Modules photovoltaïques en zone de forte neige : 5400 Pa, cadres de 30/35 mm et système de montage
Modules photovoltaïques en zone de forte neige : 5400 Pa, cadres de 30/35 mm et système de montage
Pour les projets photovoltaïques situés dans les Alpes françaises ou dans d’autres régions fortement enneigées, il ne suffit pas de regarder la mention « 5400 Pa » sur la fiche technique d’un module ou de comparer uniquement une hauteur de cadre de 30 mm à 35 mm.
Pour les EPC, bureaux d’études et installateurs, la démarche peut être résumée ainsi :
Charge de neige du projet → Charge de calcul du module → Structure du module → Zone de serrage → Système de montage → Structure du bâtiment
La hauteur du cadre influence la rigidité mécanique du module, mais la structure du verre, les dimensions du module, la position des fixations et la portée entre les rails influencent également son comportement mécanique réel.
Sommaire
1. Que signifie réellement une valeur de 5400 Pa dans un projet photovoltaïque ?
2. Pourquoi un projet français en zone de forte neige ne peut-il pas se baser uniquement sur 5400 Pa ?
3. Quelle différence entre un cadre de 30 mm et un cadre de 35 mm ?
4. Pourquoi la structure du verre et les dimensions du module sont-elles également importantes ?
5. Pourquoi la zone de serrage et les rails modifient-ils la charge admissible ?
6. Quels points vérifier pour les projets photovoltaïques français en haute altitude ?
7. Checklist EPC pour les projets à forte charge de neige
1. Que signifie réellement une valeur de 5400 Pa dans un projet photovoltaïque ?
La valeur 5400 Pa apparaît fréquemment parmi les caractéristiques mécaniques des modules photovoltaïques. Elle représente toutefois avant tout une charge mécanique vérifiée dans des conditions d’essai définies.
Elle ne signifie pas automatiquement qu’un projet réel peut être dimensionné avec une charge de neige de 5400 Pa.
Dans le cadre de l’IEC 61215, il est important de distinguer :
Design Load (charge de calcul) ≠ Test Load (charge d’essai)
Une synthèse technique du NREL concernant l’IEC 61215:2021 indique la relation suivante :
Test Load = 1,5 × Design Load
Par exemple :
3600 Pa de charge de calcul → 5400 Pa de charge d’essai
Lorsqu’un EPC voit donc la mention « 5400 Pa », il doit encore vérifier la charge de calcul admissible, la configuration de montage correspondante ainsi que les zones de fixation autorisées.
La norme IEC 61215 relève de la qualification de conception et de l’homologation des modules photovoltaïques. Son objectif est de vérifier la capacité des modules à résister à des contraintes environnementales et mécaniques définies ; elle ne remplace pas le dimensionnement structurel spécifique au projet.
En pratique, il est donc préférable de vérifier l’ensemble suivant :
Charge de calcul + Mode de montage + Zone de serrage + Structure porteuse
Dans le cas des toitures industrielles, il est également important de ne pas confondre la résistance mécanique du module avec la capacité portante résiduelle du bâtiment.
Pour les bâtiments anciens, les structures légères ou les toitures industrielles à faible capacité portante, vous pouvez également consulter :
Cet article explique notamment les relations entre le poids des modules, la charge en kg/m², les zones de serrage, les rails de montage et la capacité portante disponible de la toiture.
2. Pourquoi un projet français en zone de forte neige ne peut-il pas se baser uniquement sur 5400 Pa ?
Une forte charge de neige est avant tout un problème de dimensionnement structurel, et non une simple caractéristique du module photovoltaïque.
Les projets français doivent être étudiés conformément à la NF EN 1991-1-3 et à son Annexe nationale NF EN 1991-1-3/NA.
La charge de neige réelle dépend notamment :
· de la zone géographique du projet ;
· de l’altitude ;
· de la forme de la toiture ;
· de sa pente ;
· des accumulations locales de neige ;
· des phénomènes de congère ;
· des obstacles ou équipements présents sur le toit ;
· de la disposition des rangées de modules photovoltaïques.
L’Annexe nationale française précise les conditions d’application de l’EN 1991-1-3 en France et fournit les paramètres nationaux nécessaires au calcul des charges de neige.
Ainsi, deux projets situés en France et utilisant tous deux des modules testés à 5400 Pa peuvent présenter des exigences structurelles très différentes.
La première question à poser n’est donc pas :
« Ce module est-il testé à 5400 Pa ? »
mais plutôt :
« Quelle est la charge de neige de calcul requise pour ce projet ? »
Il faut ensuite vérifier si le module, dans la configuration de montage prévue, est capable de satisfaire cette exigence.
