Etude et Dimensionnent des câbles photovoltaïques DC
Etude et Dimensionnent des câbles photovoltaïques DC
Les câbles de la partie champ photovoltaïque doivent respecter plusieurs contraintes réglementaires résumées dans le guide UTE C32-502.
Il s'agit de câbles spécifiques soumis à des conditions d'exploitation particulières. Ils doivent être conçus pour fonctionner avec des températures ambiantes comprises entre -35 °C et + 70 °C. Ainsi, il est prévu que :
- La température maximale admissible sur le noyau en régime permanent est de 90 °C.
- La température maximale admissible sur le noyau dans des conditions de surcharge est de 120 ° C.
1. Courant admissible des câbles
Le premier paramètre à prendre en compte pour le calcul de la section de câble est le courant admissible. Le courant admissible IZ des câbles dépend notamment du mode de pose et de la température du conducteur.
Courant admissible d'un câble
Le courant admissible d'un câble est la valeur maximale de l'intensité du courant qui peut circuler en continu dans ce conducteur sans que sa température soit supérieure à sa température spécifiée.
Courant de retour
NC : Nombre de chaîne en parallèle |
Valeur maximal du courant retour dans une chaîne (A) |
Courant maximal
admissible IZ (A) |
NC = 1 |
0 |
IZ ≥ 1.25 × ICC |
NC = 2 |
1.25 × ICC |
IZ ≥ 1.25 × ICC |
NC = 2 |
2 × 1.25 × ICC |
IZ ≥ 2 × 1.25 ×
ICC |
NC ≥ 4 |
(NC – 1) × 1.25 × ICC |
IZ ≥ (NC –
1) × 1.25 × ICC |
Valeur du courant admissible IZ dans les câbles DC en fonction du courant de retour
Il est recommandé que la chute de tension maximale entre le générateur photovoltaïque et le régulateur soit de 3 %. Idéalement, on visera une chute de tension de 1%.
Notons la chute de tension dans les câbles. On cherche donc à vérifier la condition suivante : = 0,03.
- Par définition : = (VA - VB) / VA
- De plus, nous savons aussi que U = VA - VB = R × I.
- Dans un câble, on sait que R = (ρ1 × L) / S, on en déduit donc :
Avec :
- ρ1 : Résistivité du matériau conducteur (cuivre ou aluminium) en service normal. Conformément au guide UTE C15-712-2 et à la partie 5-52 de la NF C 15-100, ρ1 = 1,25 × ρ0 où ρ0 est la résistivité du conducteur à 20°C. On exprimera la résistivité en Ω.mm² / m.
- L : Longueur du câble (m)
- S : Section de câble (mm²)
- I : Courant circulant dans le câble (A)
- : chute de tension, = 0,03
- VA : Tension à l'origine du câble (V)
- Résistivité d'un conducteur
La résistivité du conducteur est donnée par le constructeur. Cela dépend du matériau et de la température :
- ρ0 = 1,851 × 10-8 m pour un conducteur en cuivre sous 20°C
- ρ0 = 2,941 × 10-8 m pour un conducteur en aluminium à 20°C
Il est d'usage d'exprimer la résistivité d'un conducteur en Ω.mm²/m. Cette unité permet, lors du calcul des sections de câbles, d'exprimer directement les longueurs en mètres et les sections en mm².
- ρ0 = 0,01851 Ω.mm²/m pour un conducteur en cuivre sous 20°C
- ρ0 = 0,02941 Ω.mm²/m pour un conducteur en aluminium à 20°C
2. Exemple de calcul de la section de câble du champ photovoltaïque
Considérons une installation photovoltaïque autonome alimentant l'éclairage d'un petit chalet en courant continu 24 V, composé de 4 modules, d'un banc de batteries et d'un régulateur.
L'objectif de cet exemple est de calculer la section appropriée des câbles du côté du champ photovoltaïque. Pour cela, les hypothèses sont les suivantes :
Les modules utilisés ont les propriétés électriques suivantes :
- UMPP = 17,3 V
- IMPP = 3,2 A
- ICC = 3,45 A
Le champ photovoltaïque se compose de 2 chaînes de 2 modules en série, pour un total de 4 modules. La jonction de ces deux chaînes est réalisée dans une boîte de jonction au niveau du champ photovoltaïque.
