Protéger votre système de panneaux solaires grâce à la protection contre la foudre
L'utilisation de panneaux solaires photovoltaïques est de plus en plus répandue dans les habitations, les bâtiments commerciaux et les installations industrielles. Outre les économies d'électricité et la contribution à la production d'énergie propre, l'installation de panneaux solaires valorise également le bien immobilier. Cependant, un risque est souvent négligé : la foudre et les surtensions qu'elle provoque. Sans protection adéquate, la foudre peut endommager les panneaux, les onduleurs, les batteries et même les appareils électroniques à l'intérieur d'un bâtiment. C'est là que les paratonnerres et les systèmes de protection contre la foudre jouent un rôle crucial pour garantir la sécurité et la fiabilité de votre installation solaire.
Pourquoi les panneaux solaires sont-ils vulnérables à la foudre ?
Les panneaux solaires sont généralement installés en plein air et sur des structures surélevées telles que des toits, des auvents ou des bâtiments au sol. Ces emplacements les rendent plus exposés aux champs électriques atmosphériques lors des orages. De plus, les systèmes photovoltaïques comportent de longs câbles conducteurs : câbles CC reliant les modules à l’onduleur, câbles CA vers le tableau électrique, ainsi que des cadres métalliques et des lignes de mise à la terre. En cas de foudre directe ou induite à proximité, une énergie importante peut se dissiper dans les câbles et les cadres, provoquant des surtensions susceptibles d’endommager les composants électroniques sensibles.
Il est important de comprendre que les dommages ne sont pas toujours dus à un impact direct sur le panneau. La foudre frappant les arbres, les pylônes ou le sol près d'une habitation peut également induire une tension dans les câbles de la centrale solaire. Les onduleurs et les dispositifs de surveillance sont généralement les plus vulnérables car ils contiennent des composants semi-conducteurs sensibles aux surtensions.
Paratonnerres : bien plus qu’un simple dispositif pour « attraper » la foudre
Le terme « paratonnerre » est souvent mal compris et perçu comme un dispositif empêchant la foudre de frapper. En réalité, un système de protection contre la foudre (SPF) n'arrête pas la foudre, mais offre un chemin sûr au courant électrique pour s'écouler vers la terre. Son but est de réduire les risques d'incendie, de dommages structurels et de dommages aux équipements électriques, notamment les systèmes de panneaux solaires.
Un bon système de protection contre la foudre comprend généralement :
1. Terminal d'air (embout/tige) ou conducteur de récupération à un certain point.
2. Conducteur descendant (câble de descente) qui canalise le courant de foudre.
3. Système de mise à la terre pour évacuer le courant en toute sécurité vers la terre.
4. Dispositif de protection contre les surtensions (SPD) pour résister aux surtensions sur les lignes CC et CA.
Pour les systèmes de protection contre les surtensions (PLTS), les paratonnerres seuls ne suffisent pas s'ils ne sont pas associés à un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) et à une mise à la terre/liaison équipotentielle appropriée.
Risques liés à la foudre dans les systèmes d'énergie solaire : pertes réelles
L'impact de la foudre sur les systèmes de panneaux solaires peut être :
– Dommages à l’onduleur : l’un des composants les plus coûteux et les plus fréquemment touchés par les surtensions.
– Dommages aux modules du panneau : points chauds, microfissures ou dommages au boîtier de jonction.
– Dommages à la batterie et au contrôleur de charge : dans les systèmes hybrides/hors réseau, les pics de tension peuvent endommager le BMS ou le contrôleur.
– Perturbations de la surveillance et des communications : les enregistreurs de données, les routeurs et même les compteurs intelligents peuvent tomber en panne.
– Incendie : les forts courants de foudre peuvent provoquer des étincelles, faire fondre les câbles ou endommager l’isolation.
Outre les coûts de réparation, les temps d'arrêt des centrales solaires entraînent des pertes de production d'énergie et d'économies.
Quand a-t-on besoin d'un paratonnerre ?
De manière générale, la protection contre la foudre devient plus importante si :
– Le bâtiment est situé dans une zone à forte intensité orageuse (nombreux jours d'orage).
– Les panneaux solaires sont installés sur des bâtiments de grande hauteur ou de manière isolée dans des zones dégagées.
– Il existe à proximité des structures plus hautes (tours, grands arbres) qui peuvent déclencher une différence de potentiel du sol lorsqu'elles sont heurtées.
– Système d'énergie solaire haute performance (grande capacité, onduleur haut de gamme, batterie).
– Équipements domestiques sensibles (serveurs, dispositifs domotiques, dispositifs médicaux, etc.).
Pour plus de sécurité, il conviendrait idéalement de réaliser une analyse des risques en se référant aux normes de protection contre la foudre applicables.
Composants importants de la protection contre la foudre pour les centrales solaires
1. Système de protection externe contre la foudre (LPS)
Les systèmes de protection contre la foudre (LPS) externes sont conçus pour protéger les bâtiments des impacts directs de foudre. L'emplacement des terminaux d'eau et des descentes pluviales doit tenir compte de la zone protégée afin de garantir que les panneaux solaires se trouvent dans la zone de sécurité. Dans de nombreux cas, les panneaux solaires installés sur le toit doivent être positionnés à l'intérieur de cette zone, ou le système LPS doit être ajusté pour protéger la zone des panneaux.