3. Quelle différence entre un cadre de 30 mm et un cadre de 35 mm ?
Un cadre de 35 mm peut donc offrir une marge de conception mécanique plus importante.
Cela ne signifie cependant pas :
35 mm = forte charge de neige
30 mm = faible charge de neige
Les performances mécaniques globales d’un module dépendent également :
· de la géométrie du profilé aluminium ;
· de l’épaisseur des parois ;
· des propriétés de l’alliage d’aluminium ;
· de la longueur et de la largeur du module ;
· de l’épaisseur du verre ;
· d’une configuration verre-verre ou verre-backsheet ;
· de la liaison entre le verre et le cadre ;
· de la position des points de fixation ;
· de la portée effective entre les appuis.
Les valeurs 30 mm / 35 mm doivent donc être considérées comme un paramètre de conception structurelle parmi d’autres, et non comme une classe indépendante de résistance à la neige.
Pour mieux comprendre le rôle du verre, de l’encapsulant, du cadre en aluminium et des autres couches d’un module photovoltaïque, vous pouvez également consulter :
4. Pourquoi la structure du verre et les dimensions du module sont-elles également importantes ?
La charge de neige ne s’exerce pas uniquement sur le cadre en aluminium.
Les efforts sont transmis à travers l’ensemble de la structure du module :
Verre → Encapsulant → Cellules solaires → Cadre → Structure porteuse
Les simulations thermomécaniques par éléments finis du Fraunhofer ISE montrent que les dimensions des modules et des cellules, les matériaux utilisés ainsi que leur épaisseur influencent les contraintes mécaniques à l’intérieur du module.
Les simulations de charge mécanique étudiées couvrent notamment des conditions allant de 2400 Pa en traction à 5400 Pa en compression, avec une évaluation de la déformation du module et du risque de rupture des cellules.
Lorsque les dimensions d’un module augmentent et que la portée entre les points d’appui devient importante, la flèche au centre du module peut devenir plus significative.
C’est pourquoi, dans les projets soumis à de fortes charges de neige, il ne suffit pas de comparer la hauteur du cadre. Il convient également d’examiner :
· l’épaisseur du verre ;
· la configuration verre-verre ou verre-backsheet ;
· la surface du module ;
· son rapport longueur/largeur ;
· la portée entre les points d’appui ;
· la déformation globale du module.
Des contraintes mécaniques excessives peuvent également accroître le risque de microfissures dans les cellules photovoltaïques.
Pour les installations exposées à des charges de neige importantes, il est donc pertinent de prendre en compte le risque de microfissuration lié aux contraintes mécaniques à long terme.
Pour en savoir plus sur leur formation, leur détection et leur prévention :
Les dimensions du module influencent également son poids, l’implantation sur la toiture et la conception de la structure porteuse.
Pour comparer les différents formats de modules, vous pouvez également consulter :
5. Pourquoi la zone de serrage et les rails modifient-ils la charge admissible ?
Dans les projets à forte charge de neige, la configuration de montage peut parfois être plus déterminante que l’augmentation de la hauteur du cadre elle-même.
Lorsque la position des pinces change, que la distance entre les rails augmente ou que leur orientation est modifiée, la portée effective et le chemin de transmission des charges changent également.
L’EPC doit donc notamment vérifier :
· que les pinces se trouvent dans la zone de serrage autorisée ;
· que la longueur des pinces respecte les exigences ;
· l’entraxe entre les rails ;
· l’orientation des rails par rapport au grand ou au petit côté du module ;
· la nécessité éventuelle d’un troisième rail ;
· l’utilisation de pinces ou des trous de montage prévus dans le cadre ;
· la conformité de la configuration réelle avec les conditions validées par le fabricant.
L’ajout d’un troisième rail peut modifier le chemin de transmission des efforts et réduire la portée effective de certaines zones du module, ce qui peut contribuer à limiter la flèche.
Cependant :
Trois rails ne signifient pas automatiquement une capacité de charge supérieure.
La nécessité d’un support supplémentaire doit être déterminée en fonction :
du modèle de module + des instructions de montage + du calcul structurel du projet.
Les méthodes de montage autorisées et les exigences mécaniques applicables aux différents modules Maysun Solar doivent être vérifiées dans le manuel correspondant au modèle concerné :
6. Quels points vérifier pour les projets photovoltaïques français en haute altitude ?
Ce point est particulièrement important pour les projets situés dans les Alpes françaises.
La NF EN 1991-1-3 précise que son domaine d’application général ne couvre pas automatiquement les sites situés à une altitude supérieure à 1 500 m, sauf dispositions particulières.
