur le toit.

La National Fire Protection Association (NFPA) a inscrit l'exigence d'arrêt rapide dans le NEC afin d'assurer la sécurité des premiers intervenants. Espérons que votre maison ne prenne jamais feu et que vous n'ayez pas à vous préoccuper de la fonction d'arrêt rapide, mais si cela se produit, les pompiers peuvent utiliser la solution d'arrêt rapide pour arrêter votre système de panneaux solaires au cas où ils auraient besoin d'accéder à votre toit. Il est surprenant de constater que ce n'est pas toujours le cas lorsqu'on éteint simplement un onduleur solaire : avec certains réglages d'onduleurs solaires, les fils et les circuits peuvent conserver de l'énergie même lorsque l'onduleur solaire est éteint, ce qui augmente le risque de choc électrique pour les pompiers qui travaillent sur les toits ou dans les greniers. Un interrupteur d'arrêt rapide permet aux pompiers de tirer physiquement sur l'interrupteur en moins d'une minute, réduisant ainsi la tension du système de panneaux solaires à un niveau sûr.

L'exigence de coupure rapide la plus connue des installateurs aujourd'hui a été introduite pour la première fois en 2014. Entre autres choses, le règlement établit une norme pour la réduction rapide de la tension de tout conducteur (c'est-à-dire le matériau d'un fil ou d'un câble qui circule) si ces conducteurs sont situés à plus de 10 pieds à l'extérieur du réseau, ou à au moins 5 pieds de long à l'intérieur d'un bâtiment. Les dernières réglementations, NEC 2017, vont encore plus loin : Les nouvelles réglementations réduisent les exigences relatives aux limites de fermeture pour inclure tout conducteur situé à moins d'un pied de votre installation solaire, ou à plus de 3 pieds de long dans votre maison.

En fait, les modifications apportées à la norme NEC 2017 stipulent qu'un arrêt rapide doit se produire sur un seul module solaire, et non sur l'ensemble d'un champ solaire. Il est important de noter que le NEC n'est pas une loi fédérale : les États peuvent choisir de l'adopter et de s'y conformer, tout comme les villes ou les municipalités. Cela signifie que les exigences de votre État en matière d'arrêt rapide peuvent différer de celles des États voisins (nous y reviendrons plus tard).

Quelles sont les exigences légales d'un arrêt rapide ?

Il s'agit d'une exigence du code national de l'électricité (NEC). Tous les trois ans, le NEC publie une mise à jour des exigences relatives à la sécurité des systèmes électriques. Le NEC n'est pas imposé par le gouvernement fédéral et chaque État adopte le code à son propre moment et selon son propre jugement. Certains États optent pour un code électrique distinct à l'échelle de l'État.

Si vous vivez dans un État qui utilise la norme NEC 2014 ou une norme supérieure, votre système solaire devra respecter les exigences d'arrêt rapide de la norme NEC afin de passer l'inspection finale de votre système et de le raccorder aux services publics et à l'électricité.

Vous trouverez ci-dessous une vue d'ensemble des différentes éditions du code national de l'électricité :

NEC 2014

En 2014, lorsque la première série de règlements a été promulguée, exigeant que tout conducteur (c'est-à-dire le matériau d'un fil ou d'un câble qui le traverse) soit situé à plus de 10 pieds à l'extérieur du réseau, ou à au moins 5 pieds à l'intérieur d'un bâtiment, il y avait un interrupteur d'arrêt rapide qui exigeait une réduction rapide de la tension en cas d'urgence.

NEC 2017

La réglementation a été révisée en 2017 et élargie pour inclure les fermetures au niveau des modules solaires individuels, plutôt qu'au niveau de l'ensemble du champ solaire. Ce changement de réglementation signifie que vous devez mettre hors tension tout conducteur situé à 1 pied du champ solaire à 80 volts en 30 secondes à l'aide d'un interrupteur d'arrêt rapide, au lieu de la zone de 10 pieds de la norme NEC 2014.

NEC 2020

Les récentes mises à jour de la réglementation n'ont pas changé grand-chose. Le changement le plus notable concerne les directives applicables à l'ensemble du réseau. Au lieu d'un système d'arrêt rapide homologué UL ou marqué sur le terrain, il faut désormais un système de contrôle des risques photovoltaïques (PVHCS) homologué UL ou marqué sur le terrain.

Trois façons de répondre aux exigences du NEC pour 2017

Installer un système d'arrêt rapide "répertorié" ou marqué sur le terrain.

Le mot "listed" provient du nom original du programme de certification UL il y a un siècle. Le code national de l'électricité utilise le mot "listé" mais n'indique pas spécifiquement que les produits et les systèmes doivent être certifiés par UL - il parle plutôt des principales caractéristiques des organisations qui fournissent des services de certification. De toute évidence, UL estime que les fabricants doivent être certifiés UL pour que leurs produits puissent être arrêtés rapidement, mais il en va de même pour d'autres laboratoires d'essai reconnus au niveau national.

