Comme tout système électrique, les installations photovoltaïques sont soumises aux risques induits par la foudre. Régulièrement, des composants de ces installations sont détruits, qu’il s’agisse des régulateurs ou des onduleurs, entraînant une baisse de fiabilité et une hausse des coûts d’exploitation pour pallier les dégâts. Ces installations sensibles doivent être protégées contre trois principaux risques liés à la foudre : le foudroiement direct, le courant de foudre qui se propage à travers le réseau de distribution électrique et les champs électromagnétiques.
Les installations photovoltaïques raccordées au réseau public d’électricité existent depuis une quinzaine d’années. Lorsque le marché a commencé à se massifier, les problèmes liés à la foudre se sont multipliés. Les applications photovoltaïques ne dérogent pas à la menace des surtensions transitoires. Il est donc essentiel de mettre en place des boucliers.
Des installations vulnérables
Les installations photovoltaïques présentent plusieurs inconvénients face à la foudre, comme l’explique Christian Macanda, responsable Produit groupe de Citel : « D’abord, les onduleurs, comme tout appareillage électrique, sont composés de semiconducteurs, très vulnérables aux surtensions. Ensuite, ce sont des installations en extérieur avec des réseaux de câbles exposés à la foudre, ce qui crée un risque important de surtensions transitoires. Enfin, les installations photovoltaïques sont le plus souvent reliées à deux réseaux : le réseau de distribution d’électricité et le réseau de l’installation photovoltaïque. » Il est donc nécessaire que les parafoudres fournissent ces deux modes de protections.
Les principaux risques
La contrainte centrale pour une installation photovoltaïque est de produire en permanence. En cas de perturbation, la rentabilité de l’installation est altérée. « Les risques sont multiples. Les surtensions ou les impacts directs peuvent endommager les équipements. Le risque est principalement économique, avec des onduleurs qui peuvent brûler ou des panneaux photovoltaïques qui peuvent griller. En cas de panne, c’est la rentabilité du site qui est affectée », explique David Dumon, responsable marketing Surge protection, APAC-EMEA-SA, Mersen.
Anticiper les risques
Il est important, quelle que soit l’installation, de mener une analyse de risque. Comme l’explique David Dumon : « Ces risques diffèrent selon l’implantation de l’installation, en centre-ville ou à la campagne, en zone kéraunique (où les orages et le tonnerre sont fréquents) ou non et selon la hauteur du bâtiment. En traitant ces données, on obtient un niveau de risque. Un ensemble de normes, à la fois concernant les produits et l’installation, permettent d’adresser ce risque et de diffuser les bonnes pratiques. »
Le risque de surtensions sur les installations photovoltaïques est pris en compte depuis plus de dix ans maintenant et nécessite une double protection, à la fois du réseau de panneaux photovoltaïques et du réseau d’électricité. Des guides européens et internationaux déterminent les règles de l’art pour ces installations. En France, le guide UTE C 15-712 rappelle les règles d’installation pour les sites photovoltaïques et recommande la mise en œuvre d’un parafoudre après une évaluation des risques, via une analyse de risque simplifiée, qui rend le parafoudre obligatoire ou non. « Dans les faits, les installateurs et bureaux d’études mettent en œuvre des parafoudres quel que soit le résultat de l’analyse de risques », précise Christian Macanda.
Assurer une protection performante
L’analyse de risque indique le niveau de protection à mettre en place, que ce soit un paratonnerre et/ou un parafoudre. « Sur les installations photovoltaïques, il est nécessaire d’appliquer des protections des deux côtés de l’onduleur PV, AC et DC. Si la longueur de déploiement est supérieure à 10 mètres, il convient de doubler la protection côté DC », explique David Dumon.
La présence ou non d’un paratonnerre fait varier les choix technologiques pour protéger l’installation, comme l’explique Christian Macanda : « Si un paratonnerre assure la protection foudre directe de l’installation, il est nécessaire de mettre en place des parafoudres de Type 1, plus robustes. Le choix se fait en fonction du paratonnerre en place et de son mode de connexion au réseau de masse. » De même, sur les installations domestiques, la longueur entre les onduleurs et les panneaux photovoltaïques est déterminante : « Si cette distance est assez courte, le parafoudre est mis en place uniquement sur l’onduleur. S’il s’agit de grandes longueurs, il faut également ajouter des parafoudres au niveau des panneaux photovoltaïques », poursuit Christian Macanda.
