Fig. 1 : Principe de fonctionnement d’un panneau solaire (selon le site : https://www.planete-energies.com/fr/media/article/cellule-photovoltaique-comment-ca-marche)

Le champ électrique d’un panneau est alors dans son épaisseur, limitant ainsi fortement son rayonnement. Le courant généré circule aussi dans l’épaisseur du panneau. Du fait de la grande surface des cellules et du panneau, le champ magnétique résultant sera alors négligeable au niveau du panneau. En connectant une charge en sortie de panneau par l’intermédiaire de câbles, le courant circule alors hors du panneau vers l’onduleur. Le champ magnétique au niveau du câble de sortie peut-être important car il est lié au transit de courant. Cependant, avant l’onduleur, ce champ magnétique est un champ constant. Il ne provoque donc pas de phénomène d’induction. Il peut néanmoins provoquer un phénomène d’aimantation à l’instar d’un aimant, mais de très faible intensité. De même pour le champ électrique qui est continu avant l’onduleur : ce champ ne générera pas de courants induits mais peut provoquer un phénomène de polarisation de matériaux isolants, comme les bois par exemple.

Les panneaux sont donc le siège d’une tension électrique continue et d’un courant électrique continu. Le point de fonctionnement optimal d’un panneau correspond au point de puissance maximal PMP qui est de l’ordre de 300 W ≤ PMP ≤ 400 W. La puissance est calculée comme le produit de la tension VMP et du courant IMP (Fig. 2).

Pollution électromagnétique de la transformation de tension

La conversion continu vers alternatif n’est qu’une partie de la transformation de l’énergie produite par les panneaux et assurée par l’onduleur. Une autre partie consiste à transformer la tension de sortie des panneaux en tension de 230V, correspondant au réseau de distribution électrique domestique. L’utilisation de transformateurs intégrant des matériaux magnétiques est une méthode passive de modification de la tension. Or, elle peut être la source d’une pollution électromagnétique par induction de courants parasites dus au rayonnement magnétique de ces transformateurs ainsi qu’à leur fuite éventuelle.

Transport du courant et de la tension

Suivant le montage, le câble de sortie d’un panneau ou d’une série de panneaux peut transporter un courant important ou être le siège d’une tension électrique importante avant l’onduleur. Ce câble génère autour de lui un champ magnétique continu important ou un champ électrique continu important. Ces champs peuvent entraîner une aimantation ou une polarisation dans leur environnement. Il ne s’agit pas à proprement parlé de pollution électromagnétique car les champs sont continus en ne provoquent pas d’induction électromagnétique.

Intégration dans le paysage

Une pollution à ne pas négliger est l’intégration dans le paysage. Cette pollution, essentiellement visuelle, n’a aucun effet sur la santé. Elle dégrade néanmoins de nombreux paysages avec l’implantation de centrales dans certains espaces pourtant protégés ou sur des lacs. L’installation des panneaux dans des espaces naturelles conduit souvent à un déboisement, la création d’accès, la construction d’un réseau électrique pour l’exploitation. Elle est autorisée dans des sites pourtant classés Natura200 comme le cas de la montagne de Lure dans les Alpes de Haute Provence. La Fig. 4 proposée par le collectif Elzeard montre la densification prévue des centrales de production photovoltaïque dans l’environnement de la montagne de Lure. Si tous ces projets aboutissent, ces zones n’aura plus rien de naturelle mais deviendra un espace technologique de production d’électricité à grande échelle.

Fig. 4 : Densification des sites de production d’électricité photovoltaïque autour de la montagne de Lure dans les Alpes de Haute Provence.

L’intérêt pour cette zone est à la fois motivé par un ensoleillement très fréquent, les coûts très bas des zones d’implantation et une chaleur moins intense qu’à proximité de la Méditerranée permettant un meilleur rendement des panneaux.

