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Dossier spécial installation photovoltaïque

En France, le nombre d’installations photovoltaïques raccordées au réseau de distribution basse tension ne cesse d’augmenter depuis plusieurs années. Les professionnels mettant en œuvre ces installations (couvreurs, installateurs…) doivent se rappeler qu’il s’agit de générateurs très particuliers. De ces particularités découlent des choix spécifiques pour la protection des personnes et des biens et pour assurer dans de bonnes conditions la coupure des circuits.

Photovoltaïque une source de courant qui fluctue

L’énergie électrique produite par un module photovoltaïque fluctue continuellement au cours d’une journée en fonction de l’ensoleillement. L’intensité du courant électrique produit est proportionnelle au rayonnement reçu, alors que la tension aux bornes des modules reste approximativement constante.

Un module photovoltaïque est une source de courant: l’intensité qu’il délivre est quasiment indépendante de la tension à ses bornes. En particulier, en cas de mise en court-circuit d’un module (tension nulle), le courant est à peine supérieur à celui en fonctionnement normal. De ce fait, la protection contre les surintensités au moyen de disjoncteurs ou de fusibles, comme cela est habituellement effectué sur une installation à basse tension, est plus difficile à mettre en œuvre. En effet, l’insuffisance du courant de court-circuit ne permet pas à ces dispositifs de détecter le défaut et de déclencher pour mettre l’installation en sécurité !


Nécessité d’un dispositif de coupure en charge

L’ouverture en charge du circuit, par exemple en débrochant inopinément un connecteur sans prendre certaines précautions est dangereuse. Le module “s’oppose” à l’interruption du courant, ce qui génère un arc électrique. Cet arc est suffisamment important pour causer une brûlure à l’opérateur, l’électrocuter, l’aveugler ou encore le déséquilibrer s’il se trouve sur une toiture. Même hors charge (pas de courant débité), la partie courant continu de l’installation est sous tension, dès lors que les modules sont exposés au rayonnement solaire. En fonction du nombre de modules mis en série, cette tension peut atteindre plusieurs centaines de volts. Pour cette raison, si quelqu’un doit intervenir sur les modules en étant certain d’être hors tension, le seul moyen est de couvrir les panneaux pour occulter le rayonnement solaire, ou alors d’intervenir la nuit.

On comprend dès lors l’obligation de poser, tant côté continu que côté alternatif, des dispositifs de coupure manœuvrables en charge. Côté continu, un interrupteur-sectionneur doit être placé à proximité de l’onduleur en charge de convertir le courant continu en courant alternatif. Côté alternatif, en locaux d’habitation, le disjoncteur de branchement (AGCP) remplit cette fonction de coupure d’urgence s’il est situé à l’intérieur du logement. En revanche, si l’AGCP est installé à l’extérieur du logement (par exemple en limite de propriété), il ne peut pas assurer la fonction de coupure d’urgence. Un autre dispositif de coupure (interrupteur ou disjoncteur), apte au sectionnement, doit alors être installé à l’intérieur du logement, côté courant alternatif de l’onduleur. Il faut donc installer un coffret AC et un coffret DC car la norme UTE C 15-712-1 l’impose même si l'onduleur choisi est équipé d'un interrupteur DC ou d'un parafoudre intégré.

Photovoltaïque & La protection de découplage

Les installations photovoltaïques raccordées au réseau sont le plus souvent non autonomes (pas de batteries de stockage) : lorsque l’on ouvre le disjoncteur de branchement ou l’interrupteur-sectionneur côté alternatif, un dispositif appelé “protection de découplage” provoque automatiquement l’arrêt de l’onduleur. Au plan fonctionnel, cet onduleur a besoin de la tension du distributeur (230 V / 50 Hz) pour fixer l’amplitude et la fréquence du courant qu’il injecte sur le réseau de distribution publique. En cas de fluctuation trop importante en amplitude ou en fréquence de la tension du réseau, l’onduleur ne peut plus fonctionner correctement : la protection de découplage le déconnecte du réseau. Au plan de la sécurité, cette protection de découplage est exigée par le distributeur, notamment pour protéger son personnel d’exploitation d’éventuels retours de courant lors d’une intervention sur le réseau de distribution. La protection de découplage peut être externe à l’onduleur, ou bien intégrée dans ce dernier.