Points à noter :
– Le trajet du conducteur descendant doit être aussi court et droit que possible.
– Évitez les coudes brusques qui augmentent l'impédance.
– Utilisez des conducteurs de dimensions standard.
– S’assurer que les fixations mécaniques sont solides et résistantes à la corrosion.
2. Mise à la terre et liaison équipotentielle correctes
La mise à la terre est essentielle. Sans une mise à la terre adéquate, les courants de foudre peuvent emprunter des chemins alternatifs à travers les installations électriques et les appareils électroniques.
Principes importants :
– Toutes les pièces métalliques concernées (cadre du panneau, structure de montage, boîtier de combinaison, boîtier de l'onduleur) doivent être reliées au système de mise à la terre.
– Essayez d’avoir un système de mise à la terre intégré : la mise à la terre des panneaux solaires et celle du paratonnerre ne peuvent pas être réalisées « séparément » sans planification, car la différence de potentiel peut être dangereuse.
– De bonnes valeurs de résistance du sol contribuent à dissiper l’énergie plus sûrement (les valeurs cibles varient en fonction des normes et des conditions du sol).
3. Dispositif de protection contre les surtensions (SPD) Ligne CC
Un parafoudre CC est installé pour protéger le circuit entre le module et le boîtier onduleur/combinateur. Ce parafoudre est essentiel car la chaîne de panneaux peut se comporter comme une antenne et capter les inductions de foudre.
Recommandations générales :
– Installez le parafoudre CC près de l’onduleur et/ou dans le boîtier de combinaison, selon la conception du système.
– Sélectionnez un SPD dont la valeur nominale correspond à la tension et à la configuration de la chaîne CC (par exemple 600 V/1000 V/1500 V CC).
– Assurez-vous qu'il y ait un indicateur d'état et que le remplacement soit facile une fois la fonction « terminée ».
4. Parafoudre et protection de la ligne CA dans le tableau principal
Outre le côté CC, le côté CA doit également être protégé :
– Le dispositif de protection contre les surtensions (SPD) CA est installé sur le tableau de distribution près de l'onduleur et/ou du tableau principal du bâtiment.
– S’il existe un réseau PLN, les surtensions peuvent également provenir du réseau électrique, et pas seulement des panneaux solaires.
Pour une protection maximale, le concept de protection multicouche (cascade) est souvent utilisé : SPD à l'entrée de service et SPD supplémentaires à proximité des équipements importants.
5. Protection des voies de données/communication
De nombreux systèmes photovoltaïques utilisent des lignes de communication RS485, Ethernet ou autres. Ces lignes peuvent également être sujettes aux surtensions. Utilisation :
– SPD pour Ethernet/RS485 si le câble est à l'extérieur de la pièce ou long.
– Éloignez les câbles de communication des lignes électriques susceptibles d'induire des interférences.
Pratiques d'installation contribuant à réduire les risques
Outre le matériel, les pratiques d'installation sont cruciales :
– Veillez à ce que les câbles soient courts et bien rangés, évitez les grandes boucles qui augmentent l'induction.
– Séparez les lignes CC et CA de la ligne conductrice de descente du paratonnerre.
– Utilisez des tuyaux/conduits de bonne qualité et une gestion appropriée des câbles afin de réduire les dommages mécaniques.
– Assurez-vous que le connecteur MC4 et la boîte de jonction sont bien serrés, afin d'éviter l'humidité et la corrosion qui peuvent aggraver la panne lors d'une surtension.
Entretien et inspection réguliers
Les systèmes de protection contre la foudre ne sont pas des dispositifs « à installer et à oublier ». Il convient de les inspecter au moins une fois par an ou après un orage important.
– Vérifiez l’indicateur SPD (de nombreux SPD ont une fenêtre verte/rouge).
– Assurez-vous que la connexion à la terre n'est ni desserrée ni corrodée.
– Vérifiez le conducteur descendant et ses fixations.
– Mesurer périodiquement la résistance à la terre, surtout si les conditions du sol changent (saison sèche, construction, excavation).
Si vous constatez que le parafoudre n'est plus actif, remplacez-le immédiatement, car la protection contre les surtensions devient alors inefficace.
conclusion
Protéger un système de panneaux solaires contre la foudre exige une approche globale : protection externe contre les impacts directs, mise à la terre et liaison équipotentielle adéquates pour dissiper l’énergie, et parafoudres côté courant continu, courant alternatif et communication pour résister aux surtensions. Les panneaux solaires représentent un investissement à long terme, et un système de protection contre la foudre est essentiel pour garantir leur sécurité, leur stabilité et une production d’énergie optimale pour les années à venir.
Si vous envisagez d'installer un système photovoltaïque ou si vous en possédez déjà un, il est conseillé de consulter un technicien spécialisé dans la protection contre la foudre et les normes d'installation. Une conception et une installation adéquates vous permettront de profiter pleinement de l'énergie solaire sans craindre les dommages causés par la foudre.
