Essai de Voc et Isc des chaînes photovoltaïques : tension en circuit ouvert et courant de court-circuit

De quoi il s’agit

L’essai de Voc et Isc des chaînes est une vérification électrique de base de chaque circuit source d’un champ photovoltaïque. La tension en circuit ouvert se mesure aux bornes de la chaîne sans charge raccordée, ce qui montre si le nombre attendu de modules est présent, bien connecté et producteur de tension. Le courant de court-circuit ou de fonctionnement se mesure avec la chaîne chargée par un instrument approprié, ce qui montre si le courant que la chaîne peut fournir est cohérent avec les caractéristiques du module et l’ensoleillement du moment. Lorsque le circuit comporte des diodes antiretour, dont le rôle est d’empêcher le courant de refluer vers une chaîne plus faible, on les vérifie lors de la même visite. L’essai s’effectue sur les chaînes des systèmes photovoltaïques solaires à la réception, avant leur raccordement à l’onduleur ou à la boîte de jonction et avant la mise sous tension du champ, avec des instruments adaptés à la tension et au courant en cause. C’est l’une des premières vérifications après l’installation, car elle est rapide, ne demande qu’un multimètre et une pince de calibre approprié, et décèle les erreurs de câblage les plus courantes pendant qu’il est encore facile de les corriger.

Pourquoi on le fait

Une chaîne photovoltaïque peut être construite de travers sans que l’œil le voie. Un module manquant ou en trop, un module inversé, un connecteur desserré ou mal accouplé, un conducteur endommagé ou une diode de dérivation défaillante modifient la tension ou le courant, et une chaîne mal câblée peut transmettre une valeur erronée à l’onduleur, faire déclencher les protections ou être endommagée par une tension excessive par un matin froid et ensoleillé. Une diode antiretour défaillante en circuit ouvert peut laisser toute une chaîne déconnectée du champ, tandis qu’une diode défaillante en court-circuit perd sa protection et permet aux chaînes voisines de forcer du courant à rebours dans une chaîne faible. Comme la tension en circuit ouvert est la plus élevée que produit la chaîne, c’est aussi une grandeur de sécurité, et la confirmer avant de raccorder la chaîne protège l’équipement et les personnes qui la branchent. Mesurer chaque chaîne séparément et les comparer entre elles transforme un grand champ en un ensemble de blocs vérifiés et raccourcit le dépannage ultérieur.

Le principe

Une chaîne photovoltaïque se comporte comme une suite de modules en série. Chaque module apporte sa tension, de sorte que la tension en circuit ouvert de la chaîne est la somme des tensions des modules et dépend surtout du nombre de modules et de la température des cellules. Le courant de la chaîne est limité par son module le plus faible et, en court-circuit, il est à peu près proportionnel à l’ensoleillement reçu par le champ. Comme la température et l’éclairement déplacent tous deux les lectures, une valeur mesurée doit être comparée à la valeur attendue pour les conditions du moment, et non à la seule valeur de la plaque signalétique. Pour une diode antiretour, le principe veut qu’elle conduise dans le sens direct avec une faible chute de tension et bloque dans le sens inverse. La vérification d’une diode éprouve donc les deux comportements, et une défaillance dans l’un ou l’autre sens est un défaut. Les écarts entre chaînes de même conception, mesurées à peu d’intervalle, sont souvent plus instructifs que les valeurs absolues.

Comment on le réalise

Les mesures commencent par l’isolement et la sécurité : les chaînes sont débranchées de l’onduleur ou de la boîte de jonction, le champ est considéré comme sous tension dès que les modules sont éclairés, et les instruments sont dimensionnés pour la tension et le courant maximaux de la chaîne, en gardant à l’esprit que l’ouverture ou la fermeture d’un circuit à courant continu en charge peut produire un arc destructeur. La tension en circuit ouvert se mesure aux bornes de la chaîne avec un multimètre étalonné, et la polarité est confirmée au même moment. Le courant de court-circuit ou de fonctionnement se mesure avec un instrument conçu à cette fin ou avec une pince ampèremétrique de calibre approprié selon la procédure du fabricant, et jamais en court-circuitant la chaîne de façon improvisée. L’éclairement et la température du module sont mesurés au moment de la lecture pour que les valeurs puissent être comparées à ce que prévoient les données du module. Les lectures sont prises sous un ensoleillement stable, car le passage d’un nuage rend le courant sans signification, et les chaînes de même conception sont mesurées l’une après l’autre pour pouvoir être comparées. Les diodes antiretour sont vérifiées en place avec un multimètre en fonction diode ou par une procédure appropriée, et toute diode qui ne se comporte pas correctement dans les deux sens est notée pour remplacement. L’état des connecteurs et de l’étiquetage est observé tout au long du travail, et les chaînes sont remises dans leur état d’origine par la suite.

Ce qui est consigné

Le dossier conserve la tension en circuit ouvert mesurée et le courant de court-circuit ou de fonctionnement de chaque chaîne, avec les conditions qui les ont produits : éclairement, température du module, date et heure, et identification de la chaîne avec le type de module et le nombre de modules en série. Il consigne aussi le résultat de la polarité, le résultat de chaque vérification de diode antiretour, les instruments utilisés avec leur état d’étalonnage et tout problème visible sur les connecteurs, les étiquettes ou les conducteurs relevé pendant le travail. Ces éléments permettent à un examinateur ultérieur de comparer les chaînes entre elles et avec les valeurs attendues, et de distinguer un vrai défaut d’une différence d’ensoleillement ou de température au moment de la mesure.

Comment les résultats sont jugés

Les lectures se jugent par comparaison, et non à partir d’un chiffre fixe. La tension en circuit ouvert mesurée est comparée à la valeur attendue d’après les données du module et le nombre de modules en série, corrigée selon la température des cellules à ce moment, et un écart important désigne un module manquant, inversé ou endommagé, ou une erreur de câblage. Le courant mesuré est comparé à la valeur attendue pour l’éclairement du moment et aux autres chaînes de même conception mesurées dans les mêmes conditions, où une valeur atypique indique un ombrage, un encrassement, un module faible ou une mauvaise connexion. Les diodes antiretour se jugent selon qu’elles conduisent et bloquent comme prévu. Les chaînes doivent aussi s’accorder entre elles dans une mesure fixée par le document applicable et par la qualité de la mesure. Ces vérifications font partie des essais de réception des systèmes photovoltaïques solaires dans ANSI/NETA ATS-2025. Pour les tolérances et les critères, reportez-vous à votre propre exemplaire sous licence de cette norme et aux données du fabricant des modules.

Variantes

À la réception, chaque chaîne est généralement mesurée, et les résultats constituent la référence de l’entretien ultérieur. À l’entretien, les mêmes vérifications servent de façon sélective, sur les chaînes dont la production a baissé ou dont les données de surveillance paraissent suspectes, et les résultats sont comparés à la référence pour dégager les tendances. Les systèmes diffèrent par ce que l’essai y rencontre : les champs munis de diodes antiretour exigent leur vérification, alors que de nombreux champs modernes comptent sur des fusibles de chaîne ou sur la protection de l’onduleur et n’en ont pas. La technologie du module influe sur les lectures attendues, car les coefficients de température et le comportement du courant diffèrent entre modules cristallins et à couches minces. Les champs dotés d’électronique au niveau du module ou d’optimiseurs de chaîne ne se mesurent pas de la façon habituelle au module, et les lectures se prennent à la sortie de cet équipement selon sa procédure. Dans les grands champs, on peut recourir à un échantillon de chaînes après la vérification complète des premières, lorsque la spécification le permet.