Dossier - Mars 2009
Le photovoltaïque dynamise l’industrie électrique
Edito
"L’installation photovoltaïque est totalement intégrée à notre réflexion"
Depuis 2005, la FFIE intègre totalement sa réflexion photovoltaïque, au sein d’une Commission Technique, dans un groupe de travail « Énergie du bâtiment / énergies renouvelables », car la production autonome d’électricité se place comme une des composantes de l’efficacité énergétique globale. On peut d’ailleurs considérer que l’installation photovoltaïque est un générateur de courant continu comme un autre, au même titre qu’une batterie. C’est d’ailleurs dans ce sens que le guide UTE C 18-510 aborde la notion d’habilitation des intervenants. En d’autres termes, la compétence photovoltaïque fait partie intégrante du métier de l’électricien, en particulier pour les convertisseurs d’énergie et les raccordements. C’est pour cette raison que nous espérons bientôt l’exigence du contrôle Consuel en fin d’installation.
Nous recommandons à nos membres, tant au niveau de l’étude que de l’installation, de s’associer avec un couvreur, en mode conjoint ou par sous-traitance.
La FFIE organise chaque année, depuis maintenant trois ans, une vingtaine de réunions en régions pour aborder le sujet avec les installateurs locaux. Certains professionnels ne font pas encore le saut pour plusieurs raisons. Parce qu’ils pensent ne pas avoir assez de clients, craignent l’interaction avec le métier de la toiture ou sont rebutés par le côté administratif des autorisations et des démarches de mise en service. En revanche, pour les plus motivés, nous conseillons fortement d’opter pour la mention complémentaire “Solaire photovoltaïque” à la qualification Électrotechnique proposée par Qualifelec et de suivre une formation abordant les aspects marketing, étude et réalisation.
Cependant, il ne faut pas oublier la maintenance des installations, qui prend plutôt l’apparence d’actions ponctuelles de vérification, tant au niveau de la propreté des modules exposés, de l’évolution possible des ombres portées, comme de la bonne marche de l’onduleur.
Enfin, Nous restons attentifs au fait que les assureurs de nos entreprises considèrent, encore aujourd’hui, les installations photovoltaïques comme des « techniques non courantes » nécessitant un avenant au contrat d’assurance des installateurs...
Paul Grizel,
responsable du Pôle Énergies du Bâtiment
Fédération française des entreprises de génie électrique et énergétique
Le photovoltaïque dynamise l’industrie électrique
À l’image de la croissance du marché des installations photovoltaïque en France, certes parti de bien bas, les industriels lancent gammes et solutions spécifiques. Si l’offre permet de plus en plus un assemblage plug & play, l’électricien ne doit cependant pas perdre de vue les spécificités d’une installation à courant continu.
Les dégats liés à la foudre peuvent s’avérer critiques pour les modules photovoltaïques.
Une installation de production d’électricité photovoltaïque est constituée de modules assemblés en chaînes, voire en groupes, et d’un ou plusieurs onduleurs. Mais à cela, viennent s’ajouter de nombreux composants indispensables à la sécurité électrique de l’installation, c’est-à-dire à la protection des personnes et des biens. Les spécificités du courant continu produit par les générateurs photovoltaïques ont également donné du fil à retordre aux fabricants, tant du point de vue des câbles et des connecteurs, que des solutions de protection. À commencer par la protection foudre...