 

Retour d’expérience du CRIIREM

Fort de son expérience dans le domaine de l’expertise électromagnétique, le Centre de Recherche et d’Informations Indépendant sur les Rayonnements ElectroMagnétique (CRIIREM) a émis deux points de vigilance pour les installations photovoltaïques. Les interventions du CRIIREM concernent aussi bien des installations chez des particuliers que des champs solaires de production. Ainsi ils ont relevé des champs magnétiques importants autour des deux éléments de production :

• l’onduleur :

« Sur une installation avec un onduleur général, le choix de son emplacement nécessite de pouvoir garder une zone d’environ 1m50 alentour pour éviter les perturbations de pièces de vie.

Lorsqu’il s’agit de panneaux directement équipés d’onduleurs ce sont les câbles qui deviennent problématiques. Il est nécessaire de conserver une distance de 30cm pour un câble seul à 1m voir 1m50 si les câbles sont regroupés.  » (Source CRIIREM)

• le transformateur et le point de liaison :

« Le transformateur et le point de liaison seront aussi des points d’attention autour desquels une distance d’au moins 5m est recommandée pour écarter tout risque sanitaire potentiel.
Autour de la ligne électrique reliant tous les éléments, une distance de précaution sera à tenir en fonction du voltage de celle-ci et de la production prévue puisque le niveau de champ d’induction magnétique variera selon l’intensité de celle-ci. » (Source CRIIREM)

 

Conseils d’installations et solutions

Choix du type d’onduleur

En termes de génération de pollution électromagnétique défavorable aux vivants, nous avons mis en avant le rôle primordial de l’onduleur. Le choix d’un onduleur de qualité, fournissant un signal proche d’une sinusoïde pure est fondamental. Le critère pour considérer que l’onduleur fournit une sinusoïde pure est d’obtenir en sortie un taux d’harmonique inférieur à 5 % du signal fondamental. Cette valeur inclut à la fois la conversion et la transformation.

Il semble par ailleurs préférable d’opter pour des micro-onduleurs plutôt que pour un onduleur général. Les micro-onduleurs auront à traiter l’énergie fournit par un seul panneau contrairement à un onduleur général qui traitera la puissance provenant de plusieurs panneaux. Le micro-onduleur travaillera donc à une puissance bien moins importante qu’un onduleur général, ce qui est favorable à la réduction du taux d’harmonique. Du point de vue des garanties, les micro-onduleurs sont aussi préférés car leur garantie est souvent égale à celle du panneau contrairement à la garantie d’un onduleur général qui n’excède pas souvent 10 à 15 ans, alors que les panneaux sont encore parfaitement fonctionnels. Néanmoins, il faudra éviter d’installer des panneaux équipés de micro-onduleurs au-dessus d’une chambre ou d’une pièce de vie à cause du rayonnement propre aux onduleurs. Les signaux parasites générés par l’onduleur seront actifs à proximité immédiate du panneau dans la cas d’un micro-onduleur. Un onduleur général pourra plus facilement être déporté.

Si la centrale photovoltaïque est déjà installée et qu’on note une valeur de courants sales élevée, l’utilisation de filtre en sortie d’onduleur et toujours possible et même recommandée. Les câbles de sortie de l’onduleur seront alors filtrés des signaux parasites. Ils ne doivent plus se trouver à proximité d’autres câbles non filtrés, comme ceux du réseau électrique d’une maison qui peuvent être le support de courants parasites d’autres sources.

Des mises à la Terre à ne pas oublier

La mise à la Terre générale de la centrale photovoltaïque au niveau de l’onduleur doit être connectée à la Terre de l’habitation selon la norme NFC-15-100. Nous nous retrouvons avec une Terre commune entre maison et centrale photovoltaïque. Outre cette mise à la Terre, il ne faut pas oublier de connecter toutes les parties métalliques à la Terre, incluant celles où le courant et la tension sont continus. Toute l’armature métallique de la structure des panneaux doit être reliée à la Terre : les cadres et supports des panneaux doivent donc inclure une connexion à la Terre. De cette façon les désagréments provenant d’induction par des champs électromagnétiques alternatifs à proximité (lignes de distribution d’énergie électrique) seront envoyés vers la Terre. C’est aussi une protection contre les surtensions liées à la foudre par exemple.