Les câbles utilisés sont en cuivre : ρ1 = 0,02314 Ω.mm² / m
La longueur des câbles est indiquée ci-dessous :
Quelles longueurs de câble devriez-vous considérer?
Les longueurs de câble à considérer, dans le calcul de la chute de tension, sont toutes les longueurs de câble, entre deux points du circuit, à l'exception des câbles propres des modules. En effet, la chute de tension dans les câbles des modules est déjà prise en compte dans les propriétés électriques des modules.
La méthodologie consiste à calculer la section des câbles pour chaque portion de la partie Champ Photovoltaïque. Dans notre exemple, il y a 3 portions :
Calcul des sections de câble pour chaque portion du circuit
Portion |
Courant IMPP (A) |
Tension UMPP (V) |
Longueur totale des câbles (m) |
Section calculée (chute de tension ε=0.03) |
Portion 1 |
1 × IMPP = 3.2 A |
2 × UMPP = 34.6 V |
L1 + L'1 = 2 m |
S=0.14 mm² |
Portion 2 |
1 × IMPP = 3.2 A |
2 × UMPP = 34.6 V |
L2 + L'2 = 5 m |
S=0.36 mm² |
Portion 3 |
2 × IMPP = 6.4 A |
2 × UMPP = 34.6 V |
2×L3 = 20 m |
S=2.85 mm² |
Calcul des chutes de tension pour chaque portion du circuit
A partir des tronçons calculés, il faut alors choisir le tronçon commercial supérieur et calculer la chute de tension associée à ce tronçon commercial :
Portion |
Section calculée (chute de tension ε=0.03) |
Section proposée |
Chute de tension ε calculée |
Portion 1 |
S=0.14 mm² |
S1=1.5 mm² |
ε1 = 0.0029 = 0.29 % |
Portion 2 |
S=0.36 mm² |
S2=1.5 mm² |
ε2 = 0.0071 = 0.71 % |
Portion 3 |
S=1.28 mm² |
S3=4 mm² |
ε3 = 0.021 = 2.1 % |
Dans le tableau ci-dessus, nous venons de calculer la chute de tension sur chacune des portions du circuit électrique. Pour calculer la chute de tension sur l'ensemble du circuit du champ photovoltaïque, lorsque deux chaînes sont en parallèle, considérez la chute de tension la plus défavorable, et ajoutez-la à la chute de tension dans la chaîne principale. Ainsi, dans notre exemple, la chute de tension totale côté Champ Photovoltaïque est égale à : ε = ε2 + ε3 = 2,81%.
La chute de tension totale est bien inférieure à 3%. Si cela n'avait pas été le cas, il aurait fallu augmenter (par exemple) la section de la portion 3.
De plus, il est important de vérifier que le courant admissible IZ des câbles est bien supérieur à 1,25 × ICC. Pour connaître le courant admissible IZ des câbles, on supposera que :
- la température ambiante maximale est de 50°C dans les 3 portions,
- Les câbles sont tous posés à côté du mur (le sol).
La valeur de courant de câble admissible se trouve dans le chapitre Courant de câble admissible. Après consultation de ce tableau, nous collectons les données du tableau ci-dessous :
Validation de la section des câbles par rapport au courant admissible
Portion |
Section des câbles (mm²) |
Courant admissible IZ dans les câbles (A) |
Courant d’emploi maximal (A) 1.25×ICC |
IZ ≥ 1.25×ICC ? |
Portion 1 |
1.5 mm² |
20 A |
1.25 × 3.45 = 4.31 A |
OUI |
Portion 2 |
1.5 mm² |
20 A |
1.25 × 3.45 = 4.31 A |
OUI |
Portion 3 |
4 mm² |
36 A |
1.25 × 2 × 3.45 = 8.63 A |
OUI |
On constate donc que dans chacune des portions, le courant admissible IZ est très supérieur au courant maximal de fonctionnement recommandé (1,25 × ICC).
Les sections de câbles calculées sont donc validées.