D’après le guide UTE C 15-712-1. Exemple d’installation photovoltaïque. Schéma général pour un seul groupe.

PV-raccordement-installation-photovoltaique-protection guide UTE C 15-712

Installations photovoltaïques contact direct

En amont de l’onduleur, la tension peut atteindre plusieurs centaines de volts, proportionnellement au nombre de modules disposés en série. Or, la résistance électrique du corps humain décroît lorsque la tension de contact augmente. Même en cas de déconnexion de l’installation photovoltaïque côté courant alternatif (côté réseau de distribution), un opérateur amené à intervenir côté courant continu (entre l’onduleur et les modules photovoltaïques) doit être habilité pour cela (chargé d’intervention BR ou chargé de travaux B2). Une personne non habilitée ne doit en aucun cas ouvrir une boîte de connexion sous tension ou déconnecter un câble. Un couvreur qui remplace des tuiles ou un plaquiste qui isole des combles pourrait être tenté de débrocher momentanément un connecteur pour exécuter sa mission. Pour éviter que cela ne se produise, des pictogrammes correctement disposés sur les équipements (interrupteurs, connecteurs, boîtes de jonction et onduleurs) doivent avertir de la présence de tension et la mention “ne pas ouvrir en charge” doit être portée à proximité des sectionneurs et des connecteurs.

affichage de sécurité PV raccordement installation photovoltaique protection guide UTE C 15-712 Pour des raisons de sécurité à l’intention des intervenants, il est impératif de signaler le danger lié à la présence de deux sources de tension sur un site (dans le cas présent, générateur photovoltaïque et réseau public de distribution). Sources Catu & UTE C 15-712-1 de juillet 2010

Installations photovoltaïques contact indirect

Quant à la protection contre les contacts indirects, tous les matériels disposés en amont de l’onduleur (notamment les modules photovoltaïques) doivent être de classe II, c’est-à-dire posséder la double isolation électrique. Ainsi, un défaut d’isolement entre une partie active et une partie métallique accessible est rendu improbable. Les câbles véhiculant le courant continu doivent être de type monoconducteurs et équivalents à la classe II, ce qui limite les risques de court-circuit. En revanche, côté alternatif, en aval de l’onduleur, ce dernier inclus, les équipements ne sont pas nécessairement de classe II. Toutes les masses métalliques sont reliées à la terre, ce qui, rappelons-le, est unique pour un même bâtiment. La protection contre les contacts indirects s’effectue alors via un dispositif différentiel de sensibilité adaptée aux conditions de mise à la terre. En locaux d’habitation, le circuit de l’onduleur est, en outre, protégé par dispositif différentiel 30 mA. Certains onduleurs intègrent une fonction de contrôle d’isolement côté courant continu : en cas de problème, une alarme (visuelle et/ou sonore) est alors déclenchée.


protection contre les surintensités au niveau des équipements

Côté alternatif, il convient d’appliquer les règles générales de la norme NF C 15-100 pour dimensionner les conducteurs et les dispositifs de protection (fusibles ou disjoncteurs). Pour la partie courant continu, la faiblesse du courant de court-circuit rend inopérant l’emploi de fusibles ou de disjoncteurs pour protéger les conducteurs contre les surintensités. La stratégie consiste alors à mettre en œuvre des câbles dont le courant admissible présente une valeur suffisamment élevée, au moins égale à 1,25 fois le courant de court-circuit du générateur. Pour accroître le courant débité, plusieurs chaînes de modules sont souvent mises en œuvre en parallèle. Or, en cas de défaut sur l’une des chaînes, les autres chaînes risquent de débiter leur courant dans la chaîne en défaut qui se comporte alors en récepteur. Pour protéger les modules contre ce phénomène, une protection de chaque chaîne par un fusible placé sur chaque polarité s’impose dès que le nombre de chaînes en parallèle est strictement supérieur à trois.

