Les longs trajets de câbles dans les installations solaires à grande échelle créent des pertes résistives réduisant l'efficacité et les revenus du système. Comprendre les méthodes de calcul des pertes permet
solar cable sizing optimization balancing initial conductor costs against decades of energy production losses.
Comprendre les pertes résistives
Mécanisme de perte IR :
Le courant circulant à travers la résistance du conducteur génère de la chaleur, gaspillant de l'énergie électrique. La perte de puissance suit la formule : P = IR, où le courant au carré multiplie la résistance crée des pertes importantes même dans les conducteurs à faible résistance.
Cette relation quadratique signifie que le courant double la perte de puissance, mettant l'accent sur l'importance du dimensionnement des conducteurs pour les circuits solaires à courant élevé.
Relation de chute de tension :
La chute de tension et la perte de puissance résultent toutes deux de la résistance mais représentent des préoccupations différentes. La chute de tension affecte le fonctionnement de l'équipement et la régulation du système. La perte de puissance représente le gaspillage d'énergie réel réduisant la sortie du système.
Calcul des pertes de base
Composants de la formule :
Perte de puissance (W) = I² R L
Où :
- I = Courant en ampères
- R = Résistance du conducteur en Ω / km
- L = Longueur du câble en kilomètres
Exemple pratique :
Courant 20A à travers 100 m de câble en cuivre de 6 mm ² (3,39 Ω / km à 75 ° C) :
- Perte de puissance = 20² 3,39 0,1 = 13,56 W
- Perte annuelle (2500 heures de soleil) = 13,56W 2500h = 33,9 kWh
Cette perte apparemment faible se compose de dizaines de chaînes et de décennies de fonctionnement.
Impact sur la température
Coefficient de température de résistance :
La résistance au cuivre augmente d'environ 0,4 % par C.
PV cables operating at 75°C exhibit roughly 25% higher resistance than room temperature values.
Les calculs utilisant la résistance à la température ambiante sous-estiment considérablement les pertes réelles. Utilisez toujours les valeurs de résistance à la température de fonctionnement prévue pour une évaluation précise des pertes.
Estimation de la température de fonctionnement :
La température du câble dépend des conditions ambiantes, du chauffage solaire et de l'auto-chauffage IR. La conception prudente utilise la température maximale prévue pour garantir que les calculs de perte ne sous-estiment pas les conditions réelles.
Analyse des pertes économiques
Valeur énergétique :
Les pertes d'énergie annuelles sont multipliées par la valeur de l'électricité, ce qui détermine l'impact économique. Pour les installations à grande échelle avec des prix de gros de l'électricité, les pertes cumulées sur 25 ans affectent considérablement l'économie du projet.
Investissement dans la réduction des pertes :
Les conducteurs plus grands réduisent la résistance proportionnellement. L'analyse économique équilibre l'augmentation du coût des conducteurs par rapport à la valeur de réduction des pertes sur 25 ans. Les calculs de la valeur actuelle nette tiennent compte de :
- Coût supplémentaire du matériau conducteur
- Différences de main-d'œuvre d'installation
- Perte d'énergie annuelle aux prix projetés de l'électricité
- Taux d'actualisation pour la valeur future
Point d'optimisation :
La taille optimale des conducteurs minimise le coût total du cycle de vie en combinant l'investissement initial et la valeur de la perte d'énergie. Cette optimisation varie avec :
- Prix de l'électricité
- Taux d'escompte
- Longueur du câble
- Courant de fonctionnement
- Climat local affectant la température du conducteur
Calcul pour la conception du système
Analyse au niveau des chaînes :
Chaque chaîne des panneaux solaires à la boîte à combiner subit des pertes individuelles en fonction du courant de la chaîne et de la longueur du câble. Les pertes totales du système additionnent toutes les pertes de chaîne plus les pertes du combineur à l'onduleur.
Combinateur à onduleur :
Ces câbles transportent un courant de corde combiné sur des distances potentiellement plus longues. Un courant plus élevé crée des pertes proportionnellement plus importantes nécessitant une analyse minutieuse du dimensionnement des conducteurs.
Pertes AC :
La connexion onduleur au réseau transporte du courant alternatif là où des calculs de perte similaires s'appliquent. Les systèmes triphasés distribuent le courant sur plusieurs conducteurs, réduisant les pertes par conducteur.
Minimiser les pertes
Dimension du conducteur :
La spécification de conducteurs plus grands que les exigences minimales du code réduit la résistance et les pertes. L'analyse économique détermine le coût et l'efficacité optimaux de l'équilibrage des tailles.
Disposition du système :
La réduction des distances des câbles grâce à une disposition du système réfléchie réduit la résistance totale. Le placement de l'onduleur, l'emplacement de la boîte de combinaison et la disposition du panneau affectent tous les longueurs de câbles requises.
Sélection de la tension :
Des tensions système plus élevées (1500V vs 1000V) réduisent le courant pour une puissance équivalente, réduisant considérablement les pertes IR. L'augmentation de la tension offre plus d'avantages en matière de réduction des pertes que la mise à niveau des conducteurs dans de nombreux scénarios.
Surveillance et vérification
Surveillance du rendement :
La comparaison de la sortie réelle du système aux performances prévues permet d'identifier des pertes inattendues. Des pertes excessives peuvent indiquer des conducteurs sous-dimensionnés, des connexions médiocres ou des dommages aux câbles.
Imagerie thermique :
L'inspection infrarouge détecte les points chauds indiquant des connexions à haute résistance ou un dimensionnement inadéquat des conducteurs. Les mesures de température valident les hypothèses de conception sur les conditions de fonctionnement des câbles.
Considérations à long terme
Effets de dégradation :
La résistance de connexion peut augmenter avec le temps en raison de la corrosion ou du cycle thermique. L'inspection et la maintenance périodiques préservent les performances à faible perte tout au long de la vie du système.
Qualité
solar cables using tinned copper conductors resist corrosion better than bare copper, maintaining low resistance over decades.
Garanties de performance :
Les garanties de performance du système dépendent du respect de la production d'énergie projetée. Des calculs précis des pertes pendant la conception garantissent que les engagements de performance restent réalisables tout au long des périodes de garantie.
Outils de calcul
Analyse logicielle :
Le logiciel de conception solaire professionnel intègre des calculs de perte tenant compte du dimensionnement des conducteurs, des effets de température et de la configuration du système. Ces outils optimisent la sélection des conducteurs en fonction de paramètres économiques.
Méthodes de tableur :
Des calculs simples sur tableur suffisent pour l'analyse de base des pertes. Les formules intégrant la résistance du conducteur, le courant, la longueur et la température fournissent une précision adéquate pour la plupart des applications.
Directives de conception
Objectifs de perte :
La pratique de l'industrie cible généralement les pertes de câbles CC inférieures à 2-3 % de la puissance du système. Les pertes supérieures à 3 % justifient une augmentation de la taille du conducteur ou une modification de la disposition du système.
Marges de sécurité :
Les calculs de conception doivent utiliser des hypothèses prudentes - courant de fonctionnement maximal, température attendue la plus élevée et itinéraires de câbles les plus longs - garantissant que les pertes réelles ne dépassent pas les prévisions.
Conclusion
Les pertes électriques dans les longs câbles ont un impact significatif sur l'économie du système solaire sur une durée de vie opérationnelle de plus de 25 ans. Un calcul précis des pertes permet une bonne
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