Le risque électrique photovoltaïque : le cœur du métier
Module 3 / 5
Sommaire
3.2 Câblage DC, strings, onduleurs et postes
Pour superviser un chantier solaire sans se mettre en danger, il faut savoir nommer ce que l'on a sous les yeux : où est le courant continu, où commence l'alternatif, ce qu'est un string, ce que fait un onduleur, à quoi sert le poste de livraison. Ce chapitre cartographie l'installation, du module au réseau, et pointe les composants où le risque DC se concentre.
Du champ solaire au réseau : le parcours du courant
Modules & strings
Côté DCCoffrets DC
Côté DCOnduleur
DC → ACPoste de livraison
Côté AC / HTARéseau
DistributionSchéma de principe. La frontière DC / AC se situe à l'entrée de l'onduleur.
Les câbles solaires : double isolation et tenue UV
Les câbles qui relient les modules entre eux et acheminent le courant continu jusqu'aux coffrets ne sont pas des câbles d'installation ordinaires. Ce sont des câbles solaires, conçus pour les contraintes particulières d'un champ PV.
Leurs caractéristiques attendues :
- Double isolation : ils sont prévus pour une protection renforcée, adaptée aux tensions DC élevées et à l'exposition.
- Tenue aux UV et aux intempéries : exposés au soleil et aux écarts de température pendant des années, ils doivent résister au vieillissement.
- Cheminement protégé : fixés, à l'abri des arêtes vives, jamais pincés sous une structure ni laissés au contact d'un point chaud potentiel.
Un câble solaire dont la gaine est abîmée, fendue ou pincée est un défaut d'isolement en puissance : sur un circuit DC sous plusieurs centaines de volts, c'est une cause potentielle de courant de défaut et d'arc. Le superviseur fait remonter toute dégradation visible.
Les connecteurs DC : jamais manœuvrés en charge
Les modules et les câbles se raccordent par des connecteurs débrochables. Discrets, ils concentrent pourtant une grande partie des défauts observés sur les installations PV.
Trois règles encadrent leur emploi :
- Même marque et même modèle des deux côtés : l'accouplement de connecteurs de séries différentes, même s'ils « rentrent » mécaniquement, ne garantit pas un contact fiable. C'est une cause reconnue de résistance de contact élevée et de point chaud.
- Accouplement correct et complet : un connecteur doit être enclenché à fond, verrouillé. Un connecteur à moitié enfoncé chauffe et peut amorcer un arc.
- Jamais manœuvré en charge : on ne débroche ni ne broche un connecteur DC tant qu'un courant circule. Le débrochage sous charge crée un arc continu qui ne s'éteint pas seul.
Strings : la série additionne les tensions, le parallèle les courants
Un string (ou chaîne) est un ensemble de modules raccordés en série. Comprendre la logique série / parallèle est essentiel pour évaluer le risque d'une zone :
- En série (les modules d'un même string) : les tensions s'additionnent. Plus la chaîne compte de modules, plus la tension présente dans les câbles est élevée — jusqu'aux ordres de grandeur vus au chapitre précédent.
- En parallèle (plusieurs strings regroupés) : les courants s'additionnent. Le courant disponible au niveau d'un coffret de regroupement est donc plus important qu'au niveau d'un seul string.
Conséquence pour le terrain : à l'échelle d'un module isolé, la tension est faible ; à l'échelle d'un string câblé, elle est dangereuse ; au niveau d'un coffret regroupant plusieurs strings, on cumule tension élevée et courant important. Le danger croît à mesure qu'on remonte vers l'onduleur.
Boîtes de jonction, coffrets DC, parafoudres et sectionneurs
Entre les strings et l'onduleur, le courant continu transite par des boîtes de jonction et des coffrets DC qui regroupent et protègent les chaînes. On y trouve typiquement :
- Le regroupement des strings : les chaînes arrivent et sont raccordées en parallèle (d'où le cumul de courant).
- Des protections contre les surintensités, selon la conception de l'installation (NF C 15-712).