UL a travaillé très activement avec l'industrie et d'autres parties prenantes, telles que la communauté d'intervention d'urgence, pour développer ces exigences, en essayant de donner la même confiance aux intervenants d'urgence qui interagissent avec ces systèmes dans l'exercice de leur fonction vitale de protection de la société, des personnes et des biens, et UL veut les rendre aussi sûrs que possible.

Lors du salon Solar Energy International 2019, de nombreux fabricants d'onduleurs solaires et d'équipements d'arrêt rapide ont fait la démonstration de leur certification SunSpec. SunSpec a développé des protocoles importants pour la communication entre les différents appareils lors des arrêts rapides, mais n'est pas un organisme public comme UL. Le simple fait de voir l'étiquette SunSpec n'indique pas à l'installateur que le produit est certifié NEC 2017 Rapid shutdown.

Une autre partie de la première option de conformité, le marquage du site, fait référence à une évaluation technique limitée qui est effectuée après l'installation sur un site spécifique. Si l'installation répond aux exigences de la NEC 2017, elle peut être marquée comme un système d'arrêt rapide si l'AHJ l'autorise.

Installer un système capable de réduire la tension à 80V en 30 secondes

Les micro-onduleurs sont souvent considérés comme intrinsèquement adaptés à l'arrêt rapide parce qu'ils convertissent une alimentation en courant continu à haute tension en une source d'alimentation en courant alternatif à plus faible tension et plus sûre, qui peut chuter à 80 V en 30 secondes. Toutefois, selon M. Boyce, la norme NEC 2017 ne mentionne pas spécifiquement les micro-onduleurs comme moyen de répondre aux exigences d'arrêt rapide.

Certains micro-onduleurs sont conçus pour avoir une capacité à l'extrémité avant du circuit, de sorte qu'à moins que l'inspecteur n'effectue une mesure de la tension, il n'y a aucun moyen de savoir si elle est inférieure à la limite de 80V. UL a effectué ces tests de manière proactive pour vérifier que certains micro-onduleurs peuvent respecter le seuil de 80 V, mais les tests après l'installation de l'onduleur solaire constituent un défi.

Installation BIPV : Éviter les composants métalliques et le métal mis à la terre

Lors de l'installation du système BIPV, n'installez pas de composants métalliques, n'installez pas de conducteurs exposés et n'installez pas le système à moins de 8 pieds d'un métal mis à la terre.

Les bardeaux, tuiles ou autres systèmes photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV) qui ne contiennent pas de pièces métalliques ou de conducteurs nus ou qui ne se trouvent pas à proximité d'un métal mis à la terre peuvent répondre aux exigences de la NEC 2017. Ces systèmes sont isolés de la mise à la terre et des composants conducteurs.

Qu'est-ce qu'un système d'arrêt rapide ?

Un système d'arrêt rapide comporte quelques éléments essentiels :

Le premier est un dispositif d'arrêt rapide (Rapid Shutdown Device, RSD). Les dispositifs d'arrêt rapide sont un type d'électronique de puissance au niveau du module (MLPE) ou de micro-onduleur qui sont installés à l'arrière des modules solaires. Ils sont équipés d'une technologie capable de couper et de réduire la tension de sortie dans l'ensemble du système solaire afin de respecter les réglementations relatives à l'arrêt rapide des systèmes photovoltaïques. Un exemple de produit est le Tigo TS4-A-F ou 2F qui est notre MLPE avec la conformité Rapid Shutdown seulement, mais Tigo offre plusieurs options MLPE avec la conformité Rapid Shutdown.

Un autre composant est un initiateur. Un initiateur d'arrêt rapide fait exactement ce que son nom indique. Ce dispositif se présente généralement sous la forme d'un bouton d'arrêt d'urgence (e-stop) situé dans un onduleur. En règle générale, l'arrêt rapide peut être déclenché de deux manières, soit manuellement (par un bouton d'arrêt d'urgence), soit automatiquement (perte de puissance du réseau).

Enfin, vous aurez besoin d'un onduleur solaire dans un système à arrêt rapide. Un onduleur solaire est un dispositif qui convertit l'électricité produite par les modules solaires en énergie utilisable pour votre maison (pour plus d'informations sur ce processus, lisez notre blog précédent). De nombreux initiateurs d'arrêt rapide sont situés à l'intérieur de l'onduleur solaire.

Ces trois composants sont désignés sous le nom d'équipement d'arrêt rapide du système photovoltaïque (PVRSE). Il s'agit d'équipements utilisés dans un système d'arrêt rapide qui réduit la tension à un niveau sûr. Le code national américain de l'électricité exige que les PVRSE et PVRSS soient répertoriés par UL pour les besoins de l'arrêt rapide.

