La résistance du conducteur augmente avec la température, affectant directement
solar cable performance and efficiency. Understanding temperature coefficient impact enables accurate system design and helps prevent performance degradation in high-temperature installations.
Comprendre le coefficient de température
Définition :
Le coefficient de résistance à la température décrit comment la résistance électrique change avec la température. Pour les conducteurs en cuivre, la résistance augmente d'environ 0,4 % par degré Celsius au-dessus de la température de référence de 20 ° C.
Cette relation suit un schéma prévisible exprimé comme suit : R (T) = R (20C) [1 + α (T - 20C)]
Où α (alpha) représente le coefficient de température - environ 0,00393 par C pour le cuivre.
Signification pratique :
Un conducteur en cuivre avec une résistance de 1,0Ω à 20C présentera une résistance d'environ 1,28Ω à 90C - une augmentation de 28 %. Ce changement substantiel a un impact significatif sur les calculs de chute de tension et les pertes de puissance dans les installations solaires.
Impact de la température sur la résistance du câble
Plage de température de fonctionnement :
Les câbles solaires fonctionnent sur de larges plages de températures en fonction des conditions d'installation :
Minimum : -40C dans les climats froids pendant les nuits d'hiver
Maximum : + 90C dans les climats chauds avec exposition directe au soleil et charge électrique élevée
La résistance à ces températures extrêmes varie considérablement des valeurs de température ambiante standard.
Sources de chauffage par câble :
Plusieurs facteurs contribuent à
PV cable operating temperature:
Chauffage interne dû aux pertes résistives (chauffage IR) lorsque le courant circule à travers les conducteurs. Cet effet d'auto-échauffement augmente avec des charges de courant plus élevées et devient plus prononcé dans les conducteurs sous-dimensionnés.
Température ambiante dans l'environnement d'installation. Les installations du désert connaissent régulièrement des conditions ambiantes de 45 à 50 ° C, tandis que les régions tropicales combinent une température élevée avec une humidité élevée.
Les gaines de câbles chauffants par rayonnement solaire exposées à la lumière directe du soleil. Les gaines de câbles noires peuvent atteindre des températures de surface de 20 à 30 ° C au-dessus de la température ambiante lorsqu'elles sont exposées au plein soleil.
Effets de regroupement lorsque plusieurs câbles sont installés ensemble dans des conduits ou des plateaux de câbles, limitant la dissipation thermique et augmentant les températures au-dessus des conditions de fonctionnement d'un seul câble.
Calculs de chute de tension avec la température
Standard vs température de fonctionnement :
La plupart des calculs de chute de tension utilisent des valeurs de résistance à 75 ° C, représentant des conditions de fonctionnement typiques. Cependant, les températures de fonctionnement réelles varient en fonction des conditions d'installation spécifiques.
Exemple de calcul :
Considérons un conducteur en cuivre de 6 mm ² avec une résistance CC de 3,39 Ω / km à 75 ° C :
À 20C : R = 3,39 [1 + 0,00393 (20-75)] = 2,66 Ω / km À 90C : R = 3,39 [1 + 0,00393 (90-75)] = 3,59 Ω / km
Pour un câble de 50 mètres transportant 20 ampères :
À 20C : chute de tension = 2 20A 2,66 Ω / km 0,05km = 5,32V
À 90C : chute de tension = 2 20A 3,59 Ω / km 0,05km = 7,18V
L'augmentation de 35 % de la chute de tension à température élevée a un impact significatif sur les performances du système, en particulier dans les systèmes à basse tension où la chute de tension en pourcentage est plus critique.
Perte de puissance Dépendance à la température
Perte de puissance résistive :
La puissance dissipée dans les conducteurs suit P = I R. À mesure que la température augmente la résistance, les pertes de puissance augmentent proportionnellement.
En utilisant l'exemple précédent à 20A de courant :
À 20C : Perte de puissance = 20² 2,66 0,05 = 53,2W par 50m
À 90C : Perte de puissance = 20² 3,59 0,05 = 71,8W par 50m
Cette augmentation de 35 % de la perte de puissance à température élevée réduit l'efficacité du système et génère de la chaleur supplémentaire, créant une boucle de rétroaction où l'augmentation de la température augmente les pertes, ce qui génère plus de chaleur.
Considérations de conception pour les effets de température
Approche de conception conservatrice :
La conception prudente du système tient compte des pires conditions de température plutôt que des conditions moyennes ou standard.
Dimension du conducteur :
Lors du dimensionnement
solar cables, calculate voltage drop using expected maximum operating temperature rather than standard 75°C reference. This ensures voltage drop remains acceptable even during peak temperature conditions.
Pour les installations dans des climats chauds ou avec une ventilation limitée, utilisez des valeurs de résistance à 90 ° C ou plus pour les calculs de conception. Cette approche prudente évite les problèmes de chute de tension inattendus pendant le fonctionnement réel.
Ampacity Derating :
Les cotes d'amplitude des câbles supposent des températures de fonctionnement spécifiques. Lorsque les conditions ambiantes ou d'installation créent des températures de départ plus élevées, une réduction supplémentaire au-delà des facteurs standard devient nécessaire.
