Normes et sécurité pour coffrets et disjoncteurs photovoltaïques

Ce que disent les normes : le cadre de référence

Avant de choisir un coffret DC photovoltaïque ou un disjoncteur DC photovoltaïque, il faut situer le projet dans le cadre réglementaire:

• Conception et sécurité des installations PV
  • NF C 15-712-1 (spécifique au photovoltaïque en France) et son référentiel parent IEC 60364-7-712. Elles orchestrent le dimensionnement, les dispositifs de coupure, la protection contre les surintensités, la mise à la terre, les parafoudres côté DC et AC, ainsi que la documentation.
  • NF C 15-100 (installations électriques basse tension) pour l’interface côté réseau et liaisons AC, sélectivité, RCD, SPD AC, etc.
• Appareillages et composants
  • Interrupteurs-sectionneurs DC: IEC 60947-3, avec catégories d’emploi DC-PV1 (strings) et DC-PV2 (champs/combinateurs).
  • Disjoncteurs DC: IEC 60947-2, pouvoir de coupure déclaré au niveau de tension DC (600/800/1000/1500 V DC).
  • Fusibles gPV: IEC 60269-6, appropriés aux surintensités lentes du PV et à la protection contre le retour de courant.
  • Parafoudres PV: EN 61643-31 (SPD DC dédiés au PV), sélection selon Ucpv et coordination T1/T2.
  • Câbles solaires: EN 50618 (H1Z2Z2-K), UV, ozone, halogène free, tenue thermique.
  • Distances d’isolement et de fuite: IEC 60664-1, déterminantes pour les barrettes, borniers et appareillages DC haute tension.
• Enveloppes et assemblages
  • Indices de protection: EN 60529 (IP), EN 62262 (IK).
  • Coffrets/armoires: IEC 62208 (enveloppes vides) et IEC 61439-2 (ensembles d’appareillage basse tension) pour la réalisation d’ensembles conformes, essais de tenue thermique, échauffement, court-circuit, etc.
• Mise en service et essais
  • NF EN 62446-1: essais, vérifications et documentation des installations PV (polarit é, Voc/Isc, IR, continuité de protection, schémas, marquages, notices).

Ce corpus normatif structure la conception des coffrets de protection photovoltaïque, le choix des disjoncteurs solaires et l’organisation des protections côté DC et AC.

Architecture typique d’une protection PV

Une installation raccordée réseau s’articule en plusieurs blocs de protection, dont les exigences varient selon la tension (1000 ou 1500 V DC), la topologie (strings en parallèle, onduleur central, chaînes avec optimiseurs, micro-onduleurs) et l’environnement (bâtiment avec ou sans paratonnerre).

• Côté DC (toiture/terrain vers onduleur)
  • Boîte de jonction strings photovoltaïques au plus près du générateur.
  • Coffret de regroupement strings PV (combiner box): assemblage des strings, protection contre le retour de courant par fusibles gPV, parafoudres DC, interrupteur-sectionneur DC, éventuels disjoncteurs DC par sous-circuit, borniers et mesure.
  • Liaisons DC vers l’onduleur via câbles H1Z2Z2-K et presse-étoupes étanches DC PV.
• Côté onduleur
  • Interrupteur-sectionneur DC intégré (ou externe) pour la coupure d’urgence photovoltaïque.
  • Raccordement onduleur au coffret via borniers, en respectant polarité et repérage DC, longueur de câbles, rayon de courbure et contraintes EMC.
• Côté AC (tableau production ou colonne montante)
  • Coffret AC photovoltaïque: disjoncteur, interrupteur-sectionneur en charge si nécessaire, dispositif différentiel adapté au type d’onduleur (A, F ou B), parafoudre AC Type 2 ou Type 1+2, appareillages de comptage/mesure si requis, et repérage.
  • Coordination avec la NF C 15-100 pour la sélectivité des protections, le calibre et la section des conducteurs.

L’objectif est un ensemble coffret et disjoncteur cohérent: protections dimensionnées, coupures visibles et accessibles, marquage sans ambiguïté, et compatibilité entre tous les éléments.

