Depuis 2024, le nombre d’incidents liés à des surtensions d’origine électromagnétique sur des installations photovoltaïques a augmenté de près de 18 % en France, selon Enedis. En cause ? La multiplication des installations et des défauts de conception, dont la formation de boucles d’induction. La gestion de ces dernières constitue dès lors un enjeu essentiel pour la performance, la sécurité et la conformité de vos installations.
Une boucle d’induction photovoltaïque peut engendrer des perturbations électromagnétiques significatives et, dans certains cas, des risques pour les équipements et les personnes. Comprendre ce phénomène et savoir comment le prévenir ou y remédier est donc essentiel pour tout professionnel ou propriétaire d’installation solaire.
Qu’est-ce qu’une boucle d’induction photovoltaïque ?
Une boucle d’induction photovoltaïque est un système de câblage qui peut créer une tension induite (surtension) lors d’un événement de foudre. Il s’agit d’un système électrique fermé qui combine :
- Des panneaux solaires photovoltaïques (production d’électricité).
- Un champ magnétique variable généré par une bobine inductive.
- Un onduleur intelligent ou un système de gestion de l’énergie (EMS).
Elle apparaît quand le conducteur positif et le conducteur négatif d’un même circuit sont éloignés l’un de l’autre sur une portion significative de leur parcours. En physique, lorsqu’un courant électrique circule dans un conducteur, il génère un champ magnétique autour de celui-ci.
Si deux conducteurs transportent des courants de sens opposés et sont éloignés, les champs magnétiques qu’ils créent ne s’annulent pas efficacement. Au lieu de cela, ils s’additionnent sur une zone plus large, formant une boucle où le flux magnétique est concentré. Cette boucle agit comme une antenne, capable de capter ou d’émettre des interférences électromagnétiques.
La surface délimitée par les deux conducteurs est directement proportionnelle à l’intensité de la boucle d’induction. Plus cette surface est grande, plus le risque et l’ampleur des phénomènes inductifs sont élevés.
Quels sont les risques d’une boucle d’induction ?
La présence d’une boucle d’induction photovoltaïque risque d’engendrer plusieurs problèmes, impactant à la fois la performance du système et la sécurité environnante. Les risques de boucle d’induction photovoltaïque sont souvent insidieux et peuvent se manifester de diverses manières.
Interférences électromagnétiques (EMI)
Les interférences électromagnétiques sont une conséquence directe. Une boucle d’induction agit comme une antenne, émettant et recevant des ondes électromagnétiques. Cela peut perturber le fonctionnement des équipements électroniques sensibles situés à proximité, comme :
- Les onduleurs ou micro-onduleurs.
- Les systèmes de surveillance.
- Les compteurs intelligents.
- Les équipements de communication (Wi-Fi, radio).
- D’autres appareils électriques au sein du bâtiment.
Ces perturbations peuvent se traduire par des dysfonctionnements, des lectures erronées, des coupures intempestives ou une dégradation générale de la qualité du signal.
Risque de sécurité
Moins fréquent dans les installations correctement dimensionnées, il existe un risque de sécurité. Des courants induits peuvent apparaître dans des structures métalliques adjacentes à la boucle, comme les charpentes, les chemins de câbles non mis à la terre, ou d’autres éléments conducteurs.
Ces courants, même faibles, peuvent potentiellement créer des tensions de contact dangereuses en cas de défaut d’isolement ou de mise à la terre insuffisante. Cela augmente le risque de choc électrique pour les personnes manipulant ces structures. Dans des cas extrêmes, une induction excessive pourrait théoriquement entraîner un échauffement localisé des conducteurs ou des composants.
Performance globale du système affectée
Une boucle d’induction photovoltaïque peut affecter la performance globale du système photovoltaïque. En effet, les pertes par induction ont la capacité de réduire l’efficacité de la transmission de l’énergie, diminuant ainsi le rendement global de l’installation.
De même, les interférences générées peuvent perturber les algorithmes de suivi du point de puissance maximale (MPPT) des onduleurs. Cela les empêche de fonctionner à leur efficacité optimale et réduit la production d’énergie. La dégradation des signaux de communication peut également rendre le diagnostic et la maintenance plus complexes, masquant des problèmes sous-jacents.
Comment éviter une boucle d’induction ?
La prévention est la stratégie la plus efficace pour gérer les boucles d’induction dans les installations photovoltaïques. Une conception et une installation rigoureuses permettent d’éliminer ou de minimiser considérablement ce phénomène.
