Correct
solar cable conductor sizing balances current carrying capacity with voltage drop limitations. Undersized conductors create safety risks and efficiency losses, while oversized cables increase costs unnecessarily.
Comprendre la capacité de charge actuelle
L'ampacité du conducteur détermine le courant maximal qu'un câble peut transporter en toute sécurité sans dépasser les limites de température. Pour les applications solaires, cela implique plusieurs facteurs critiques.
Exigences relatives aux facteurs de sécurité :
Les codes électriques exigent généralement un dimensionnement des conducteurs à 125 % du courant maximal du circuit. Pour une chaîne solaire produisant 10 ampères, les conducteurs doivent gérer au moins 12,5 ampères en continu.
Dératation de la température :
Les cotes d'ampacité standard supposent une température ambiante de 30 ° C. Les installations solaires fonctionnent souvent dans des conditions plus chaudes. Un conducteur évalué à 20 ampères à 30 ° C ne peut transporter en toute sécurité que 16 ampères lorsque les températures ambiantes atteignent 50 ° C.
Conditions d'installation :
Plusieurs câbles regroupés dans un conduit génèrent de la chaleur combinée. Trois câbles ensemble nécessitent généralement une réduction de 70 à 80 % par rapport aux cotes de câbles simples. L'exposition directe au soleil réduit encore l'amplitude, en particulier pour les gaines de câbles de couleur foncée.
Principes fondamentaux du calcul de la chute de tension
Une chute de tension excessive réduit l'efficacité du système et peut empêcher un fonctionnement optimal de l'onduleur. La plupart des installations solaires visent une chute de tension maximale de 3 % pour les circuits CC.
Calcul de base :
Chute de tension = 2 Longueur de résistance au courant
Le facteur de 2 tient compte des conducteurs positifs et négatifs. Les valeurs de résistance varient en fonction de la taille et du matériau du conducteur.
Exemple pratique :
Un câble de 50 mètres transportant 20 ampères utilisant un conducteur en cuivre de 6 mm ² :
- Résistance au cuivre à 75 ° C : environ 3,4 Ω / km
- Chute de tension = 2 20A 3,4 Ω / km 0,05km = 6,8V
Pour un système 600V, cela représente une chute de 1,1 % - acceptable. Pour un système 48V, le même 6,8V équivaut à une chute de 14 % - nécessitant des conducteurs plus grands.
Impact de la tension du système
Des tensions système plus élevées améliorent considérablement les performances de chute de tension pour des tailles de conducteurs équivalentes.
Systèmes résidentiels 600V :
Courants dans les petites installations, ces systèmes nécessitent un dimensionnement prudent des conducteurs pour des câbles plus longs afin de maintenir des pourcentages de chute de tension acceptables.
Systèmes commerciaux 1000V :
Une tension plus élevée réduit le pourcentage de chute de tension pour la même perte de tension absolue, permettant des longueurs de corde plus longues avec des conducteurs plus petits.
Systèmes 1500V à l'échelle de l'utilité :
Les grandes installations bénéficient substantiellement d'un fonctionnement en 1500V. La même chute de tension absolue représente un pourcentage plus faible de la tension totale, ce qui réduit considérablement les exigences en matière de conducteurs.
Processus de sélection des chefs d'orchestre
Un dimensionnement approprié nécessite d'évaluer à la fois les contraintes d'amplitude et de chute de tension :
- Calculer le courant maximal des panneaux solaires connectés
- Appliquer un facteur de sécurité de 125 % par codes électriques
- Identifier tous les facteurs de réduction (température, regroupement, exposition)
- Calculer l'amplitude requise après la réduction
- Vérifier que la chute de tension respecte les limites du projet
- Sélectionnez la taille du conducteur répondant aux deux exigences
Erreurs de dimensionnement courantes
Ignorer les conditions d'installation :
La sélection des conducteurs en fonction des cotes standard de 30 ° C pour les installations dans le désert fonctionnant à 45-50 ° C ambiante conduit à une surchauffe et à une défaillance prématurée.
Analyse factorielle unique :
Évaluer uniquement l'amplitude ou uniquement la chute de tension, plutôt que les deux simultanément, entraîne une sélection inadéquate des conducteurs.
Marge de chute de tension inadéquate :
Dimensionner exactement à 3 % de chute de tension ne laisse aucune marge de dégradation future ou d'incertitude de mesure. Cibler 2-2.5% fournit une marge de sécurité opérationnelle.
Surplombant l'expansion future :
Les conducteurs de taille minimale empêchent l'expansion du système. Un surdimensionnement modéré permet des augmentations de capacité futures à un coût initial supplémentaire minimal.
Considérations économiques
Les coûts des conducteurs évoluent en fonction de la section transversale, mais les conducteurs plus grands réduisent les pertes d'énergie pendant la durée de vie du système.
Pour les longs trajets de câbles, l'optimisation économique équilibre le coût initial du matériau contre plus de 25 ans de pertes résistives. Cette analyse justifie parfois des tailles de conducteurs nettement supérieures aux exigences minimales du code.
Calcul des pertes :
Perte de puissance = résistance actuelle ² heures de fonctionnement
Pour un câble transportant 20A avec une résistance totale de 0,17 Ω fonctionnant 2500 heures par an : Perte annuelle = 20² 0,17 2500 = 170 000 wattheures = 170 kWh
Aux tarifs d'électricité typiques, cela représente un impact économique mesurable sur des décennies d'exploitation.
Conformité aux normes
Article 690 du NEC :
Les installations américaines respectent les exigences du National Electrical Code spécifiant les calculs d'amplitude, les facteurs de réduction et les recommandations de chute de tension.
Normes CEI :
Les installations internationales font référence aux normes CEI pour le dimensionnement des conducteurs et les pratiques d'installation.
Les spécifications du projet peuvent imposer des exigences plus strictes que les minimums du code. Vérifiez toujours les normes applicables pour des emplacements d'installation spécifiques.
Directives pratiques d'application
Courtes courses de câbles (moins de 20 mètres) :
La chute de tension limite rarement la sélection des conducteurs. Les exigences d'amplitude déterminent généralement la taille minimale.
Courses moyennes (20-100 mètres) :
L'amplitude et la chute de tension nécessitent une évaluation. La taille du conducteur dépasse souvent les exigences minimales d'amplitude pour contrôler la chute de tension.
Courses longues (plus de 100 mètres) :
La chute de tension domine généralement les décisions de dimensionnement. L'optimisation économique de la réduction des pertes par rapport au coût des conducteurs devient importante.
Effets du coefficient de température
La résistance du conducteur augmente avec la température. La résistance du cuivre augmente d'environ 0,4 % par degré Celsius au-dessus de la température de référence de 20 ° C.
Pour
PV cables operating at elevated temperatures, use resistance values at expected operating temperature rather than room temperature values. This ensures voltage drop calculations reflect actual operating conditions.
Conclusion
Correct
solar cable conductor sizing requires comprehensive analysis of current carrying capacity, voltage drop, installation conditions, and economic factors. Careful evaluation ensures safe, efficient operation throughout 25+ year system lifetimes while avoiding unnecessary costs from excessive oversizing.