Parafoudre : le double marché
« Jusqu’à présent en France, il a surtout été question de protéger la partie en aval de l’onduleur, et assez peu la partie courant continu, remarque Benoît Laugel, responsable Dehn France, en soulignant à ce sujet que les règles ne sont pas encore véritablement harmonisées. Notre parafoudre de type 2 pour courant continu permet la déconnexion en cas de surtension liée à la foudre, mais aussi lors d’un court-circuit relatif à toutes autres causes : câble endommagé par un rongeur, mal posé, cisaillé... ». Dehn propose également un parafoudre de type 1 doté d’un éclateur à air. « Nous préconisons notre parafoudre Dehnlimit PV 1000 type 1 pour installation photovoltaïque lorsque le bâtiment est pourvu d’un paratonnerre et que l’armature des capteurs se trouve, soit en liaison directe avec le parafoudre, soit à une distance réduite du parafoudre permettant la création d’arcs. » Et Bernard Rehm, responsable technique et marketing, de préciser : « Aujourd’hui, j’ai le sentiment que seules 20 à 30 % des installations sont réalisées avec des parafoudres, dont une large partie uniquement pour la composante courant alternatif ! »
Chez Weidmüller, en complément de la gamme courant alternatif, il existe depuis un an une offre de parafoudres CC à varistance et éclateur, pour équipements photovoltaïques capables de supporter une tension continue jusqu’à 1 100 V, en version mono, bi, tri ou tétrapolaire. « Lorsque la distance entre les capteurs et l’onduleur est supérieure à 10 m, nous préconisons un parafoudre de part et d’autre du circuit électrique acheminant le courant continu », explique-t-on chez Weidmüller, en regrettant toutefois que cette précaution soit rarement observée.
Également présent sur ce marché, Phoenix Contact dispose d’un parafoudre dédié courant continu débrochable, répondant à des tests spécifiques, faute de normes produits adaptées. « Nous avons développé en interne une méthode de test qui a d’ailleurs fait l’objet d’une présentation lors de l’ICLP 2008, 29e conférence internationale sur la protection foudre, qui s’est tenue en Suède », ajoute Olivier Pellisier, responsable produits parafoudre chez Phoenix Contact. Le parafoudre Valvetrab est une protection à varistance débrochable, conçue pour absorber des surtensions pour des valeurs pouvant atteindre 20 kA.
ABB Soulé-Hélita propose une offre de protection des équipements photovoltaïques depuis bientôt 3 ans. « Nous portons notre attention sur la gestion et l’analyse des modes de défaillance et sur les campagnes de validation et de vérification des parafoudres, notamment au sujet de leur fin de vie, de façon à proposer des produits fiables en toutes circonstances d’utilisation », précise François Drouin, responsable développement, industrialisation et gestion de production. Ces parafoudres débrochables (maintenance préventive facilité) de 40 kA en 600 ou 1000 VDC sont proposés avec ou sans télésignalisation.
Les parafoudres de type 2 Surgys G50-1000PV de Socomec assurent un courant de décharge maximal de 40 kA. Ils sont dotés de modules débrochables et de contacts de télésignalisation, ainsi que d’un voyant mécanique de signalisation de fin de vie.
« La réelle différence entre un parafoudre courant continu et un parafoudre courant alternatif tient au comportement en fin de vie, souligne Christian Macanda, responsable marketing communication chez Citel. Le parafoudre classique produit un courant de court-circuit très élevé lorsqu’il se trouve en fin de vie, alors que le parafoudre disposé entre l’onduleur et le capteur photovoltaïque génère un courant de défaut très proche du courant de fonctionnement. La fin de vie du parafoudre est donc plus difficilement détectable. »
Fabricant de parafoudres à installer en parallèle pour installations photovoltaïques, Franklin France admet qu’il est toutefois possible de réaliser une protection en série. « La spécificité de ces installations réside dans le fait que le courant est continu. Ainsi, certaines précautions concernant la tension résiduelle et le courant de suite doivent être prises lors de la mise en œuvre de la protection en parallèle. La protection série apporte quant à elle une solution mieux appropriée pour la tension résiduelle, mais doit être adaptée à l’installation », explique Arnaud Duflot, ingénieur R&D, responsable surtension chez Franklin France.
Exposés aux intempéries, les connecteurs mono polaires
pour les circuits courant continu doivent présenter des caractéristiques
d’étanchéité élevées pour éviter tout faux contact.
Adee Electronic a également lancé sur le marché sa gamme de parafoudres Fusadee pour installations photovoltaïques. Principal atout : un rapport Up/Uc (rapport de la tension résiduelle du parafoudre sur la tension de service permanente) de 1,4 (5 est le maximum autorisé). « Pour protéger correctement l’onduleur, ce rapport doit être le plus faible possible », explique François Girard, p-dg de Adee Electronic.