La règle pour prévenir une boucle d’induction photovoltaïque est de faire passer les conducteurs aller et retour d’un même circuit au plus près l’un de l’autre. Cela s’applique aussi bien aux câbles DC reliant les strings aux onduleurs qu’aux câbles AC. Voici quelques stratégies concrètes :
- Regroupement des câbles : Les câbles positif et négatif de chaque string DC doivent être regroupés et fixés ensemble sur toute leur longueur. Idéalement, ils devraient être acheminés dans le même conduit ou la même gaine. Pour les circuits AC, la phase, le neutre et la terre doivent également être regroupés.
- Utilisation de conduits et chemins de câbles : L’utilisation de conduits métalliques ou de chemins de câbles fermés et correctement mis à la terre peut offrir un blindage supplémentaire contre les interférences électromagnétiques.
- Minimisation des longueurs de câble : Une conception optimisée de l’installation devrait viser à minimiser les longueurs de câble inutiles.
- Mise à la terre adéquate : Assurer une mise à la terre correcte de toutes les structures métalliques, des onduleurs et des chemins de câbles est fondamental.
- Planification minutieuse du routage : Avant l’installation, il est crucial de planifier le cheminement des câbles pour éviter les croisements inutiles et les longues sections où les conducteurs sont séparés.
- Utilisation de câbles adaptés : Moins courant pour le DC en PV, l’utilisation de paires torsadées peut être envisagée pour certains circuits de signalisation ou de communication dans le système. La torsion annule efficacement les champs magnétiques.
Vous pouvez adopter ces pratiques dès la phase de conception et lors de l’installation. Il est possible de garantir un fonctionnement sûr, efficace et sans interférence de l’installation photovoltaïque.
Que faire en cas de boucle d’induction existante ?
Identifier et corriger une boucle d’induction photovoltaïque existante peut être plus complexe que de la prévenir. Toutefois, il s’agit d’une étape nécessaire pour garantir la sécurité et la performance continue de l’installation. La première étape consiste à confirmer sa présence et à localiser la source.
Pour identifier une boucle d’induction, plusieurs signes peuvent alerter, tels que :
- Des dysfonctionnements récurrents des équipements électroniques à proximité (onduleur, système de monitoring).
- Des interférences radio ou télévisuelles inexpliquées.
- Des mesures de tension parasites sur des structures métalliques.
Un équipement de mesure des champs électromagnétiques (CEM) peut être utilisé pour localiser précisément les zones d’émission. Une fois la boucle identifiée, les actions correctives se concentrent principalement sur le réacheminement des câbles pour réduire la surface de la boucle.
Réacheminement des câbles
Le réacheminement des câbles constitue une alternative efficace et souvent radicale. Elle implique de rouvrir les conduits (ou chemins de câbles) pour regrouper les conducteurs positif et négatif sur toute la longueur où ils étaient séparés. Cela peut nécessiter de démonter certaines sections de l’installation, mais c’est le moyen le plus sûr de résoudre le problème.
Ajout de blindage
Si le réacheminement complet n’est pas réalisable ou est trop coûteux, l’ajout de blindage autour des câbles existants peut être une alternative. Cela peut prendre la forme de gaines métalliques flexibles ou de rubans de blindage, à condition qu’ils soient correctement mis à la terre aux deux extrémités. Cette solution est moins performante que le regroupement des câbles, mais elle peut atténuer les effets.
Utilisation de ferrites
Pour les interférences à haute fréquence, l’installation de noyaux de ferrite autour des câbles affectés peut aider à absorber l’énergie électromagnétique indésirable. Les ferrites sont des dispositifs passifs qui augmentent l’impédance du câble aux fréquences perturbatrices, réduisant ainsi la propagation des interférences. Par contre, elles ne résolvent pas le problème fondamental de la boucle physique.
Vérification et amélioration de la mise à la terre
Il faut s’assurer que toutes les structures métalliques, les chemins de câbles et les équipements sont correctement mis à la terre conformément aux normes. Cela nécessite une mise à la terre inefficace, pouvant exacerber les problèmes d’induction.
Consultation d'un expert
Dans les cas complexes ou si les solutions initiales ne donnent pas de résultats, un expert en compatibilité électromagnétique (CEM) peut aider. Dans d’autres situations, il est préférable de faire appel à un installateur photovoltaïque qualifié. Ces professionnels disposent des outils et de l’expertise nécessaires pour diagnostiquer précisément le problème et proposer les solutions les plus adaptées.