Utilisation des câbles blindés/torsadés

Pour une installation déjà en place et un niveau de courant sale élevé, il existe toujours une solution pour diminuer l’effet de ces courants sans cependant les annuler. Attention, sans filtrage à la base (Section 5.1), les courants sales se propagent toujours dans les câbles et sont détectables par ex. à l’aide d’un Greenwave. L’usage de gaines blindées ou de câbles blindés empêchent le rayonnement de ces courants de se propager hors du blindage. Les rayonnements nocifs associés à ces courants ne sortiront plus du blindage et ne créeront plus de problèmes (polarisation des bois, forte tension corporelle induite,…). Ne pas oublier de connecter le blindage du câble ou de la gaine à la Terre de la maison.

Torsader les câbles offre une possibilité de diminution voire d’annulation du champ magnétique généré par le transit de courant. Attention cependant que le fait de torsader les câbles n’annule en rien le champ électrique et qu’un blindage est nécessaire pour ce dernier. La simulation présentée en Fig. 5 montre la section d’un câble unique de 4mm de diamètre transportant un courant de 1 A à 50 Hz (à gauche).  Dans les cas d’un câble unique, le maximum de champ magnétique se retrouve à proximité immédiate du câble, sur sa surface. Il décroît ensuite en fonction de la distance au câble.

Fig. 5 : Simulation d’un câble unique et de deux câbles proches avec transit de courant en direction opposée.

A droite, deux câbles identiques de 4mm de diamètre, distant de 8mm de centre à centre, transportent tous les deux un courant de 1 A à 50 Hz et en direction opposée. Cette situation représente le cas de deux câbles torsadés ou de deux câbles parallèles très proches, mais non en contact du fait de l’épaisseur de l’isolant. L’important ici est de localiser le maximum du champ magnétique qui se situe entre les deux câbles. Il décroît ensuite très rapidement dès qu’on s’éloigne des deux câbles, bien plus que dans la cas d’un câble unique, pour pratiquement s’annuler.

L’intérêt ici n’est pas tant d’annuler le champ magnétique, mais il est surtout d’éviter l’effet de boucle. Si les câbles sont parallèles, ils créent une boucle de surface non négligeable, d’autant plus grande que les câbles sont longs. Cette boucle est notamment créée par l’épaisseur de l’isolant et est inévitable car les câbles ne peuvent pas être en contact. Dans le cas de câbles torsadés, chaque torsade crée une boucle de surface d’autant plus petite que les torsades sont serrées. Or une boucle traversée par une induction magnétique devient le siège d’une tension électrique induite de même fréquence que le champ qui lui a donné naissance. Cette tension induite s’écrit comme le produit du nombre de spires de la boucle, N, par la variation de flux magnétique qui traverse la boucle. Appelons Φ le flux magnétique au travers de la boucle :

Φ = B * S

où B est la densité de flux magnétique et S la surface de la boucle.

Alors la tension induite s’écrit :

V_ind = N * dΦ / dt

où dΦ / dt représente la variation du flux au travers de la boucle. Ce flux varie car le courant est alternatif. En décomposant mathématiquement ce terme, la tension s’écrit :

V_ind = N * B * S *  ω

avec ω = 2π * f,          où f est la fréquence du champ magnétique.

Nous comprenons ainsi l’importance de minimiser la taille des boucles en torsadant les câbles. Cette action minimise en effet la tension induite V_ind qui est présente sur l’ensemble des câbles.

On comprend aussi qu’un courant continu ne générera pas de tension parasite car f = 0 Hz et le terme V_ind s’annulerait. Si le courant est alternatif, une boucle (N=1) sera le siège de tensions parasites (V_ind) d’autant plus fortes que la surface de la boucle (S) est importante et que la fréquence (f) est élevée. Ainsi, à valeur de courant identique, les courants parasites à haute fréquence génèrent des tensions parasites d’autant plus importantes que leur fréquence est élevée.