Choisir les coffrets : enveloppes, matériaux et environnement

Les coffrets conditionnent la sécurité dans le temps. Leur sélection exige une approche rigoureuse:

• Indices de protection et robustesse
  • IP65 coffret photovoltaïque minimisant les infiltrations d’eau/poussière en extérieur (EN 60529).
  • IK10 coffret photovoltaïque en zone exposée (EN 62262) pour résister aux chocs mécaniques (grêle, maintenance).
  • Résistance UV coffret photovoltaïque: matériaux stabilisés aux UV et aux températures (polycarbonate, polyester renforcé fibre de verre, aluminium peint).
• Classe d’isolation et distances
  • Double isolation coffret PV (classe II) lorsque l’environnement ou la stratégie de mise à la terre le requiert.
  • Distances de fuite et isolement DC conformes à IEC 60664-1: attention à la tension assignée (1000/1500 V DC), au degré de pollution (souvent 3 en extérieur) et au groupe de matériau.
• Enveloppes et assemblages
  • Conformité des coffrets vides: IEC 62208.
  • Assemblage de l’ensemble: IEC 61439-2 (aptitude au service, échauffement, rigidité diélectrique, court-circuit, compatibilité électromagnétique).
  • Ventilation et dissipation coffret PV: évaluer les pertes des fusibles, disjoncteurs et parafoudres, l’ensoleillement direct et la convection naturelle. Prévoir déflecteurs, ou versions ventilées et filtres si l’environnement est chaud/poussiéreux.
• Entrées de câbles et raccordements
  • Presse-étoupes étanches DC PV adaptés aux diamètres des câbles EN 50618, joints et contre-écrous conducteurs si blindage/PE, et presse-étoupes séparés pour circuits AC/DC.
  • Serrage bornes DC photovoltaïque: respecter le couple de serrage disjoncteur DC et de l’interrupteur-sectionneur, consigné sur l’appareil ou la fiche technique. Un resserrage après quelques cycles thermiques peut être prévu en maintenance.
• Ergonomie et sécurité
  • Dégagements, accessibilité, verrouillage/consignation possibles des manettes de sectionnement pour la coupure d’urgence photovoltaïque.
  • Repérage clair des pôles, marquage tension/risque électrique, schéma unifilaire collé en face interne de la porte.

Dispositifs de coupure et de protection côté DC

Sécuriser le courant continu exige des appareils explicitement prévus pour le PV. Les phénomènes d’arc et de maintien du courant sont plus contraignants qu’en alternatif.

• Interrupteur-sectionneur photovoltaïque
  • Conforme IEC 60947-3, catégories DC-PV1 (string) et DC-PV2 (champ). Il doit assurer une coupure en charge au courant maximal et à la tension UC du champ (jusqu’à 1000 ou 1500 V DC).
  • À placer au plus près de l’onduleur et/ou du champ PV. Un organe de coupure clairement identifié et manœuvrable de l’extérieur est indispensable pour les services d’urgence.
  • Certains sectionneurs combinent plusieurs pôles en série pour accroître la tenue en tension; respecter les schémas de câblage fournis.
• Disjoncteur DC photovoltaïque
  • Norme IEC 60947-2: vérifier le pouvoir de coupure disjoncteur DC (Icu en kA) à la tension nominale DC. La valeur annoncée à 500 V DC ne s’applique pas nécessairement à 1000 ou 1500 V DC.
  • Disjoncteur 1000V DC vs disjoncteur 1500V DC: la tenue en tension et la dissipation diffèrent; choisir un appareil explicitement homologué à la tension de service, et au courant assigné IB du circuit.
  • Calibre disjoncteur photovoltaïque: il doit protéger les conducteurs (Is ≤ In ≤ Iz) et tenir compte du courant permanent (souvent 1,25 × Isc pour dimensionner câbles et organes). En pratique, on privilégie souvent les fusibles gPV pour les strings parallélisés, et les disjoncteurs DC sur tronçons de départs spécifiques ou coffrets techniques.
• Fusibles gPV et porte-fusibles gPV
  • IEC 60269-6: cartouches gPV conçues pour les courants faibles et continus typiques des strings, et pour la protection retour de courant PV.
  • Dimensionnement: le courant inverse maximal sur une string en défaut est approximativement (N – 1) × Isc (pondéré par un facteur de sécurité typiquement 1,25). Le fusible doit interrompre ce courant sans dépasser le courant admissible du module (vérifier « maximum series fuse rating » du fabricant de panneaux).
  • Porte-fusibles certifiés DC, IP20 côté interne, avec couvercles/verrouillage pour maintenance. Coordination des protections PV à assurer entre fusibles de strings, disjoncteur de départ et protection principale.
• Sélectivité et coordination
  • Sélectivité des protections PV: viser l’ouverture du dispositif le plus proche du défaut. La coordination des protections PV se travaille avec les courbes de fusion gPV et les caractéristiques des disjoncteurs (I2t, seuils magnétique/thermique).
  • Pouvoir de coupure: même si le court-circuit PV est limité (multiples de Isc), la présence de sources couplées (batteries, onduleurs bidirectionnels) peut augmenter le courant de défaut; un calcul de courant de court-circuit PV étendu s’impose dans les architectures hybrides.
• Cas pratiques
  • Strings en parallèle (>2): protection par fusibles gPV sur chaque string fortement recommandée.
  • Longues liaisons DC: préférer un interrupteur-sectionneur près du champ et un autre près de l’onduleur pour une coupure sécurisée des deux extrémités.
  • Appareils combinés: certains coffrets intègrent disjoncteur DC, sectionneur et parafoudre DC pour simplifier le câblage et réduire la longueur des boucles.

