INTRODUCTION
Dans une installation photovoltaïque, le dimensionnement d’un champ solaire ne consiste pas uniquement à déterminer le nombre de panneaux à installer et leur configuration en série et en parallèle.
Une fois le nombre de modules défini, la manière dont ces modules sont physiquement interconnectés constitue également un élément important de la conception.
Le choix du cheminement des conducteurs peut avoir une influence sur les longueurs de câbles, les chutes de tension, les pertes électriques, mais également sur la surface des boucles formées par les conducteurs. Cette dernière question devient particulièrement importante lorsqu’on s’intéresse aux phénomènes de surtensions induites, notamment dans le contexte de la protection contre la foudre.
Parmi les différentes possibilités de raccordement des modules, la configuration dite « en saut de mouton » peut présenter certains avantages lorsqu’elle est correctement étudiée.
INTERCONNEXION DANS UN CHAMP PHOTOVOLTAÏQUE
Un champ photovoltaïque est généralement constitué de plusieurs modules raccordés en série afin de constituer un string.
Les strings peuvent ensuite être raccordés en parallèle afin d’obtenir la puissance et le courant nécessaires à l’installation.
Si des strings (Ns) identiques sont raccordées en parallèle :
Ichamp = Ns × Istring
Et
Uchamp = Ustring
Avec :
- Ns : Nombre de string en parallèle ;
- Istring : Courant de chaque string (A) ;
- Ichamp : Courant du champ (A) ;
- Uchamp : Tension du champ (V) ;
- Ustring : Tension de chaque strig (V).
Si les strings n’ont pas le même nombre de modules en série, leurs tensions de fonctionnement seront différentes :
Uchamp ≈ Ustring
La tension reste approximativement à celle de chaque string :
Par exemple :
- String 1 : 20 modules = 800 V
- String 2 : 20 modules = 800 V
- String 3 : 19 modules = 760 V
- String 4 : 19 modules = 760 V
Uchamp ≈ 780 V
Les strings ne sont pas adaptés pour être directement mises en parallèle sur le même MPPT, car une mise en parallèle impose pratiquement la même tension aux branches.
Il est a noté que les strings avec des tensions différentes présente une problématique pour une mise en parallèle directe sur le même MPPT.
Cependant, une fois cette configuration électrique déterminée, il reste une question importante :
Comment réaliser physiquement les connexions entre les modules ?
Deux configurations peuvent présenter exactement le même nombre de modules en série et en parallèle, tout en nécessitant des cheminements de câbles différents.
Cette différence de cheminement n’est pas sans conséquence.
Un câblage mieux optimisé permet de réduire les longueurs de conducteurs, ce qui entraîne directement une diminution de la résistance des liaisons.
Or dans un circuit PV/DC, le courant part du champ photovoltaïque par le conducteur (+) et revient par le conducteur (−).
Ce qui entraine la considération de la longueur totale
LTotal = L(+) + L(-) = 2L
La résistance d’un conducteur est donnée par :
R = 
Avec
R : résistance du cable
- R : résistance du câble (Ω) ;
- p : résistivité du conducteur ;
- L : longueur du cable (m) ;
- S : section.
On remarque immédiatement que : Plus la longueur est grande (L↑) plus la résistance sera grande (R↑).
La chute de tension ( 
) ; dépend de deux paramètre :
= R x I
Avec :
R : la résistance de la liaison en ohms (Ω) ;
I : le courant qui circule dans le câble en ampères.pères
De même pour les pertes par effet joule :
Pj = R x I2
Les chaînes logiques suivante permettent de justifier techniquement l’intérêt de réduire les longueurs de câbles sur un champ photovoltaïque.
L↑ 
R↑ ↑ Pj↑
Plus de longueur → plus de résistance → plus de chute de tension → plus de pertes par effet Joule.
Et inversement :
L↓ R↓ 
↓ Pj↓
Moins de longueur → moins de résistance → moins de chute de tension → moins de pertes par effet Joule.
BOUCLES DE CABLAGE
L’enjeu du cheminement des câbles ne se limite pas uniquement à la chute de tension. Dans un champ photovoltaïque, le cheminement des conducteurs positif (+) et négatif (-) forment une boucle électrique.
La surface de boucle correspond à la surface délimitée par les deux conducteurs (+ et -) et leur cheminement.