Impact sur l'environnement d'installation
Installations dans le désert :
Les températures ambiantes supérieures à 45 ° C combinées à une exposition solaire directe créent des conditions thermiques particulièrement difficiles. Les câbles installés sur les toits ou dans les conduits hors sol peuvent atteindre 80-90 ° C pendant les périodes de pointe de production.
Les calculs de conception pour ces installations devraient utiliser 85-90C comme hypothèse de température de fonctionnement pour garantir des marges de performance adéquates.
Climats tropicaux :
Une humidité élevée combinée à des températures élevées crée différents défis. Bien que les températures maximales puissent ne pas atteindre les niveaux du désert, des températures élevées soutenues tout au long de l'année empêchent les périodes de récupération thermique.
Installations de conduits et de plateaux de câbles :
Les installations fermées avec une circulation d'air limitée subissent des températures plus élevées que les câbles en air libre. Plusieurs câbles dans le conduit créent des effets de regroupement qui augmentent encore les températures au-delà des conditions de câble unique.
Surveillance et vérification
Imagerie thermique :
Les caméras infrarouges identifient les points chauds indiquant une résistance excessive due à de mauvaises connexions ou à des conducteurs sous-dimensionnés. Les mesures de température valident les hypothèses de conception et identifient les problèmes potentiels avant que des pannes ne se produisent.
Surveillance du rendement :
La comparaison de la chute de tension réelle sous charge avec les prévisions de conception permet de vérifier que les effets de température se situent dans les plages attendues. Une chute de tension inattendue peut indiquer des augmentations de résistance liées à la température dépassant les hypothèses de conception.
Impact sur la qualité des matériaux
Effets de pureté du cuivre :
Le cuivre sans oxygène de haute pureté présente un coefficient de température légèrement inférieur à celui des qualités de cuivre standard. Bien que la différence soit modeste, elle contribue à réduire la dégradation des performances liée à la température.
KUKA CABLE utilise des conducteurs en cuivre étamés sans oxygène, garantissant des propriétés électriques cohérentes dans les plages de température et minimisant les variations de résistance qui pourraient affecter les performances du système.
Qualité de connexion :
De mauvaises connexions présentent une résistance plus élevée et génèrent une chaleur excessive. Les effets du coefficient de température amplifient les problèmes de connexion - une connexion marginale à température ambiante peut échouer complètement à des températures de fonctionnement élevées.
Normes et exigences en matière d'essais
Normes de température :
IEC 62930 et UL 4703 spécifient les températures nominales pour
solar cables, typically 90°C for standard cables and 120°C for enhanced temperature ratings.
Ces cotes garantissent que l'isolation maintient l'intégrité aux températures maximales des conducteurs. Cependant, les concepteurs doivent toujours tenir compte des effets du coefficient de température sur les performances électriques dans ces limites de température.
Protocoles de test :
Les tests de câbles comprennent une vérification des performances à haute température, confirmant que les propriétés électriques restent dans les spécifications sur toute la plage de températures nominale. Cela comprend des mesures de résistance à des températures élevées et une vérification de la chute de tension sous charge thermique.
Directives pratiques de conception
Utilisez la température de référence appropriée :
Sélectionnez la température de calcul de conception en fonction des conditions de fonctionnement maximales attendues plutôt que des valeurs de référence standard. Cela évite le sous-dimensionnement et garantit des marges de performance adéquates.
Compte de toutes les sources de chauffage :
Tenez compte des effets combinés de la température ambiante, du rayonnement solaire et du chauffage IR lors de l'estimation de la température de fonctionnement. Ne vous fiez pas uniquement aux spécifications de température ambiante.
Vérifiez les pires scénarios :
Conception pour les conditions de stress thermique de pointe - fonctionnement en été à midi dans des climats chauds avec une charge électrique maximale. Les systèmes adéquats pour les conditions moyennes peuvent rencontrer des problèmes pendant les périodes de stress de pointe.
Surveiller les performances réelles :
Utilisez les données du système installé pour valider les hypothèses de conception. Une chute de tension inattendue ou des pertes d'efficacité peuvent indiquer des effets de température dépassant les prévisions de conception, nécessitant des mesures correctives.
Conclusion
L'impact du coefficient de température sur la résistance du conducteur affecte considérablement
solar cable performance, particularly in installations experiencing elevated operating temperatures. Accurate system design requires accounting for resistance increases at actual operating temperatures rather than relying on room temperature or standard reference values.
En comprenant et en tenant compte correctement des effets du coefficient de température, les concepteurs peuvent s'assurer que les installations solaires maintiennent une régulation de tension adéquate et minimisent les pertes résistives tout au long de leur durée de vie opérationnelle, même dans des conditions de contrainte thermique de pointe.
Contactez l'équipe technique de KUKA CABLE pour une assistance à la conception tenant compte des effets du coefficient de température dans les conditions spécifiques de votre installation solaire.
