Chapitre 13 · Sujet 1 sur 3
Le photovoltaïque en tertiaire
Comment fonctionne une installation photovoltaïque sur un bâtiment tertiaire, comment protéger le côté continu et comment la raccorder au réseau.
Niveau 1
L'essentiel
- Les modules photovoltaïques produisent du courant continu dès qu'ils reçoivent de la lumière ; on ne peut pas les « couper » au tableau.
- Les modules sont raccordés en série (chaînes) vers un onduleur qui transforme le continu en alternatif synchronisé avec le réseau.
- Le côté continu demande du matériel prévu pour le courant continu : sectionneur, connecteurs, fusibles, câbles solaires.
- L'installation doit être annoncée au gestionnaire de réseau, utiliser un onduleur conforme à ses prescriptions et être contrôlée par un organisme agréé avant mise en service.
- En tertiaire, la production a lieu pendant les heures de bureau : une grande partie est consommée sur place.
Comprendre
La chaîne de l'énergie
- Les modules : chacun produit quelques dizaines de volts en continu. On en raccorde plusieurs en série pour former une chaîne de plusieurs centaines de volts.
- Le coffret continu : il contient le sectionneur, parfois des fusibles et des parafoudres.
- L'onduleur : il convertit le continu en alternatif, cherche en permanence le point de puissance maximale et se déconnecte si le réseau disparaît.
- Le côté alternatif : un départ protégé dans le tableau, avec sa protection différentielle (voir Les protections différentielles).
- Le comptage : le compteur du gestionnaire de réseau mesure ce qui est prélevé et ce qui est injecté.
Pourquoi le continu est dangereux
Une chaîne de modules au soleil reste sous tension, même si le disjoncteur de l'onduleur est ouvert. Le courant continu ne passe pas par zéro comme l'alternatif : un arc qui s'amorce sur un connecteur mal serti ne s'éteint pas tout seul et peut mettre le feu. D'où trois règles :
- utiliser des connecteurs de même marque et de même modèle, sertis avec l'outil prévu ;
- utiliser uniquement des appareils de coupure prévus pour le courant continu et pour la tension de la chaîne ;
- ne jamais déconnecter un connecteur en charge.
Le réseau belge
Beaucoup de bâtiments bruxellois sont encore alimentés en 3 × 230 V sans neutre (voir Les réseaux belges : 3 × 230 V et 3N 400 V). L'onduleur triphasé doit être compatible avec ce réseau : beaucoup d'onduleurs ne fonctionnent qu'en 3N 400 V.
Sur le terrain
Sur la toiture plate d'un immeuble de bureaux à Evere, vous posez 40 modules en deux chaînes de 20. Avant de raccorder une chaîne à l'onduleur, vous mesurez sa tension à vide avec un multimètre adapté au continu et à la tension attendue, et vous vérifiez la polarité. Cette mesure se fait sur des parties actives sous tension : elle est réservée à une personne qualifiée (BA5), équipée des protections individuelles adaptées. Les sectionneurs continus sont ouverts pendant tout le raccordement. Les cadres des modules et la structure sont reliés au conducteur de protection, sauf si le fabricant l'interdit : le RGIE l'impose pour le photovoltaïque domestique, avec au moins 2,5 mm² sous protection mécanique ou 4 mm² sans, et c'est la bonne pratique en tertiaire. Le coffret continu porte une étiquette signalant qu'une tension continue subsiste après coupure du réseau, par exemple « Installation électrique toujours sous tension » et « Ne pas déconnecter en charge ».
Erreurs fréquentes
- Croiser des connecteurs de marques différentes « parce qu'ils s'emboîtent ».
- Utiliser un interrupteur prévu pour l'alternatif comme sectionneur continu.
- Déconnecter un connecteur de chaîne en charge, sans ouvrir d'abord le côté alternatif puis le sectionneur continu.
- Choisir un onduleur 3N 400 V sur un réseau 3 × 230 V.
- Oublier l'étiquetage signalant la présence d'une seconde source dans le tableau.
Niveau supérieur
L'essentiel
- La tension de chaîne se vérifie à la température minimale (tension à vide maximale) et à la température maximale (tension de fonctionnement minimale).
- Le courant côté continu est limité par le courant de court-circuit des modules : un défaut ne fait pas déclencher une protection classique ; les courants inverses entre chaînes en parallèle imposent des protections de chaîne au-delà d'un certain nombre de chaînes.
- Le différentiel côté alternatif dépend de la technologie de l'onduleur : certains peuvent injecter un courant de défaut continu.
- Le raccordement suit la prescription Synergrid C10/11 : au-delà de 30 kVA, relais de découplage externe ; onduleurs homologués ; étude préalable du gestionnaire au-delà de la petite installation.
- En tertiaire, le dimensionnement vise souvent l'autoconsommation maximale plutôt que la surface disponible.
Approfondir
Tension et température
La tension d'un module augmente quand la température baisse. La fiche technique donne Voc (tension à vide) et Vmpp (tension au point de puissance maximale) aux conditions d'essai standard (STC : 1 000 W/m², 25 °C), ainsi que des coefficients de température en %/°C. On calcule :
- Voc max = Voc STC × (1 + |β| × (25 − T min)), qui doit rester sous la tension continue maximale de l'onduleur et des composants ;
- Vmpp min = Vmpp STC × (1 − |γ| × (T cellule max − 25)), qui doit rester dans la plage de suivi (MPPT) de l'onduleur.