Chez Ferraz Shawmut (Mersen), les parafoudres Surge Trap intègrent une gamme spéciale solaire photovoltaïque en tenant compte des spécificités courant continu. En aval de l’onduleur, les modèles plus classiques, intègrent des coffrets parafoudres afin d’empêcher les injections néfastes du réseau vers l’onduleur.
Onduleurs les tendances
« Quand nous développons un onduleur, nous inscrivons au cahier des charges une durée de vie minimum en exploitation de 20 ans. Cela oriente nos choix de composants. C’est pourquoi nous proposons des extensions de garantie à 10, 15 ou 20 ans sur nos produits, explique Pierre Genin, directeur général de SMA.
Sur les gammes Sunny Boy (jusqu’à 5 kW), Sunny Mini Central (de 5 à 11 kW) et sur ses onduleurs de fortes puissances Sunny Central, SMA intègre des varistances qui protègent l’électronique jusqu’à quelques kV, en complément d’une protection foudre externe évidemment. »
Quelles sont les tendances de développement pour les onduleurs de demain ? « Tout d’abord le rendement électrique, souligne Hervé Humez, directeur technique. Avec la technologie sans transformateur nous atteignons 98 %. Ce choix technologique permet aussi d’alléger les onduleurs. Ensuite viennent les capacités de communication. Nous intégrons un concept sans fil où chaque onduleur sert de relais dans un maillage Bluetooth vers un module d’acquisition capable de communiquer vers l’extérieur avec un lien Internet. La tendance est aussi exprimée par l’intégration d’afficheurs graphiques de grande taille. »
Dans les prochains mois, SMA devrait cependant lancer un onduleur avec transformateur et à haute fréquence. Intérêt : une isolation galvanique et un poids de transformateur réduit.
Autres protections et coffrets
Weidmüller, qui investit en R&D dans l’activité photovoltaïque, propose des coffrets PVBox coté courant continu comprenant le parafoudre, les fusibles, les bornes et le sectionneur, le tout pour 1 à 7 chaînes. Coté courant alternatif, il existe plusieurs variantes de coffret au catalogue : soit avec le parafoudre seul, soit parafoudre, sectionneur et disjoncteur. « Cette version plus complète n’est pas une obligation, mais demeure fortement préconisée par les bureaux de contrôle », explique Vincent Fievet, spécialiste du marché photovoltaïque chez Weidmüller. Conçus en PVC et résistants aux UV, ces coffrets de protection CC sont livrés avec sorties presse-étoupe ou dotés de connecteurs Multi-Contact MC4 prêts à être raccordés.
Chez SMA, les onduleurs sont conçus
pour au minimum 20 ans de service.
Du coté de Phoenix Contact, les coffrets parafoudre Trabtech assurent la liaison à 3 chaînes par presse-étoupe. Ils intègrent un dispositif de coupure cadenassable. Coté CC, ces coffrets doivent être installés à moins de 10 m des installations à protéger et coté CA, le plus proche possible de l’onduleur. « Depuis mi-2008, nous disposons de cette offre globale parafoudre, disjoncteurs différentiels 30 mA et interrupteur-sectionneur, issue d’une gamme internationale adaptée au marché français », ajoute Olivier Pellisier.
Chez ABB, on a rassemblé plusieurs composants - protections disjoncteur de sortie d’onduleur, coffrets plastiques et métalliques, protection contre la foudre, coupure de proximité, interrupteurs et bornes de raccordement - afin de proposer une offre électrotechnique couvrant une grande part des besoins des installations photovoltaïques. Les interrupteurs de la gamme OT sont conçus pour une tension assignée de fonctionnement jusqu’à 750 Vcc (16 à 32 A) ou de 1 000 Vcc (200 à 400 A). Pour la protection contre les surintensités, les disjoncteurs bi, tri ou tétrapolaires S800PV, supportent une tension de 1 200 Vcc. Ils sont dotés d’une double chambre de coupure en série : de quoi assurer l’extinction rapide de l’arc électrique en cas de court-circuit. Une offre de coffrets électriques résidentiels CC - CA tout équipés pour les installations de 2 chaînes jusqu’à 3 kW est actuellement lancée par ABB. Ces solutions précâblées intégrant un disjoncteur différentiel 30 mA sont disponibles selon 2 options de parafoudre : 10 ou 40 kA. En version CC, ces coffrets se présentent montés avec ou sans connecteurs MC3 de Multi Contact.