Parafoudre et protection contre les surtensions

Les surtensions transitoires (foudre, manœuvres) dégradent modules, onduleurs et électroniques. La norme EN 61643-31 encadre les SPD dédiés au PV côté DC.

• Sélection côté DC
  • Type de SPD: Type 1 si bâtiment équipé d’un système de protection foudre (LPS) ou site très exposé; Type 2 dans les autres cas. Les solutions combinées Type 1+2 existent.
  • Tension permanente Ucpv: choisir Ucpv supérieure au Voc max du champ à la température minimale du site (calculer Voc,cold avec les coefficients de température des modules). On vise généralement Ucpv ≥ 1,1–1,2 × Voc,max.
  • Schéma de raccordement: choix entre modes (Y/T) selon topologie du champ et mise à la terre. Minimiser la longueur des connexions et la boucle (L+ et L– vers SPD puis vers barrette PE), priorité à des conducteurs courts et à faible inductance.
  • Signalisation et sécurité: cartouches débrochables, contact de télésignalisation (OF) pour supervision, marquage de fin de vie. Vérifier l’énergie admissible et la coordination entre SPD en toiture (proche du générateur) et SPD au niveau de l’onduleur.
• Côté AC
  • SPD AC Type 2 au tableau de production; Type 1+2 si LPS présent. Coordination avec le SPD principal du tableau général.
  • Longues liaisons AC extérieures: considérer un SPD additionnel près de l’onduleur pour réduire la propagation de surtensions.
• Coordination globale
  • Respecter les schémas de zones de protection (LPZ). Les conducteurs de terre doivent être courts, rectilignes et correctement dimensionnés. La mise en terre commune évite les potentiels flottants.

Câblage, mise à la terre et bon repérage

Un câblage soigné est la première barrière contre les défauts.

• Conducteurs DC
  • Câbles solaires EN 50618 de type H1Z2Z2-K: gaine réticulée, tenue à 90 °C en service, UV/ozone, halogène free.
  • Section de conducteurs DC PV: dimensionnée sur 1,25 × Isc pour la capacité de courant, en intégrant la longueur et la chute de tension admissible (typiquement 1 à 3 % selon l’architecture).
  • Pose: éviter les boucles, fixer les faisceaux, protéger des arêtes vives, respecter rayons de courbure et chemins séparés AC/DC.
• Polarité et repérage
  • Polarité et repérage DC: marquages durables (+/-), couleurs cohérentes, schéma en façade du coffret. Inverser la polarité endommage diodes et onduleur; des borniers codés et détrompés limitent le risque.
  • Connecteurs PV: utiliser des connecteurs compatibles (même marque/type) et sertissage outillage calibré; à défaut, prévoir boîtes de jonction étanches.
• Mise à la terre et liaisons équipotentielles
  • Mise à la terre installation PV: cadres de modules, rails, structures, masses métalliques à raccorder à la barrette de terre; résistance de terre conforme au régime en place (TT/TN).
  • Liaison équipotentielle PV: réduire les différences de potentiel, limiter les surtensions induites. Section des conducteurs PE selon NF C 15-100; attention aux chemins courts vers les SPD.
• Isolement et distances
  • Distances de fuite et isolement DC: respecter les valeurs de l’IEC 60664-1 en fonction de la tension, du degré de pollution et du matériau. Les borniers et jeux de barres doivent être adaptés 1000 ou 1500 V DC.
  • Nettoyage et maintenance: poussières et humidité réduisent les distances de fuite effectives; planifier des inspections.

Raccordement à l’onduleur et protections côté AC

Le couplage à l’onduleur exige des protections conformes à la NF C 15-100 et une cohérence de l’ensemble.