Modules photovoltaïques.. mise en parallèle ou en série ?

Pour une puissance donnée, les modules photovoltaïques peuvent être reliés entre eux en série ou en parallèle. La disposition en série permet d’augmenter la tension. Mais une tension trop élevée risque de poser problème pour le dimensionnement des câbles et des appareillages et aggrave de surcroît les conséquences en cas de choc électrique. À l’inverse, privilégier la mise en parallèle au détriment de la mise en série peut conduire à une tension trop faible et des pertes joules élevées dans les câbles, ce qui est préjudiciable au rendement global du système. Enfin, il faut se rappeler qu’un onduleur possède côté continu des limites hautes et basses de tension et de courant qu’il convient de respecter pour obtenir un fonctionnement correct.

Protection contre la foudre des installations photovoltaïques

Les matériels que l’on cherche ici à protéger sont principalement les modules photovoltaïques et l’onduleur. Précisons que le fait d‘avoir des modules sur le toit d’un bâtiment n’attire a priori pas plus la foudre que dans le cas d’un toit classique. Toutefois, un coup de foudre direct sur les modules provoquera irrémédiablement leur destruction. La foudre génère des surtensions pouvant se propager par conduction (lignes électriques, sol…) ou par rayonnement (couplage électromagnétique). Ces surtensions sont les effets indirects de la foudre, dont les conséquences peuvent être désastreuses. Pour s’en protéger, il convient alors de mettre en œuvre deux types de mesures :

- une liaison équipotentielle doit relier entre eux tous les éléments conducteurs et masses métalliques de l’installation PV ; cette liaison équipotentielle doit être reliée à la borne principale de terre du bâtiment.

- il faut également envisager de mettre en œuvre des parafoudres dont l’emplacement et les caractéristiques techniques sont adaptés à la configuration de l’installation.

Quelques rêgles concernant les parafoudres sur les installations photovoltaïques

Le caractère obligatoire ou simplement recommandé des parafoudres, tant côté alternatif que côté continu, dépend notamment du niveau kéraunique local. On retiendra qu’un bâtiment ou une structure équipée d’un paratonnerre implique obligatoirement l’utilisation d’un parafoudre de type 2 côté continu et de type 1 côté alternatif. En revanche, un bâtiment alimenté par une ligne basse tension entièrement souterraine n’implique pas d’obligation particulière. Le tableau 2 du guide UTE C 15-712 précise l’ensemble des cas de figure.

Rappelons quelques règles applicables à toute installation électrique à basse tension, et permettant de garantir la réelle efficacité de la protection contre la foudre. Tout d’abord, un parafoudre doit être disposé le plus près possible de l’origine de l’installation. De plus, il ne protège efficacement un matériel électrique que dans la mesure où la longueur des canalisations électriques entre ce parafoudre et le matériel à protéger est inférieure à 30 mètres. En d’autres termes, une canalisation électrique d’une longueur supérieure à 30 mètres entre un disjoncteur de branchement et un onduleur nécessitera la mise en œuvre de deux parafoudres : un à l’origine de l’installation et un second à proximité de l’onduleur. La “règle des 50 cm” relative au câblage des parafoudres au tableau électrique doit également être respectée.

Enfin, la protection contre la foudre est aussi une question de minimisation des “boucles”. En effet, pour réduire les tensions induites, la surface de boucle doit être aussi faible que possible lors de l’interconnexion des modules photovoltaïques. Il convient d’éviter les boucles non seulement entre polarités, mais aussi entre chaque polarité et le conducteur d’équipotentialité !

Technologies et choix des parafoudres

Afin de répondre efficacement aux contraintes imposées par les différents réseaux électriques, plusieurs technologies de parafoudres sont disponibles.
Ainsi, les parafoudres peuvent contenir différents composants internes :

. les éclateurs,
. les varistances,
. les diodes d'écrêtage

Ces composants ont pour but de limiter rapidement les tensions apparaissant à leurs bornes : cette fonction est obtenue par modification brutale de leur impédance à un seuil de tension déterminée.