Courants et protections côté continu
Un module ne peut pas débiter beaucoup plus que son courant de court-circuit Isc : un court-circuit côté continu ne fait donc pas déclencher un fusible dimensionné sur le courant normal. Le danger vient surtout des chaînes en parallèle : une chaîne en défaut peut recevoir le courant des autres. Au-delà d'un certain nombre de chaînes en parallèle, on protège chaque chaîne par des fusibles gPV. Les câbles se dimensionnent avec une marge sur Isc pour tenir compte des surirradiances.
Côté alternatif
L'onduleur est une source : son départ est protégé contre les surintensités côté réseau et dimensionné sur son courant maximal de sortie. Pour le différentiel, si l'onduleur ne garantit pas, par construction, qu'il ne peut pas injecter de courant de défaut continu, un différentiel de type B peut être nécessaire : la déclaration du fabricant est déterminante. La séparation galvanique et le schéma de liaison à la terre du bâtiment interviennent dans ce choix.
Ce que disent le RGIE et la C10/11
Le RGIE n'a de chapitre propre qu'au photovoltaïque domestique de 10 kVA au plus (Livre 1, 7.112). En tertiaire, ce sont les règles générales :
- une source autonome qui peut fonctionner en parallèle avec le réseau exige une coupure de sécurité verrouillable, accessible au gestionnaire de réseau et commandée par une protection de découplage ; jusqu'à 30 kVA AC, on peut la remplacer par un système automatique de sectionnement à deux éléments en série, dont un interrupteur-sectionneur, assurant une coupure galvanique en moins de 5 s (5.3.3.1 a.4) ;
- une installation photovoltaïque n'est pas un « procédé industriel » : ses câbles dans le bâtiment ont une classe européenne de réaction au feu (4.3.3.4) ;
- contrôle de conformité par un organisme agréé avant la mise en usage (voir Contrôles par organisme agréé : réception et contrôle périodique).
La prescription Synergrid C10/11 (webinaire Synergrid, 2023) distingue la petite installation (10 kVA au plus en triphasé, 5 kVA au plus en monophasé), simplement notifiée au gestionnaire de réseau après installation, des autres, qui demandent une étude préalable. Au-delà de 30 kVA, le découplage passe par un relais externe repris sur la liste Synergrid C10/21. Les onduleurs doivent être homologués (liste C10/26). Pour l'intervention des pompiers, la position des sectionneurs, des coffrets et des cheminements continus doit être clairement signalée.
Autoconsommation
Un immeuble de bureaux consomme en journée, en semaine. Le productible belge est de l'ordre de 900 kWh par kWc et par an pour une toiture bien orientée. Le taux d'autoconsommation baisse le week-end et en été pendant les congés : le suivi par la GTB (voir GTB et suivi énergétique) et un éventuel stockage (voir Le stockage par batteries) permettent de l'optimiser.
Exemple chiffré
Modules de 430 Wc : Voc = 41,0 V, Vmpp = 34,2 V, Isc = 13,9 A. Coefficient de Voc : −0,28 %/°C ; coefficient de Vmpp (hypothèse fiche) : −0,35 %/°C. Onduleur : tension continue maximale 1 000 V, plage MPPT 200 à 800 V. Températures retenues : −10 °C (minimale ambiante), 70 °C (cellule en été).
- Voc à −10 °C : écart 25 − (−10) = 35 °C ; Voc max = 41,0 × (1 + 0,0028 × 35) = 41,0 × 1,098 ≈ 45,02 V.
- Nombre maximal de modules par chaîne : 1 000 / 45,02 = 22,2 → 22 modules au maximum.
- Choix de 20 modules : Voc max = 20 × 45,02 = 900,4 V ≤ 1 000 V.
- Vmpp à 70 °C : écart 45 °C ; Vmpp = 34,2 × (1 − 0,0035 × 45) = 34,2 × 0,8425 ≈ 28,81 V ; chaîne : 20 × 28,81 ≈ 576,3 V ≥ 200 V.
- Vmpp à −10 °C : 34,2 × (1 + 0,0035 × 35) = 34,2 × 1,1225 ≈ 38,39 V ; chaîne : 767,8 V ≤ 800 V. La chaîne reste dans la plage MPPT.
- Courant de calcul des câbles (hypothèse 1,25 × Isc) : 1,25 × 13,9 ≈ 17,4 A.
- Puissance et production : deux chaînes de 20 modules = 40 × 430 = 17 200 Wc = 17,2 kWc ; production estimée 17,2 × 900 ≈ 15 480 kWh par an.
Avec une seule chaîne par entrée MPPT, il n'y a pas de chaînes en parallèle sur une même entrée, donc pas de courant inverse à craindre entre chaînes.
Erreurs fréquentes
- Vérifier la tension de chaîne à 25 °C seulement et dépasser la tension maximale de l'onduleur un matin d'hiver.
- Oublier la limite basse de la plage MPPT : en été, l'onduleur décroche et la production chute.
- Installer un différentiel de type A sans vérifier la déclaration du fabricant de l'onduleur.
- Sous-estimer la puissance qui sera injectée le week-end, alors que le bâtiment est vide.
- Mettre en service avant l'accord du gestionnaire de réseau et le contrôle de l'organisme agréé.