• Protection AC
  • Disjoncteur en tête du départ onduleur, calibre adapté au courant nominal AC de l’onduleur et à la section de câble.
  • Dispositif différentiel: type A pour la plupart des onduleurs à transformateur ou transformeurless avec limitation de courant de fuite DC < 6 mA; type B sinon (se référer à la notice de l’onduleur).
  • Parafoudre AC coordonné avec le SPD principal, raccordement par conducteurs courts.
• Intégration et coffret
  • Un coffret AC photovoltaïque distinct simplifie l’exploitation et la maintenance; il peut intégrer mesure d’énergie, délestage, contacteurs, et repérages spécifiques.
  • Dans un coffret AC DC combiné, séparer physiquement et clairement les compartiments AC et DC, éviter les couplages capacitifs, et mutualiser seulement la terre si c’est conforme. Un choix « coffret AC DC » pertinent améliore la lisibilité de l’installation.
• Raccordement onduleur au coffret
  • Longueur minimale des liaisons DC, torsade éventuelle des paires pour réduire les émissions; côté AC, respecter les chutes de tension et le schéma des liaisons à la colonne ou au tableau principal.
  • Vérifier les couples de serrage des borniers de l’onduleur et du coffret, et consigner les valeurs dans le dossier d’ouvrage.

Prévenir l’arc électrique et la sécurité opérationnelle

La protection contre l’arc électrique PV est une préoccupation croissante, surtout avec des tensions 1000/1500 V DC.

• Bonnes pratiques
  • Interrupteur-sectionneur DC dimensionné correctement, coupure en charge possible, manette verrouillable.
  • Réduire les boucles et connexions superflues; des contacts lâches favorisent l’amorçage.
  • Respect du couple de serrage et contrôle thermographique lors des premières semaines de service.
• Détection d’arc DC photovoltaïque
  • Certains onduleurs intègrent des fonctions de détection d’arc (AFCI DC) capables d’inhiber la production en cas de signature d’arc. Bien que non obligatoire partout en Europe, c’est un axe de sécurité complémentaire intéressant pour les toitures légères.
• Coupure d’urgence photovoltaïque
  • Dispositifs de coupure d’urgence accessibles, repérés, et, le cas échéant, relais de déclenchement à distance (bobines MX) pour abaisser l’énergie du champ en cas d’intervention ou d’incendie.
  • Étiquetage explicite sur la façade du coffret et au point d’entrée de l’installation.

Vérification, essais et documentation

Au-delà de la mise sous tension, la conformité se démontre.

• Essais selon NF EN 62446-1
  • Continuité des conducteurs de protection et liaisons équipotentielles.
  • Vérification de la polarité des strings, mesures Voc et Isc comparées aux valeurs attendues (STC corrigées).
  • Mesure de la résistance d’isolement DC (avec tension d’essai adaptée), vérification du fonctionnement des dispositifs de protection (RCD, SPD avec indicateur).
  • Relevé des numéros de série des composants, consignes de maintenance.
• Documentation et marquages
  • Schéma unifilaire coffret PV mis à jour, repérages filaires et borniers, couples de serrage, fiches techniques.
  • Marquage CE coffret photovoltaïque: s’assurer que les composants sont CE; si un ensemble est fabriqué et mis sur le marché, respecter les exigences applicables (directive BT, CEM) et l’IEC 61439-2 pour l’assemblage.
  • Conformité réglementaire photovoltaïque: attestation, essais consignés, dossier technique.

Exemples de dimensionnement rapide

• Installation 1000 V DC, 6 strings en parallèle
  • Modules: Isc = 10,5 A à STC; Voc chaîne (à –10 °C) = 930 V.
  • Câbles de strings: courant de dimensionnement ≥ 1,25 × Isc = 13,1 A; section choisie 6 mm² selon longueur et chute de tension visée.
  • Fusibles de string gPV: courant inverse max ≈ (N – 1) × Isc = 5 × 10,5 = 52,5 A; choisir des fusibles gPV de 15–20 A par string, compatibles avec le « maximum series fuse rating » des modules, et capables d’ouvrir à ~50–60 A selon courbe gPV.
  • Sectionneur DC: IEC 60947-3 DC-PV2, 1000 V DC, In ≥ courant du champ, manette verrouillable.
  • SPD DC: Type 2, Ucpv ≥ 1,1–1,2 × Voc,max; ici Ucpv ≥ 1020–1120 V. Conducteurs de terre courts et < 0,5 m si possible.
  • Disjoncteur principal DC (si utilisé): 1000 V DC, Icu conforme à l’étude de défaut; sinon protection principale par gPV et sectionneur.
  • Côté AC: disjoncteur adapté au courant onduleur, différentiel type A ou B selon notice, SPD AC Type 2.
• Installation 1500 V DC, 12 strings en parallèle
  • Voc chaîne (froid) = 1450 V; Isc = 13 A.
  • SPD DC Type 1+2 si LPS présent, Ucpv ≥ 1,2 × 1450 ≈ 1740 V (choisir la gamme 1500 V DC dédiée avec Ucpv appropriée des fabricants).
  • Interrupteur-sectionneur 1500 V DC, catégorie DC-PV2, avec pôles en série selon schéma constructeur.
  • Disjoncteur 1500 V DC si nécessaire: s’assurer de l’Icu à 1500 V; de nombreux appareils n’annoncent qu’un Icu à 1000 V.
  • Fusibles gPV de strings dimensionnés sur le courant inverse (11 strings en parallèle dans le pire cas), en respectant la limite des modules.