Tous les onduleurs ont-ils une fonction d'arrêt rapide ?

Certains systèmes d'onduleurs solaires sont intrinsèquement conformes à l'arrêt rapide au niveau du module (NEC 2017 et ultérieur), tandis que d'autres nécessitent des composants supplémentaires pour l'arrêt rapide.

Les micro-onduleurs et les systèmes d'optimisation de la puissance sont les onduleurs solaires les plus populaires pour les systèmes de panneaux solaires résidentiels aux États-Unis. Heureusement, le micro-onduleur et l'optimiseur de puissance fonctionnent tous deux sur le terrain, sur la carte de la batterie, et sont dotés d'une fonction d'arrêt rapide intégrée.

Si vous installez vous-même le variateur de série, il se peut que vous deviez également installer une électronique de puissance au niveau du module (MLPE) pour vous conformer à la norme NEC 2017 ou NEC 2020. L'association de l'optimiseur de puissance avec un onduleur solaire string devrait permettre d'atteindre cet objectif. Cependant, les optimiseurs de puissance ne sont pas votre seule option pour un arrêt rapide - comme de plus en plus d'États commencent à adopter la NEC 2017, de nombreux fabricants d'onduleurs solaires ou d'autres sociétés solaires ont mis au point de nouvelles technologies MLPE avec des capacités d'arrêt rapide. Dans de nombreux cas, ces MLPE, créés spécifiquement pour l'arrêt rapide, peuvent constituer une option plus économique que l'installation d'un optimiseur de puissance ou d'un micro-onduleur.

Pourquoi avez-vous besoin d'un dispositif d'arrêt rapide ?

Elle est essentielle pour les systèmes solaires installés sur les toits. Même si les tuyaux qui vont d'un panneau à l'autre sont parfaitement sûrs, il arrive que ces tuyaux soient endommagés par le soleil. Dans ce cas, toute personne se trouvant à proximité du système peut être exposée à de l'électricité sous tension, ce qui peut entraîner une situation dangereuse. Mais grâce à la fonction d'arrêt rapide, le personnel d'urgence peut rapidement couper l'alimentation de ces tuyaux, ce qui lui permet d'accéder en toute sécurité à des endroits situés autour du système solaire.

Les conducteurs du système de panneaux solaires sont chargés chaque fois que le soleil brille. Sans ce dispositif, il n'y a pas de moyen sûr de couper le courant qui circule dans ces conducteurs.

La plupart des gens pensent qu'ils peuvent couper l'électricité en éteignant simplement l'onduleur solaire, mais ce n'est pas le cas. Les panneaux solaires continuent de produire de l'électricité. Les câbles des panneaux solaires continuent à produire de l'électricité.

Ce courant chargé présente un risque d'électrocution pour toute personne entrant en contact avec un système de panneaux solaires, y compris les secouristes qui peuvent être amenés à intervenir sur le toit de votre maison en cas d'urgence.

Les pompiers sont particulièrement exposés car ils ventilent souvent les bâtiments en feu en perçant des trous dans les toits ou les murs, ce qui peut les mettre en contact direct avec les conducteurs ou les fils des systèmes de panneaux solaires.

Solar Rapid shutdown résout ce problème en arrêtant le système de panneaux solaires en moins d'une minute, éliminant ainsi le risque d'électrocution sur le toit.

Conclusion

Les exigences en matière d'arrêt rapide sont adoptées dans le monde entier pour protéger les pompiers travaillant à proximité d'installations solaires photovoltaïques. Le NEC exige que la tension soit ramenée à un niveau sûr à l'aide d'une série de dispositifs (PVRSE) qui constituent un système d'arrêt rapide (PVRSS). Les onduleurs, les démarreurs et les dispositifs de coupure rapide tels que les MLPE ou les micro-onduleurs sont des composants nécessaires à la conformité au NEC.

Il s'agit d'une exigence de sécurité imposée par le code national de l'électricité américain (NEC), qui requiert des interrupteurs sur les panneaux solaires capables de couper le courant circulant dans le système. Une coupure rapide réduit la tension des conducteurs dans les fils et les câbles, protégeant ainsi votre maison d'un incendie rapide.

En outre, il protège les premiers intervenants, tels que les pompiers, en leur permettant de couper rapidement le courant dans les conducteurs, ce qui leur permet d'accéder en toute sécurité aux zones situées à proximité du système.

L'arrêt rapide du système solaire ne convient que pour systèmes solaires installé sur le toit. Si vous souhaitez installer un système solaire chez vous, nous espérons que ce tweet vous a aidé à comprendre l'arrêt rapide et à améliorer la sécurité de votre système solaire.