Deux comportements sont possibles :

Amorçage: le composant passe de l'état de très haute impédance au quasi court-circuit; c'est le cas des éclateurs.

Ecrêtage: après un seuil de tension déterminé, le composant, passant en faible impédance, limite la tension à ses bornes (varistances et diodes d'écrêtage).

Ces familles comportent plusieurs variantes et sont suceptibles d'être associées entre elles afin de procurer des performances optimisées.

Les parafoudres photovoltaïques utilisent la technologie d'écrêtage. Ils sont composés d'une varistance, composants non-linéaire à base d'oxyde zinc (ZnO) permettant de limiter la tension à ses bornes : ce fonctionnement en écrêtage permet d'éviter le courant de suite, ce qui rend ce composant particulièrement adapté à la protection des réseaux d'énergie BT (Basse Tension) tels que la partie continue d'une installation photovoltaïque.

Le niveau kéraunique


Les parafoudres sont définis par la norme NF EN 61643-11 en 2 types de produits, correspondant à des classes d'essai. Ces contraintes spécifiques dépendent essentiellement de la localisation du parafoudre dans l'installation et des conditions extérieures.

Parafoudre de type 1
Ces dispositifs sont conçus pour être utilisés sur des installations où le risque "foudre" est très important, notamment en cas de présence de paratonnerre sur le site. La norme NF EN 61643-11 impose que ces parafoudres soient soumis aux essais de Classe 1, caractérisés par des injections d'ondes de courant de type 10/350 μs (IIMP), représentatives du courant de foudre généré lors d'un impact direct. ces parafoudres devront donc être particulièrement puissants pour écouler cette onde très énergétique.

Parafoudre de type 2
Destinés à être installés en tête d'installation sur des sites où le risque d'impact direct est considéré comme inexistant, les parafoudre de type 2 protègent l'ensemble de l'installation. Ces parafoudres sont soumis à des tests en onde de courant 8/20 μs (IMAX et IN). Le choix entre un parafoudre de type 1 et de type 2 se fait en fonction du niveau kéraunique du site et de la présence ou non d'un paratonnerre. Le guide UTE C15 712 présente le tableau suivant :

Choisir parafoudre photovoltaïque


Le niveau kéraunique d'un site est déterminé grâce à la carte ci-dessous :

Carte niveau kéraunique France Le niveau kéraunique, noté NK, définit le nombre de jours par an où l’on entend le tonnerre, à un endroit donné.

Ce niveau kéraunique n'est pas à confondre avec la densité de foudroiement (nombre de coups de foudre au km² par an, noté Ng).

La carte ci-contre donne le niveau kéraunique en fonction de la localisation en France.

Par exemple, dans le département de la Haute-Saône (zone orange), le niveau kéraunique est compris entre 30 et 35. Cela signifie qu'il y a entre 30 et 35 coups de tonnerre par an dans ce département.

à partir d'un niveau kéraunique supérieur à 25, le tableau précédent indique quel type de parafoudre est à installer.

Nouveaux dossiers techniques obligatoires depuis le 13 septembre 2011

Le nouveau décret sur le contrôle de conformité des installations photovoltaïques (99,9 % des installations de production à énergie renouvelable) est entré en application fin mars 2010. Pendant les six premiers mois d’application du nouveau décret (avril à septembre 2010), plus de 77.000 installations photovoltaïques, quasiment toutes réalisées par des professionnels, ont fait l’objet d’un dossier déposé au CONSUEL pour obtenir une attestation CONSUEL bleue.

Le bilan des contrôles réalisés sur l’ensemble des installations de production d’énergie renouvelable réalisés de mars à septembre 2010 montre un taux de non-conformité important.

Ce nouveau dossier technique dont l’objectif est de renforcer l’autocontrôle des installateurs doit permettre d’atteindre le niveau de qualité requis et d’éviter ainsi une éventuelle contre-visite...

lien vers :
http://www.consuel.com/nouveaux-dossiers-techniques-obligatoires-a-compter-du-13-septembre-2011/ dossiers techniques photovoltaïque consuel

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