Dans les deux cas, la coordination des protections et la dissipation thermique en coffret sont vérifiées conformément à l’IEC 61439-2.

Erreurs fréquentes à éviter

• Employer un disjoncteur DC non homologué à la tension de service (par ex. 500 V DC utilisé sur 1000 V DC).
• Oublier la protection retour de courant lorsque des strings sont parallélisées en nombre, ou dépasser le « maximum series fuse rating » des modules.
• Choisir un SPD DC avec Ucpv trop proche de Voc à froid, ou mal positionner les conducteurs de SPD (boucles longues).
• Sous-estimer les distances de fuite et d’isolement dans un coffret 1500 V DC.
• Mélanger AC et DC sans séparation claire dans un même coffret, générant des risques d’erreur et d’interférences.
• Négliger les couples de serrage et le contrôle post-mise en service; de nombreux échauffements proviennent de connexions desserrées.
• Ignorer la dissipation: coffret exposé plein sud, noir, non ventilé, rempli d’appareils fortement dissipatifs.

Intégrer les contenus techniques au choix des produits

La sélection d’un coffret de protection photovoltaïque implique d’évaluer le besoin en amont:

• En extérieur, un coffret IP65 et IK10, UV-stable, avec presse-étoupes DC adaptés et borniers 1000/1500 V DC, est un standard de base.
• La combinaison « interrupteur-sectionneur photovoltaïque + fusibles gPV + parafoudre DC » forme l’ossature d’un coffret DC photovoltaïque robuste. Selon l’architecture, un disjoncteur solaire DC complète l’ensemble.
• Côté réseau, un coffret AC photovoltaïque propre à la production regroupe parafoudre AC, disjoncteur, différentiel, et instrumentation.
• Un ensemble cohérent « coffret AC DC » peut être pertinent pour de petites puissances, à condition d’assurer la séparation interne et la lisibilité.

Le choix de chaque pièce doit s’appuyer sur des fiches techniques à jour, en s’assurant de la conformité aux normes précitées et de la compatibilité entre les éléments.

FAQ

• Quel est l’intérêt d’un disjoncteur DC par rapport à un interrupteur-sectionneur ?
  Un interrupteur-sectionneur assure la coupure en charge et l’isolement visible mais ne protège pas contre les surintensités. Un disjoncteur DC combine la coupure et la protection contre les surcharges et courts-circuits, avec un pouvoir de coupure spécifié en DC. Selon l’architecture (parallèles de strings, présence de batteries), l’un ou l’autre, ou une combinaison avec fusibles gPV, sera le plus approprié.
• Les parafoudres DC sont-ils obligatoires ?
  Le recours aux SPD est déterminé par l’analyse de risque (exposition foudre, présence d’un LPS) et par les prescriptions de la NF C 15-712-1/IEC 60364-7-712. En pratique, la plupart des installations raccordées réseau intègrent des SPD DC et AC, avec coordination des niveaux de protection et Ucpv choisi au-dessus du Voc à froid.
• Comment dimensionner la section des câbles DC ?
  Partir du courant de dimensionnement (souvent 1,25 × Isc pour un string), ajouter les facteurs de correction (température, groupement), choisir une section compatible avec l’intensité admissible et la chute de tension cible (1 à 3 %). Utiliser des câbles H1Z2Z2-K EN 50618, résistants UV/ozone, et respecter les rayons de courbure et les presse-étoupes étanches.

En adoptant une démarche rigoureuse, en s’appuyant sur les normes de référence et en soignant l’assemblage des coffrets, les protections d’une installation solaire deviennent un atout de fiabilité et de sécurité à long terme. L’association judicieuse d’un coffret DC photovoltaïque et d’un coffret AC photovoltaïque, bien dimensionnés et correctement documentés, garantit des interventions facilitées, une conformité vérifiable et une exploitation sereine. L’ensemble « coffret et disjoncteur » doit ainsi être pensé comme un système cohérent, depuis la boîte de jonction des strings jusqu’au tableau de production, en passant par le disjoncteur solaire, les fusibles gPV et les parafoudres coordonnés.

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