Coupures des radiations cosmiques

Les panneaux ne laissant passer aucun rayonnement, ils annulent toute contribution cosmique sous leur face interne. L’environnement situé sous les panneaux est privé de l’apport des radiations cosmiques, essentielles à notre équilibre. Par retour d’expérience de géobiologues, il a été observé un déséquilibre cosmo-tellurique dans les pièces situées sous les panneaux. Aucune autre cause que la présence de ces panneaux n’explique ce déséquilibre. Par prudence, il est donc recommandé de ne pas installer de panneaux au-dessus de pièces de vie et surtout des pièces de repos comme les chambres. Ainsi l’équilibre cosmo-tellurique de ces pièces sera préservé.

Tensions et courants en sortie des panneaux

Il existe plusieurs possibilités de raccordement électrique des panneaux entre eux. Chaque solution dépend de l’utilisation faite des panneaux, autoconsommation ou revente, et du niveau de puissance recherché.

Montage en série

En montage série les panneaux sont connectés l’un à la suite de l’autre. La borne ( – ) d’un panneau se connecte à la borne ( + ) du panneau suivant. Les tensions s’ajoutent alors que le courant reste le même du premier panneau au dernier panneau (Fig. 6). La tension au niveau du dernier panneau sera très élevée alors que le courant restera faible.

C’est le montage privilégié pour la revente d’électricité car l’injection d’électricité sur le réseau national requiert une tension supérieure à 325 V. Ce montage présente quelques limitations importantes : si un panneau venait à dysfonctionner, c’est toute la centrale qui devient hors-service car le courant ne peut plus passer au panneau suivant. La tension électrique élevée en sortie de centrale présente aussi un risque d’électrisation important, pas toujours compatible avec une installation résidentielle. Le courant reste faible, produisant ainsi un faible champ magnétique.

Vsortie = V1 + V2 + V3 + V4
Isortie = I1= I2 = I3 = I4

Fig. 6 : Montage en série de panneaux photovoltaïques

Montage en Parallèle

En montage parallèle, toutes les bornes (+) sont connectées entre elles et toutes les bornes (-) sont aussi connectées entre elles. Nous obtenons le montage présenté en Fig. 7 :

Isortie = I1+ I2 + I3 + I4
Vsortie = V1 = V2 = V3 = V4

Fig. 7 : Montage des panneaux photovoltaïques en configuration parallèle

En montage parallèle, les courants s’ajoutent alors que la tension reste la même du premier au dernier panneau. Le courant au niveau du dernier panneau pourra être très élevé. Avec une tension basse, les risques d’électrisation sont minimisés mais le courant fort peut provoquer des départs d’incendie. Des conducteurs de forte section sont alors nécessaires pour supporter ce transit et éviter les échauffements des câbles. Si un panneau dysfonctionne, la centrale continue de produire de l’électricité mais avec un courant réduit équivalent à celui du panneau défectueux.

Ce montage est privilégié pour une utilisation domestique voire en autonomie totale hors réseau ERDF.

Montage Hybride

Les montages série et parallèle ont chacun des avantages et inconvénients et peuvent ne pas satisfaire au cas d’une maison individuelle. La solution est alors d’adopter un montage hybride, avec une partie des panneaux connectés en série. Ensuite il faut connecter plusieurs groupes de panneaux-série en parallèle. Ainsi, l’utilisateur peut consommer une partie de sa production et revendre l’autre partie. Les risques d’électrisation ou de départ d’incendie sont aussi réduits.

Retour d’expérience en agriculture

Pour illustrer certains des problèmes rencontrés face à une installation photovoltaïque de forte puissance, voici un retour d’expérience d’une intervention en agriculture par un confrère Géobiologue à la CNG et travaillant au sein d’une chambre d’agriculture.

