Protection des installations photovoltaïques contre la foudre 2010/04.05

CT CouverturesQuand et comment protéger son installation photovoltaïque contre la foudre ? Notons avant tout que l'installation de panneaux photovoltaïques en toiture n'augmente pas le risque de coup de foudre sur un édifice. Pour les maisons isolées, les panneaux eux-mêmes sont rarement frappés directement par la foudre; les dégâts concernent principalement les équipements électroniques.
Pour protéger une installation photovoltaïque contre la foudre, on distingue, comme pour toute autre structure, la protection contre les coups de foudre directs (protection externe) et celle contre les surtensions et les effets des champs électromagnétiques (protection interne). La nécessité de telles protections et les niveaux de protection à mettre en œuvre découlent des conclusions d'une analyse de risque prévue par la nouvelle norme belge NBN EN 62305-1 à -4.

En Belgique, cette analyse révélera la plupart du temps qu'aucune protection n'est nécessaire pour les constructions simples et peu exposées telles que les maisons individuelles. Dans certains pays, comme l'Allemagne, les compagnies d'assurances exigent une protection minimale contre la foudre pour les installations photovoltaïques dont la puissance dépasse 10 kW et ce, indépendamment de l'analyse de risque.

Pour les structures dont l'analyse de risque révèle qu'une protection est nécessaire, les cas suivants peuvent être distingués :
  • pour les bâtiments couverts de panneaux photovoltaïques pour lesquels une protection externe n'est pas nécessaire, seule une protection interne s'impose
  • pour les installations photovoltaïques nécessitant une protection externe, il y a lieu de prévoir des protections internes différentes selon que l'installation de protection externe est isolée ou pas, c.-à-d. si une distance minimale de séparation entre le dispositif de protection et les panneaux photovoltaïques est respectée ou pas
  • pour les centrales photovoltaïques où les panneaux solaires au sol sont généralement séparés des bâtiments techniques abritant l'onduleur, des protections plus spécifiques sont à considérer.

1. Protection externe

La protection externe a pour but d'intercepter les coups de foudre (via un dispositif de capture, …) et d'écouler les courants de foudre jusqu'à la terre. Si une telle protection est nécessaire, le respect d'une distance minimale de séparation entre le système de protection (dispositif de capture et conducteurs du courant de foudre) et les panneaux photovoltaïque est à recommander chaque fois que cela est possible (la protection est alors dite isolée) et ce, afin qu'aucune décharge ne se produise entre ces deux éléments. Si cette distance ne peut être respectée (en cas de protection non isolée), il y a lieu de connecter les panneaux photovoltaïques à l'installation de protection contre la foudre et de prévoir une protection interne renforcée.

2. Protection interne

Les surtensions et les effets des champs électromagnétiques sont les principales causes d'endommagement des équipements électriques et électroniques. Leurs origines sont multiples : coup de foudre direct sur une structure, coup de foudre indirect à quelques kilomètres, sur un bâtiment voisin ou sur des conducteurs d'alimentation électrique aériens, manœuvres de commutation sur le réseau électrique, … Ces surtensions peuvent endommager l'installation photovoltaïque (onduleur, panneaux, …) ainsi que l'installation électrique du bâtiment.

Afin d'éviter tout dommage, il convient d'adopter, en fonction des résultats de l'analyse de risque, tout ou partie des mesures décrites ci-dessous. Pour les installations domestiques (maisons individuelles), on se limite généralement à connecter l'installation photovoltaïque à la prise de terre.

Mesures de protection interne :
  • connecter à la terre via un réseau équipotentiel les éléments de l'installation photovoltaïque (onduleur, panneaux, …)
  • réduire les surfaces des boucles. Le champ électromagnétique induit par la foudre génère des surtensions dans les câbles qui peuvent occasionner des dégâts dans l'onduleur et les modules photovoltaïques (couplage inductif). Pour éviter ces phénomènes, les surfaces des boucles formées par les différents conducteurs doivent être réduites. Les modules doivent, par exemple, être câblés en plaçant les conducteurs actifs le plus près possible les uns des autres. D'autres boucles peuvent également se former entre les conducteurs du circuit continu et les conducteurs des masses ou encore entre les câbles actifs de l'installation photovoltaïque et les conducteurs de capture ou de descente de l'installation extérieure de protection
  • utiliser des câbles blindés. Les appareils électriques et électroniques contenus dans la structure étant sensibles aux perturbations électromagnétiques, l'utilisation de câbles blindés pour les conducteurs de puissance (conducteurs actifs de l'installation photovoltaïque) et de télécommunication (unité d'acquisition, ordinateur, …) est souhaitable. A défaut, des conducteurs rassemblés dans des chemins de câbles métalliques connectés à la terre pourraient être utilisés, à condition de respecter certaines règles de positionnement
  • installer des parafoudres. Ces dispositifs sont destinés à protéger les équipements électriques et électroniques contre les surtensions générées par la foudre en déviant les courants de surtension vers la prise de terre. Les types de parafoudres à mettre en place et leurs localisations dépendent de l'absence ou de la présence d'une installation externe de protection et, dans le second cas, du fait que celle-ci soit isolée ou non. Leur installation n'est exigée qu'en fonction des résultats de l'analyse de risque.



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C. Bouquegneau, prof., dr. ir., Université de Mons, faculté 'Polytechnique'
E. Cailleux, dr., chef de projet, laboratoire 'Technologie du béton', CSTC (*)
(*) Cet article a été réalisé dans le cadre de l'Antenne Normes 'Prévention du feu'.