Coffret DC photovoltaïque : 25 A 600 V et schéma de câblage

Entre les panneaux et l’onduleur circule un courant continu qui ne s’éteint pas de lui-même : un arc sous 600 V DC persiste là où un arc alternatif s’annule cent fois par seconde. Le coffret DC gouverne cette partie amont, celle que plus personne ne regarde une fois la toiture terminée. Sur une installation résidentielle française de 3 à 9 kWc, il remplit trois fonctions distinctes : couper le circuit sous charge, écouler vers la terre une surtension d’origine atmosphérique, et isoler un string défaillant sans arrêter le reste du champ. Le choix du calibre et la propreté du câblage séparent le boîtier décoratif de la protection qui tient dix ans.

Ce qu’un coffret DC protège, et ce qu’il ne protège pas

Trois organes cohabitent dans le boîtier. Le sectionneur DC ouvre le circuit sous charge, ce qu’un simple interrupteur ne sait pas faire : ses contacts sont dessinés pour souffler l’arc au moment de la coupure. C’est lui qui autorise une intervention sur l’onduleur, son remplacement, ou la mise hors tension du champ pour les secours en cas de sinistre. Le parafoudre type 2 évacue vers la terre les surtensions induites par un coup de foudre proche, phénomène bien plus fréquent que l’impact direct : une décharge à quelques centaines de mètres suffit à faire monter plusieurs kilovolts sur la boucle formée par les câbles de toiture. Les fusibles gPV protègent chaque string contre le courant inverse que ses voisins peuvent y injecter en cas de défaut.

Ce dernier point mérite une nuance rarement énoncée. Avec un string unique, aucun courant inverse n’est possible : le fusible ne sert à rien et la majorité des schémas résidentiels français s’en dispensent. Avec deux strings en parallèle, le courant de retour reste inférieur à ce que le module accepte sans dommage. La protection fusible prend son sens à partir de trois strings en parallèle sur un même MPPT, configuration peu courante en maison individuelle.

Le coffret ne remplace jamais la mise à la terre du champ. Cadres, rails et masses métalliques doivent rejoindre une prise de terre saine, sujet couvert par la rubrique câblage, protection et terre. Sans terre de qualité, le parafoudre n’a nulle part où déverser l’énergie et se réduit à un composant inerte vissé sur un rail.

Calibres et tensions : 25 A 600 V, 20 A 1000 V, 600 V deux strings

La plaque signalétique annonce deux grandeurs qui ne se négocient pas : une tension maximale admissible et un courant nominal. La tension se calcule à partir de la tension à vide des modules, jamais à partir de leur tension de fonctionnement. Le piège est saisonnier : le coefficient de température de la Voc tourne autour de -0,3 %/°C, de sorte qu’un matin clair à -10 °C fait grimper la tension du string d’environ 10 % au-dessus de la valeur au catalogue. Un module de 500 Wc annonçant 45 V à vide totalise 585 V pour treize unités en série dans les conditions de test, mais frôle 645 V par grand froid, au-delà de ce qu’un coffret 600 V tolère.

Règle de terrain : diviser la tension admissible du coffret par la Voc du module majorée de 12 %. Pour 600 V et un module à 45 V, le string plafonne à onze modules. Pour 1000 V, la marge ouvre la voie à dix-huit ou vingt modules par chaîne, donc à moins de câble en parallèle et à des pertes en ligne réduites.

Le calibre en ampères se déduit du courant de court-circuit du string, majoré d’une marge de sécurité. Un module courant délivre 11 à 14 A, ce qu’un appareil 20 A couvre largement pour une chaîne unique. Les 25 A prennent leur sens quand deux strings identiques sont réunis en parallèle avant le sectionneur, cas où les courants s’additionnent. Les fourchettes ci-dessus correspondent à des coffrets préassemblés, testés, livrés avec presse-étoupes et connecteurs MC4. Un assemblage sur mesure dans un boîtier IP65 revient souvent moins cher en composants, mais consomme une demi-journée d’atelier et engage la responsabilité de celui qui l’a monté.