Observation du comportement des animaux

Un comportement anormal des vaches a orienté le géobiologue vers une centrale photovoltaïque installée en face de l’exploitation : en effet les vaches refusaient de s’alimenter et de boire durant la journée alors qu’elles reprenaient un comportement normal la nuit tombée. Elles ne se reposaient plus en journée mais seulement le soir. Ce comportement apparemment lié à la luminosité a été interprété comme un indicateur d’un effet délétère de la centrale photovoltaïque.

Importance de la prise de Terre de la Centrale PV

Une première évaluation a mise en évidence une valeur de prise de Terre élevée pour la centrale photovoltaïque. La valeur mesurée de 60 Ohms est largement supérieure à celle préconisée en élevage qui est au maximum de 15 Ohms. Ainsi l’évacuation de courants parasites dus à la centrale photovoltaïque n’est pas favorisée par une valeur aussi élevée de prise de Terre.

Interaction entre prises de Terre

Outre sa valeur élevée, la prise de Terre de l’installation se trouvait à proximité de la Terre ENEDIS, à une distance inférieure à 15 m. Une interaction est supposée entre la Terre ENEDIS et la Terre de la centrale photovoltaïque. Un déplacement a été entrepris pour positionner la Terre Photovoltaïque à une quarantaine de mètres de la Terre ENEDIS. La recommandation conseille une distance d’au minimum 30 m entre la Terre ENEDIS et une Terre locale.

Puissance importante

Un transformateur installé par ENEDIS se trouve à une distance de l’ordre de 5 m du bâtiment photovoltaïque. Nous ne disposons pas de l’information permettant d’identifier ce transformateur comme un transformateur lié à la distribution d’énergie ENEDIS ou si ce transformateur est propre à la centrale photovoltaïque. Quoi qu’il en soit, le transformateur a été déplacé pour éviter que son rayonnement n’impacte le bâtiment d’élevage en induisant des courants parasites dans les structures métalliques.

Effet de l’onduleur

L’onduleur de la centrale photovoltaïque devant gérer une forte puissance, est installé face au bâtiment d’élevage. Ce bâtiment de structure métallique est dans le rayonnement de l’onduleur et du transformateur ENEDIS. Sa structure est alors le siège de courants parasites induits par ces deux éléments. Ces courants sont mesurables à la pince ampèremétrique sur des tubulures du bâtiment. L’action entreprise est une connexion à la Terre de toutes les parties métalliques, puis une demande de déplacement de l’onduleur de façon à ce qu’il ne soit plus en regard du bâtiment d’élevage.

Résultats

Suite à ces différentes actions, les vaches ont immédiatement repris un comportement normal, retournant boire à l’abreuvoir, s’alimentant correctement et s’accordant des repos diurnes.

 

Conclusions

Grace à de nombreux progrès en terme d’efficacité, de durabilité et de recyclage, la production d’énergie photovoltaïque représente un choix intéressant pour réduire sa facture énergétique et tendre vers une autonomie partielle voire totale à l’aide de batteries. Cependant, comme présenté dans cet article, certains points sont à surveiller lors du choix de la technologie à mettre en œuvre.

Préférer des micro-onduleurs avec un taux d’harmoniques inférieur à 5 %, de façon à reconstruire une sinusoïde pure, réduira considérablement la génération de courants parasites sur le réseau où est implantée la centrale. Pour une installation déjà en place, la possibilité de filtrer ces signaux parasites existe toujours. L’utilisation de gaines ou câbles blindés peut aussi protéger les habitants des champs résultants de ces courants ou tensions parasites.

De même le montage doit respecter certaines règles en ce qui concerne les mises à la Terre des éléments métalliques de la structure. Avant tout, il faut s’assurer que la Terre du domicile ou du bâtiment est de valeur faible car c’est le point où la centrale devra être connectée selon la norme NFC-15-100.

Enfin, même si cela a été peu abordé dans l’article, nous pouvons supposer qu’installer des panneaux photovoltaïques sur une toiture peut couper totalement les radiations cosmiques. Il est donc recommandé de ne pas les installer au-dessus d’une pièce de vie mais si possible sur un garage ou un car-port, de façon à toujours profiter de l’apport de ces énergies.