SB = L x d
Avec :
- SB : surface de boucle
; - L : longueur de la boucle considérée
; - d : distance moyenne entre les conducteurs + et −
Cette boucle peut devenir problématique en présence de variations rapides du champ électromagnétique.
Un phénomène de foudre, même lorsqu’il ne frappe pas directement l’installation photovoltaïque, peut provoquer des variations importantes du champ électromagnétique dans son environnement.
Ces variations peuvent générer des tensions induites dans les boucles conductrices.
Pour une boucle simple à proximité d’un conducteur parcouru par le courant de foudre :
Ui = 
Avec :
| Terme | Signification | Rôle physique |
| μ0/2π | Constante (4π×10⁻⁷/2π ≈ 2×10⁻⁷ H/m) | Facteur fixe lié à la perméabilité magnétique du vide |
| SB | Surface de la boucle (m²) | Plus la boucle est grande, plus elle capte de flux magnétique |
| 1/d | Inverse de la distance au point d’impact (m⁻¹) | Le champ magnétique décroît avec la distance : plus loin = moins induit |
| di/dt | Raideur du front de courant de foudre (A/s) | Plus le courant varie vite, plus la tension induite est grande |
De manière générale, lorsque deux (2) conducteurs (+) et (−) suivent des parcours très différents, une boucle de surface importante peut apparaître.
Pour minimiser les tensions induites dues à la foudre, la surface de l’ensemble des boucles doit être aussi faible que possible, en particulier pour le câblage des chaines PV (Extrait de la norme UTE C 15-712-1).
Le non-respect de cette condition favorise une tension induite qui peut :
- endommager les panneaux solaires ;
- détruire les onduleurs ;
- endommager les parafoudres (si mal dimensionnés).
CABLAGE DE PANNEAUX SOLAIRES PAR LA TECHNIQUE DU LEAPFROG
La technique du leapfrog (ou saut de carpeaux/mouton) est une méthode d’optimisation du câblage des panneaux solaires qui offre plusieurs avantages.
Principe :
Avec cette méthode, l’installateur relie les panneaux en sautant un panneau sur deux jusqu’à la fin de la matrice, puis revient pour connecter les panneaux intermédiaires.
Prenons par exemple une série de six (6) panneaux, les connexions se ferrant dans l’ordre suivant : 1-3-5 puis 6-4-2.
Cette méthode fonctionne aussi bien avec un nombre pair ou impair de panneaux. Ainsi le câblage revient au même point de départ, éliminant ainsi le besoin d’un fil de retour.
Avantages du Leapfrog :
- Réduction des pertes de puissance : En répartissant la charge de manière plus uniforme, les pertes résistives dans les câbles sont réduites, ce qui améliore l’efficacité globale du système.
- Gestion des câbles : Cette technique optimise la gestion des câbles, ce qui se traduit par une organisation plus structurée, une maintenance simplifiée et une amélioration de la gestion des câbles.
- Efficacité : La norme UTE C 15-712-1 recommande de minimiser les tensions induites dues à la foudre en réduisant au maximum la surface des boucles, notamment pour le câblage des chaînes PV. La technique du leapfrog (saut de carpeaux/mouton) est particulièrement efficace à cet égard, car elle réduit la taille des boucles de câblage. En minimisant les surfaces exposées, cette méthode atténue les effets des tensions induites par la foudre, offrant ainsi une meilleure protection et une fiabilité accrue des installations photovoltaïques.
CONCLUSION
Dans une installation photovoltaïque, le choix du cheminement des câbles a un impact direct sur les performances électriques et la protection de l’installation.
Une conception en Leapfrog (saut de mouton) permet d’optimiser le raccordement des strings en limitant les longueurs de câbles inutiles. Cette optimisation contribue à réduire la résistance des conducteurs, minimisant ainsi la chute de tension et les pertes par effet Joule.
Elle permet également de mieux maîtriser la surface des boucles formées par les conducteurs (+) et (−). Lors d’un front de foudre, une variation rapide du courant peut provoquer une tension induite dans ces boucles.
Réduire leur surface contribue donc à limiter les contraintes électromagnétiques transitoires.
BIBLIOGRAPHIE
- UTE C 15-712-1 ; 2013 — Installations électriques à basse tension – Guide pratique – Installations photovoltaïques sans stockage et raccordées au réseau public de distribution.
- NF C 15-100 ; 2024 — Installations électriques à basse tension — série de normes, notamment les dispositions relatives aux surtensions et aux perturbations électromagnétiques.