Les fabricants proposent une offre de coffrets de protection et de coupure précâblés qu’il suffit parfois même de connecter au réseau courant continu ou courant alternatif.
Pour sa part, le département protection SCP de Socomec a rassemblé son offre photovoltaïque dans un catalogue dédié intitulé « Solutions de coupure, de contrôle et de protection pour les applications photovoltaïques ». « On y trouve, entre autres, des interrupteurs-sectionneurs Sirco 800 Vcc de 20 à 1 250 A et des commutateurs Sircover DC et Atys à commande manuelle et électrique sont commandées à distance par contact sec », détaille Michel Robert, en charge de l’offre chez Socomec. Ces commutateurs assurent de façon manuelle ou télécommandée, l’inversion de sources automatique en charge, de deux circuits électriques CC d’installations photovoltaïques. Des interrupteurs sectionneurs fusibles Fuserbloc DC multipolaires sont proposés de 2 à 8 pôles à commande manuelle. Ils assurent la coupure ou la fermeture, le sectionnement de sécurité et la protection contre les surintensités de tout circuit électrique CC. Les coupures à l’amont et à l’aval des fusibles garantissent une isolation totale des fusibles lorsque l’appareil est ouvert.
Les interrupteurs-sectionneurs courant continu Helio Switch de Ferraz-Shawmut sont utilisés soit comme interrupteur d’isolement de chaînes de panneaux photovoltaïques, soit en tant qu’interrupteur principal juste en amont de l’onduleur. La gamme Helio Box comporte le coffret de jonction pour la protection des chaînes au niveau des panneaux, le coffret principal de coupure côté continu juste en amont de l’onduleur et le coffret de parafoudres pour la protection côté alternatif de l’onduleur vers le réseau.
Installations … ne pas oublier la qualité !
En novembre 2007, Qualit’ENR (notamment avec l’aide du Syndicat des Energies Renouvelables, de la Capeb et de la FFB) lançait l’appellation QualiPV pour les installations de générateurs photovoltaïques raccordés au réseau. Objectif de la démarche ouverte aux entreprises d’installation : faire respecter une charte de qualité en 10 points.
« Depuis, nous avons scindé cette appellation en 2 modules QualiPV elec et QualiPV bat, respectivement relatifs aux missions des électriciens et des couvreurs, explique Waël Elamine, responsable de Soler (groupement français des professionnels du solaire photovoltaïque) également en charge des questions solaires thermique et photovoltaïque au sein du SER (Syndicat des énergies renouvelables). Aujourd’hui, 2 500 entreprises ont suivi les formations QualiPV, dont une large majorité d’électriciens. »
QualiPV est-il une obligation pour les professionnels installateurs ? Est-ce un passage obligé pour qu’un client puisse bénéficier du crédit d’impôt ? « Non, cela reste une démarche volontaire. Le crédit d’impôt est dissocié de QualiPV. En revanche, certaines aides régionales ne peuvent être attribuées que dans la mesure où l’entreprise dispose de QualiPV. »
Câbles et connecteurs
Depuis une quinzaine d’années, Mutli-Contact est présent sur le marché photovoltaïque avec une gamme de boîtiers de jonction (en sortie de panneaux), connecteur, câbles, cordons et broches de dérivation. Ses célèbres connecteurs MC3 (pour câbles de 2 à 6 mm2) et MC4 (pour câbles de 10 mm2), présentent un diamètre de broche respectivement de 3 et 4 mm. Ils assurent une étanchéité IP2X déconnectés et IP67 connectés. Afin d’éviter toute ouverture de circuit sous tension, le connecteur MC4 nécessite l’utilisation d’un outil pour sa déconnexion. « Nos connecteurs ont la particularité d’intégrer une lamelle, précise Alexandre Toumi, responsable marketing et développement commercial. Celle-ci, du fait de son élasticité assure le passage du courant en toutes circonstances. » Coté innovation, Multi-Contact promet, courant 2009, une solution intégrée sur la base de connecteurs spécifiques. Enfin, précisons qui si de nombreux connecteurs proposés aujourd’hui sur le marché sont au même standard de forme que ceux de Multi-Contact, un mariage « mixte » annule toute garantie du constructeur.
