Câbles solaires
Transporte à la fois le courant continu des panneaux aux onduleurs et le courant alternatif des onduleurs au réseau. La compréhension des différences de résistance entre les applications CC et CA garantit des calculs précis des chutes de tension et un dimensionnement approprié des conducteurs pour chaque partie du système photovoltaïque.
Différence fondamentale
Résistance DC :
Le courant continu se répartit uniformément sur la section transversale du conducteur. La résistance CC dépend uniquement du matériau du conducteur, de la section transversale, de la longueur et de la température. Cette relation simple rend le calcul et la mesure de la résistance CC relativement simples.
Résistance AC :
Le courant alternatif crée des champs magnétiques variant dans le temps, induisant des courants de Foucault dans les conducteurs. Ces effets amènent le courant à se concentrer vers les surfaces des conducteurs - l'effet peau - augmentant la résistance efficace par rapport aux mesures CC.
Mécanisme d'effet sur la peau
Distribution actuelle :
Aux fréquences CA plus élevées, l'induction électromagnétique fait circuler le courant principalement dans une couche mince près de la surface du conducteur. Le centre du conducteur transporte un courant minimal, réduisant efficacement la section transversale transportant le courant et augmentant la résistance.
La profondeur de la peau - la profondeur où la densité du courant tombe à 37 % de la valeur de la surface - diminue avec l'augmentation de la fréquence. À une fréquence de puissance de 50 à 60 Hz, la profondeur de la peau dans le cuivre dépasse 8 mm, ce qui signifie que l'effet de la peau affecte minimalement les conducteurs de moins de 16 mm de diamètre.
Dépendance de fréquence :
Des fréquences plus élevées créent un effet cutané plus fort. À la fréquence de puissance (50-60Hz), l'effet cutané affecte marginalement la fréquence typique
PV cable sizes. At kilohertz frequencies from inverter switching, skin effect becomes more pronounced.
Impact pratique sur les systèmes solaires
Considérations relatives au circuit CC :
Le câblage du panneau solaire à l'onduleur transporte du courant continu là où l'effet de peau ne se produit pas. Les calculs de chute de tension et de perte de puissance utilisent les valeurs de résistance CC à la température de fonctionnement.
Pour un conducteur en cuivre de 6mm² :
- Résistance DC : environ 3,39 Ω / km à 20C
- Coefficient de température : 0,00393 par C
Considérations sur le circuit AC :
La connexion onduleur au réseau transporte un courant alternatif où l'effet de peau peut augmenter légèrement la résistance. Pour les tailles de conducteurs et la fréquence de puissance typiques, l'augmentation reste modeste - généralement 2 à 5 % pour les conducteurs de moins de 50 mm ².
Les conducteurs plus grands utilisés dans les installations à grande échelle subissent un effet cutané plus important, avec une résistance CA potentiellement 10 à 15 % supérieure à la résistance CC pour les conducteurs supérieurs à 95 mm².
Calcul des différences de résistance
Petits conducteurs (≤16mm²) :
L'effet de peau à 50-60Hz est négligeable. Les résistances CA et CC diffèrent de moins de 1-2 %, dans l'incertitude de mesure. Les concepteurs peuvent utiliser les valeurs de résistance CC pour les parties CA et CC des systèmes à petite échelle.
Conducteurs moyens (25-50mm²) :
L'effet de peau crée une augmentation de la résistance de 2 à 5 % à la fréquence de puissance. Cette différence modeste affecte rarement les décisions de dimensionnement des conducteurs, mais doit être prise en compte dans les calculs précis de chute de tension pour les longs trajets de câbles CA.
Grands conducteurs (≥70mm²) :
L'effet de peau devient significatif, avec une résistance CA de 5 à 15 % supérieure aux valeurs CC. Les installations à grande échelle avec de grands conducteurs nécessitent des valeurs de résistance CA et CC distinctes pour une conception précise du système.
Effets de la température
La résistance AC et DC augmente avec la température en suivant le même coefficient de température pour le cuivre (0,00393 par C). L'effet de peau ne change pas de manière significative avec la température, de sorte que le rapport entre la résistance AC et DC reste relativement constant dans les plages de températures de fonctionnement.