- Des parafoudres DC : ils écoulent les surtensions d'origine atmosphérique ou de manœuvre, fréquentes sur des champs exposés en extérieur.
- Des sectionneurs DC : appareils spécifiquement prévus pour couper le courant continu. Ce sont eux qui permettent d'isoler une portion DC selon la procédure — et eux qu'on ne manœuvre pas sous charge sans matériel adapté.
L'onduleur : la frontière entre le continu et l'alternatif
L'onduleur est l'appareil qui convertit le courant continu produit par les modules en courant alternatif compatible avec le réseau. C'est la frontière physique entre le côté DC et le côté AC de l'installation.
On distingue principalement deux architectures :
Onduleurs de string
Plusieurs onduleurs répartis, chacun raccordé à un nombre limité de strings. Le câblage DC reste réparti sur le champ.
Onduleur central
Un onduleur de forte puissance regroupant le courant de nombreux strings, souvent en local technique. Forts niveaux de courant DC concentrés.
Point capital, déjà vu au chapitre 1 : arrêter l'onduleur agit côté AC (sa sortie). Le DC en entrée reste sous tension tant que les modules sont éclairés. Un onduleur « éteint » ne sécurise donc pas la partie continue.
Partie AC, poste de livraison HTA, terre et supervision
En sortie d'onduleur, on est côté courant alternatif. Sur une centrale de puissance, ce côté AC comporte :
- Des transformateurs qui élèvent la tension pour limiter les pertes sur les distances.
- Un poste de livraison HTA (haute tension catégorie A) : l'interface contractuelle avec le gestionnaire de réseau, abritant l'appareillage de coupure haute tension et le comptage de l'énergie injectée.
Le poste HTA est un environnement à haute tension : il relève d'indices d'habilitation spécifiques (voir chapitre suivant) et d'un accès strictement réservé au personnel habilité et autorisé.
Deux fonctions transverses assurent la sécurité de l'ensemble :
- Mise à la terre et équipotentialité : les masses métalliques (structures, cadres, enveloppes) sont reliées à la terre pour écouler les courants de défaut et limiter les tensions de contact. C'est une protection de fond de toute l'installation.
- Supervision / monitoring : le suivi à distance de la production permet de détecter des anomalies (baisse de rendement, défaut sur un string) qui peuvent signaler un problème électrique à investiguer.
Composants côté DC et côté AC : où est le risque continu ?
| Côté DC (courant continu) | Côté AC (courant alternatif) |
|---|---|
| Modules photovoltaïques (source non sectionnable) | Sortie de l'onduleur |
| Câbles solaires (double isolation, tenue UV) | Tableaux et protections AC |
| Connecteurs débrochables DC | Transformateurs |
| Boîtes de jonction / coffrets DC, parafoudres, sectionneurs DC | Poste de livraison HTA, comptage |
| Entrée de l'onduleur | Raccordement au réseau de distribution |
| Reste sous tension tant qu'il y a de la lumière | Peut être consigné (séparation, condamnation, VAT…) |
Documentation de référence sur les installations électriques et le risque PV : INRS.
À retenir
- Les câbles solaires sont à double isolation et tenue UV ; toute gaine abîmée ou pincée est un défaut d'isolement potentiel sous plusieurs centaines de volts DC.
- Connecteurs DC : même marque/modèle des deux côtés, accouplement complet, et jamais manœuvrés en charge (risque d'arc continu).
- Dans un string, la série additionne les tensions ; en parallèle, les courants s'additionnent. Le danger croît en remontant vers l'onduleur.
- Coffrets DC, parafoudres et sectionneurs DC structurent la partie continue ; les sectionneurs DC sont le matériel prévu pour isoler le continu par procédure.
- L'onduleur est la frontière DC / AC. L'arrêter coupe l'AC en sortie mais laisse le DC en entrée sous tension.
- Côté AC : transformateurs, poste de livraison HTA et comptage (haute tension, accès habilité). Mise à la terre / équipotentialité et supervision protègent l'ensemble.