Pour les champs solaires, il est impératif de protéger également les lignes de données dédiées au monitoring, entre les onduleurs et les panneaux, qui permettent de gérer les installations. « Les réseaux de transmission de données sont très sensibles », confie l’expert de Citel.
Choisir les produits adaptés
La tension des installations photovoltaïques a varié au fil du temps. Il y a quinze ans, elle était entre 500 et 800 V et elle est aujourd’hui plutôt de l’ordre de 1 000 à 1 500 V. Les parafoudres ont suivi ces évolutions. Il faut donc choisir un parafoudre adapté au réseau qu’il protège. « Citel propose la technologie VG, qui combine la varistance et les éclateurs. Cette technologie est adaptée pour tous les réseaux d’énergie, tant du courant alternatif que des panneaux photovoltaïques. La durée de vie et la robustesse des solutions combinant varistance et éclateurs sont plus élevées », explique Christian Macanda.
Côté AC et DC, Mersen fait évoluer ses gammes, comme l’explique Florent Ivankovics, responsable Surge Protection Business Development France : « Nous créons des produits spécifiques pour le photovoltaïque. Certains de nos produits sont renforcés côté AC, avec des parafoudres de type 1 et de type 2. Côté DC, la gamme de parafoudres photovoltaïques inclut des solutions de type 1 et de type 2, pour des tensions de 600, 1 000 et 1 500 volts. »
D’autre part, Mersen propose une solution pour les installations résidentielles : « Nous venons de sortir la solution “PV Box”, qui est une boîte de jonction conçue pour les petites installations photovoltaïques. Ces petits coffrets sont dédiés aux particuliers ou aux bâtiments commerciaux et permettent de protéger l’onduleur de l’extérieur », explique Florent Ivankovics.
Intégrer la protection foudre aux équipements
Aujourd’hui, les solutions de protection foudre entrent dans les produits, comme l’explique Christian Macanda : « Citel vend aux installateurs, mais également aux fabricants d’onduleurs. Les fabricants intègrent de plus en plus les parafoudres à l’onduleur, surtout pour les petits modèles. Citel a créé une offre dédiée fabricants, avec côté AC le PAC et côté panneaux photovoltaïques le PPV. »
Pour les grands onduleurs, il est moins intéressant d’intégrer les parafoudres, en raison des armoires de raccordement existantes. « En revanche, intégrer un parafoudre présente une petite contrainte : si le parafoudre ne fonctionne plus, comment le maintenir ? Même s’il est assez rare que le parafoudre soit défectueux, cette situation peut survenir. D’autre part, des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM) peuvent se poser, car les parafoudres doivent dériver les milliers d’ampères et protéger les équipements. Le fait de faire entrer les perturbations dans l’équipement n’est pas la meilleure solution du point de vue de la CEM. Le parafoudre ne doit pas être trop loin de l’équipement pour être efficace, mais il ne doit pas être trop près non plus, car il rapproche les perturbations de l’équipement », précise Christian Macanda.
Les tendances pour protéger les installations photovoltaïques
Après une quinzaine d’années d’existence, le marché du photovoltaïque est mature et les technologies sont stables avec des prix de plus en plus agressifs. « Notre défi est donc de rester compétitifs. Au niveau technologique, les parafoudres sont performants et ne présentent pas de défaillances », souligne Christian Macanda.
Le marché des sites isolés, très rare dans l’Hexagone, concerne les installations avec une production et une consommation locale. Ce marché est très demandeur de parafoudres, comme l’explique Christian Macanda : « Il s’agit plutôt d’un marché d’export et les produits se retrouvent souvent dans des zones très exposées, notamment en Afrique et en Asie. Pour ces sites, en cas de défaillance des onduleurs, l’installation tout entière s’arrête, car la production photovoltaïque est la seule source d’énergie. Citel propose des solutions pour des tensions plus basses, de 24 à 350 V. »
Aujourd’hui, les installations photovoltaïques intègrent de plus en plus de solutions de stockage d’électricité, parfois même combinées aux bornes de recharge de véhicules électriques. « Ces trois applications vont rapidement fusionner. Pour charger un véhicule électrique, il faudra des infrastructures de recharge de véhicules électriques (IRVE), des panneaux photovoltaïques et du stockage. Cela va représenter un véritable défi pour nous de protéger les installations dans leur ensemble, car ces produits intègrent beaucoup d’électronique, très sensible aux surtensions », conclut David Dumon.
Alexandre Arène