Considérations relatives à la mesure
Mesure de la résistance DC :
La mesure à quatre fils (Kelvin) élimine la résistance du fil de test, fournissant des valeurs de résistance CC précises. Les tests à température connue permettent de corriger les températures de référence standard.
Mesure de la résistance AC :
La mesure de la résistance CA nécessite un équipement spécialisé appliquant un courant alternatif à une fréquence spécifiée tout en mesurant la chute de tension. La mesure capture les effets combinés de la résistance CC et de l'effet peau.
Spécifications standard
Fiches techniques des câbles :
Les spécifications du fabricant fournissent généralement des valeurs de résistance CC à 20C ou 90C. Pour les applications solaires où les circuits CC prédominent, les valeurs de résistance CC servent à la plupart des calculs de conception.
Certains fabricants fournissent à la fois une résistance CC et CA pour les grandes tailles de conducteurs où l'effet cutané devient significatif.
Normes de conception :
Les normes IEC et NEC font principalement référence à la résistance CC pour les spécifications des câbles photovoltaïques. Les spécifications de résistance CA apparaissent principalement dans les conceptions de systèmes à l'échelle des services publics utilisant des conducteurs plus grands.
Conducteur Conception Impact
Avantages de l'échouage :
Les conducteurs toronnés minimisent l'effet de la peau par rapport aux conducteurs solides de section transversale équivalente. Les brins individuels ont un diamètre plus petit où l'effet de la peau est négligeable, même si la surface totale du conducteur peut être grande.
KUKA CABLE utilise des conducteurs en cuivre toronnés étamés optimisant les performances CC et CA tout en offrant une flexibilité d'installation.
Effet de proximité :
Lorsque plusieurs conducteurs CA sont parallèles, l'interaction du champ magnétique crée une augmentation de résistance supplémentaire au-delà du simple effet de peau. Cet effet de proximité affecte le regroupement des câbles CA mais pas les circuits solaires CC.
Conseils pratiques de conception
Dimension du système CC :
Utilisez les valeurs de résistance CC pour tous les calculs dans le câblage du panneau solaire à l'onduleur. Appliquez une correction de température appropriée pour les conditions de fonctionnement.
Dimension du système AC :
Pour les petits systèmes (résidentiels / commerciaux) avec des conducteurs de moins de 50 mm ², les valeurs de résistance CC fournissent une précision adéquate. Pour les systèmes à grande échelle avec de gros conducteurs, utilisez des valeurs de résistance CA tenant compte de l'effet de peau.
Analyse des chutes de tension :
Circuits CC : Calculez en utilisant la résistance CC aux circuits de temperature.AC de fonctionnement maximum : utilisez la résistance CA pour les gros conducteurs ; résistance CC acceptable pour les petits conducteurs avec une erreur minimale.
Considérations relatives à la sortie de l'onduleur
Composants haute fréquence :
Les onduleurs modernes produisent des composants de commutation haute fréquence superposés à la fréquence d'alimentation CA. Ces composants haute fréquence subissent un effet de peau plus fort, créant des pertes supplémentaires dans les conducteurs.
Qualité
solar cables maintain low AC resistance even at higher frequencies, minimizing losses from inverter-generated harmonics.
Conclusion
La résistance CC régit la conception de la plupart des câbles photovoltaïques puisque les panneaux solaires génèrent de l'énergie CC. La résistance CA devient pertinente pour les connexions onduleur-réseau, affectant principalement les gros conducteurs dans les systèmes à grande échelle. Comprendre quand chaque type de résistance compte garantit des calculs précis de chute de tension et un dimensionnement approprié des conducteurs.
Les conducteurs toronnés en cuivre étamé de KUKA CABLE offrent des performances optimales pour les parties CC et CA des systèmes solaires, garantissant une transmission d'énergie efficace tout au long de l'installation.
Contactez l'équipe technique de KUKA CABLE pour les spécifications de résistance CC et CA pour vos besoins en câbles solaires.