Pour un projet situé au-delà de cette altitude, il ne faut donc pas simplement appliquer une valeur issue des zones de neige ordinaires.
Il convient de vérifier plus précisément :
· les dispositions particulières applicables au site ;
· les hypothèses de charge de neige retenues par le bureau d’études ;
· les accumulations locales ou les phénomènes de congère ;
· les effets combinés du vent et de la neige ;
· la structure de montage ;
· les fondations ou la structure du bâtiment ;
· la charge de calcul réellement admissible par le module.
La deuxième génération des Eurocodes prend également davantage en compte les effets des rangées de panneaux solaires inclinés sur la répartition de la neige, avec des paramètres tels que la hauteur des panneaux, la densité de la neige et les coefficients de forme de charge.
Cependant, les Eurocodes de deuxième génération sont encore en phase de transition à l’échelle européenne. Pour les projets français actuels, les normes françaises en vigueur et leurs Annexes nationales restent la base de conception à utiliser, tout en suivant l’évolution réglementaire des nouveaux Eurocodes.
Il faut donc éviter un raisonnement du type :
« Le module a été testé à 5400 Pa, il peut donc forcément être utilisé dans un projet alpin. »
La démarche correcte est plutôt :
Charge réelle du projet → Norme applicable → Charge de calcul du module → Mode de montage → Structure porteuse
7. Checklist EPC pour les projets à forte charge de neige
Conclusion : en France, la sélection pour forte charge de neige doit commencer par les conditions structurelles du projet
Dans les Alpes françaises et les autres régions soumises à de fortes charges de neige, ni 5400 Pa, ni un cadre de 30 mm ou 35 mm ne suffisent à eux seuls pour déterminer si un module photovoltaïque convient à un projet.
Un cadre de 35 mm peut offrir une marge de conception mécanique plus importante, mais les performances mécaniques finales dépendent également :
du verre + des dimensions du module + de la zone de serrage + de la position des rails + du mode de montage
Pour les EPC français, la démarche la plus fiable est donc :
Charge de neige selon NF EN 1991-1-3/NA
→ Charge de calcul du module
→ Structure du module
→ Mode de montage
→ Structure du bâtiment
Pour les projets de haute altitude en particulier, il est essentiel de vérifier d’abord les normes applicables et les conditions de calcul structurel propres au site, plutôt que de rechercher simplement un module affichant la valeur en Pa la plus élevée.
Ce n’est que lorsque la charge du projet, la conception du module et le système de montage sont correctement compatibles que les caractéristiques de charge mécanique prennent toute leur signification.
Sources et références techniques
1. AFNOR — NF EN 1991-1-3
Eurocode 1 — Actions sur les structures — Partie 1-3 : Actions générales — Charges de neige
Norme de référence pour le calcul des charges de neige sur les structures.
https://www.boutique.afnor.org/fr-fr/norme/nf-en-199113/eurocode-1-actions-sur-les-structures-partie-13-actions-generales-charges-d/fa102764/22841
2. AFNOR — NF EN 1991-1-3/NA COMPIL 1
Eurocode 1 — Actions sur les structures — Partie 1-3 : Actions générales — Charges de neige — Annexe nationale française
Précise les conditions nationales d’application de l’EN 1991-1-3 en France ainsi que les paramètres nationaux associés.
https://www.boutique.afnor.org/fr-fr/norme/nf-en-199113-na-compil-1/eurocode-1-actions-sur-les-structures-partie-13-actions-generales-charges-d/fa181252/318323
3. International Electrotechnical Commission (IEC)
IEC 61215-1:2021 — Terrestrial photovoltaic (PV) modules – Design qualification and type approval – Part 1: Test requirements
https://webstore.iec.ch/en/publication/61345
4. International Electrotechnical Commission (IEC)
IEC 61215-2:2021 — Terrestrial photovoltaic (PV) modules – Design qualification and type approval – Part 2: Test procedures
https://webstore.iec.ch/en/publication/61350
5. National Renewable Energy Laboratory (NREL)
Growing Panes: Investigating the PV Technology Trends Behind Larger and Thinner Solar Modules
Référence pour la relation entre charge de calcul et charge d’essai dans le cadre de l’IEC 61215.
https://www.nrel.gov/docs/fy25osti/92746.pdf
6. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE
Thermo-Mechanical Simulations
Référence sur l’influence des dimensions, des matériaux et des charges mécaniques sur la déformation des modules et les contraintes subies par les cellules.
https://www.ise.fraunhofer.de/en/simulations/thermo-mechanical-simulations.html
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