CAE Groupe, sous la marque CAE Industrie, propose une solution de raccordement des modules photovoltaïques jusqu’à l’onduleur. La gamme Solar se compose de câbles EldSolar (de 2,5 à plus de 35 mm2) ainsi que de connecteurs et boîtiers Solinq, conçus pour la partie courant continu. Lancés en France en juin 2008, les câbles EldSolar sont cependant disponibles depuis plus de 10 ans en Allemagne et aux Pays-Bas où ils sont fabriqués selon une norme TÜV. « Garantis 15 ans, ces câbles souples résistent à une température de -40 à +120 °C, aux UV et à l’ozone. Ils permettent une grande flexibilité lors de l’installation », explique Simon Feurprier, responsable marketing industrie. « Quant aux connecteurs unipolaires Solinq, nous recommandons une installation dans les règles de l’art avec notre outil de sertissage, afin d’assurer la garantie de la solution complète. » Ces connecteurs disposent de contacts dorés, notamment pour prévenir toute oxydation. De plus, des connecteurs-coupleurs permettent de constituer des installations de chaînes en parallèle. Ces connecteurs sont compatibles avec les connecteurs d’autres fabricants au standard « Multi-Contact ». CAE Groupe envisage par ailleurs de fabriquer des cordons, notamment pour les petites installations. Enfin, CAE Groupe propose aux fabricants de panneaux, des boîtiers de connexion de sortie de modules intégrant évidemment les connecteurs de la gamme Solar. « Derrière l’appellation Solinq nous souhaitons nous démarquer et nous inscrire dans une démarche de qualité », précise François Bouziane, directeur marketing de CAE Groupe.
L’installation photovoltaïque ressemble
de plus en plus à un assemblage plug & play.
L’usine Nexans d’Andrézieux confectionne des câbles spéciaux photovoltaïques de 2,5 à 16 mm2 de section. Nexans propose cependant des sections jusqu’à 240 mm2 réalisées par une autre câblerie. Les câbles Energyflex répondent à la norme européenne, tandis que la famille Energyflex Plus est destinée à un marché mondial (normes UL pour l’Asie et l’Amérique et norme européenne). Nexans suit actuellement un programme de qualification intensif qui permet à ses câbles de répondre à toutes les normes au niveau international. « Du point de vue normatif, il n’existait jusqu’à présent aucun texte français dédié aux câbles pour les installations photovoltaïques, explique Bruno Daguet, directeur du site de production. À présent, le guide UTE C 32-502 paru en novembre 2008 donne les prescriptions pour les différents types de câbles destinés à être utilisés dans les installations photovoltaïques pour les parties soumises aux mêmes contraintes que celles des panneaux photovoltaïques. » Et Jacques Jomotte, responsable commercial câbles solaires de compléter : « Il est vrai que les câbles photovoltaïques sont soumis à des contraintes beaucoup plus sévères qu’à l’intérieur d’un bâtiment. Par exemple leur température en fonctionnement continu peut varier de -40 à +90 °C ! Actuellement, le marché européen des câbles photovoltaïques suit une croissance de 35 %/an. En 2008, cette croissance était de 200 % à l’échelle de la France ! Par ailleurs, durant les deux prochaines années, de gros projets de champs solaires devraient voir le jour... »
Chez Wieland, la gamme de connecteurs et de cordons Gesis répond aux besoins des courants CC et AC. En amont, coté courant continu, les connecteurs unipolaires Gesis DC Solar permettent d’assembler entre eux les modules, jusqu’à l’onduleur. En aval de l’onduleur, les connecteurs à trois conducteurs (2P+T) Gesis AC Solar véhicules jusqu’à 25 A (soit plus de 5 kW).