Le schéma de câblage, de l’entrée string à l’onduleur

L’ordre des organes n’a rien de décoratif : il conditionne l’efficacité de chacun d’eux.

En partant de la toiture, les deux polarités entrent par le presse-étoupe inférieur du coffret. Vient le porte-fusible sur le pôle positif quand le schéma l’exige, puis la dérivation vers le parafoudre, puis le sectionneur, puis le départ vers l’entrée MPPT de l’onduleur. Le parafoudre se pose au plus près de l’appareil à protéger, et sa liaison à la terre doit rester courte : au-delà de 50 cm de conducteur, la chute de tension inductive dans le câble annule une bonne part de l’effet protecteur.

Les erreurs qui reviennent le plus souvent tiennent en cinq lignes.

• Polarité non vérifiée avant mise en service : un contrôle au multimètre entre les entrées du coffret évite un onduleur en défaut dès la première mise sous tension.
• Couple de serrage négligé sur les bornes : une connexion molle chauffe, s’oxyde, puis crée un arc série que ni le fusible ni le différentiel ne détectent.
• Presse-étoupes orientés vers le haut : l’eau de ruissellement finit toujours par entrer, quel que soit l’indice de protection annoncé.
• Conducteurs positif et négatif écartés sur le cheminement : la boucle créée de la sorte capte l’induction d’un impact proche, alors que deux câbles maintenus côte à côte réduisent fortement la surface exposée.
• Terre sous-dimensionnée ou discontinue, dernier maillon que personne ne mesure une fois le chantier replié.

Côté sections, le circuit continu se câble en 6 mm² souple à double isolation sur la quasi-totalité des installations résidentielles, avec passage au 10 mm² sur les longueurs importantes ou les chutes de tension serrées : le sujet est développé sur la page consacrée au câble souple 6 mm². La liaison équipotentielle des masses métalliques rejoint pour sa part la prise de terre, dont la qualité dépend du sol et de la mise en œuvre du piquet de terre.

Un string ou deux MPPT : arbitrer selon les pans de toiture

L’arbitrage se joue sur la géométrie du toit et sur la courbe de charge du foyer.

Un pan unique plein sud, dégagé, ne réclame qu’une chaîne et une entrée MPPT : la production dessine une cloche centrée sur le midi solaire, avec un pic marqué. Deux pans est et ouest changent la logique. Chaque orientation atteint son maximum à une heure différente, la production s’étale du matin au soir et se recale sur les usages domestiques réels, concentrés au petit-déjeuner et en soirée. Le total annuel en kWh cède 10 à 15 % face au plein sud, mais le taux d’autoconsommation progresse, ce qui pèse davantage lorsque le surplus est revendu à un tarif inférieur au prix d’achat du kWh.

Deux entrées MPPT deviennent nécessaires dès que les groupes de modules diffèrent par l’orientation, l’inclinaison, le nombre de modules ou l’exposition aux ombres. Un onduleur ne recherche qu’un seul point de puissance maximale par entrée : mélanger deux pans sur un même MPPT aligne tout le champ sur le comportement du plus faible.

L’ombre partielle appelle le même raisonnement. Souche de cheminée, arbre mitoyen, mât d’antenne : dans une chaîne série, le module ombré impose son courant à tous les autres. Isoler la zone sensible sur une seconde entrée limite la perte sans l’annuler. Optimiseurs et micro-onduleurs traitent le cas plus finement, au prix d’électronique supplémentaire posée en toiture.

Sur les configurations avec stockage, le coffret reste en amont de tout : il protège l’entrée solaire de l’appareil, que ce dernier soit un onduleur réseau classique ou un onduleur hybride pilotant batterie et injection. Le parc batterie dispose de ses propres protections continues et ne se raccorde jamais sur le même coffret.

Un choix solide tient à trois vérifications : la tension à vide majorée par le froid reste sous la valeur de plaque, le calibre couvre le courant réellement additionné, la liaison de terre est courte et continue. Le reste relève du soin de pose.