Le japonais Yamaichi est peut-être le dernier fabricant en date à arriver sur le marché français (via Manudax). En effet, présentée sur le salon Intersolar de Munich en juin dernier, puis sur SCS Paris en décembre dernier, l’offre de câblage CC structuré des installations photovoltaïques Y-Sol arrive actuellement en France. « Conçue par le bureau d’études allemand de Yamaichi pour le marché européen, cette offre comprend des boîtes de connexion modulaires IP67 à monter en face arrière des modules, des câbles de 1,5 à 6 mm2, et des connecteurs », explique Christophe Lazerges, directeur commercial de Manudax.
Des fusibles pas comme les autres
Dans le cadre des installations photovoltaïques, Ferraz-Shawmut Helio Protection propose des fusibles courant continu (intégrés aux porte-fusibles ou seuls pour montage par les constructeurs d’équipements). « Ces fusibles sont testés dans des conditions très particulières, car les courants de défaut dans l’application photovoltaïque sont très faibles, cas rare en protection électrique, et très variables à cause des conditions d’ensoleillement des installations de ce type », explique François-Xavier Hans, directeur marketing chez Ferraz Shawmut.
Suivi d’installation et services
Weidmüller propose une solution de télésignalisation de défauts des panneaux, notamment pour les champs photovoltaïques de forte puissance. « Une centrale photovoltaïque au sol de 10 MWc peut comprendre jusqu’à 800 panneaux, eux-mêmes constitués de 54 modules câblés sur 3 strings : soit 4 800 fusibles, disposés dans des coffrets répartis sur 80 hectares. Comment contrôler le bon fonctionnement de l’ensemble des panneaux ? » Les courants continus en sortie de chaînes sont pris en compte par un mesureur à effet hall. Une électronique complémentaire compare alors les courants entre eux et génère un signal TOR en cas de comparaison anormale. Cette information tout ou rien peut être transmise vers un réseau Ethernet industriel, via un module GPRS, un voyant d’alarme ou à l’aide d’une solution sans fil WiFi ou Zigbee.
Wago lance actuellement sa solution de suivi d’installation photovoltaïque par télécontrôle. L’offre To-Pass est constituée d’un modem routeur GPRS / GSM permettant à la fois d’envoyer des SMS pour rendre compte d’un événement ou des données, qui seront ensuite visualisées sur un portail web distant. Cette solution intégrée s’appuie en effet sur un service de portail web pour la collecte d’informations. Pour les exploitants qui souhaitent héberger eux-mêmes leur site, Wago fournit gratuitement les informations techniques permettant la mise en œuvre de cette solution. « Nous disposons également d’intégrateurs certifiés à même d’aider nos clients dans la mise en œuvre de cette solution », explique Bernard Piqueras, ingénieur produits électroniques.
Chez Socomec, le système de gestion d’énergie auto-alimenté Countis Atdp est destiné aux applications de sous-comptage d’énergie active triphasée jusqu’à 80 A (50 kW). Ce produit est basé sur un principe de mesure par passage direct de 3 ou 4 câbles (avec ou sans neutre) ou par des bornes de raccordement standard. Le passage des câbles dans les trous passants permet de mesurer les 3 courants, les 3 tensions et d’alimenter l’appareil.
En complément et pour les installations photovoltaïques isolées, le contrôleur permanent d’isolement AM 480 surveille le niveau d’isolement des circuits. La mesure est réalisée entre le circuit composé des panneaux solaires, de l’onduleur et du circuit de terre.
Enfin, les relais différentiels Resys de la série B assurent la protection contre les contacts indirects et la limitation des courants de fuite. Ils assurent également la surveillance préventive des installations photovoltaïques.
Michel Laurent
ndlr : Schneider Electric n’a pas souhaité s’exprimer sur son offre de solutions pour installations phovoltaïques
