Dimensionnement des câbles PV pt. 2 : Réduisez en toute sécurité la taille des câbles pour maximiser les retours sur investissement du projet

Par Billy Ludt | 6 avril 2023

Par Joe Jancauskas, ingénieur électrique principal chez Castillo Engineering

Bien qu'un surdimensionnement modéré des câbles de vos panneaux solaires puisse garantir la sécurité incendie et vous aider à répondre à vos critères de chute de tension, un surdimensionnement considérablement de vos câbles et le strict respect d'un mandat de chute de tension pourraient réduire inutilement la rentabilité à long terme de vos projets solaires.

Dans cette deuxième partie de notre série sur le dimensionnement des câbles photovoltaïques, nous examinons pourquoi les câbles photovoltaïques sont si surdimensionnés et comment vous pouvez mieux calculer les tailles des câbles pour garantir la sécurité tout en maximisant les retours sur investissement du projet.

Pourquoi les câbles photovoltaïques sont-ils si surdimensionnés ?

Crédit : Ingénierie Castillo

Pour comprendre pourquoi les câbles sont si surdimensionnés, sachez que le câblage d'entrée en courant continu (CC) de l'onduleur est généralement divisé en deux termes par le National Electrical Code (NEC) : le câblage de la chaîne photovoltaïque est appelé « source photovoltaïque ». circuits », tandis que le câblage de sortie des boîtiers de combinaison est appelé « circuit de sortie photovoltaïque ». Si un recombineur est utilisé, son câblage de sortie est appelé « circuit d’entrée de l’onduleur ».

Premièrement, une partie de la raison pour laquelle les câbles photovoltaïques sont si surdimensionnés est due au fait que le NEC suppose que le photovoltaïque est une charge continue. Il s'agit souvent d'une hypothèse prudente puisqu'une source d'énergie variable comme le soleil ne fonctionne pas souvent à pleine puissance pendant plus de trois heures, selon la définition NEC de la charge continue. De nombreux projets solaires utilisent bien plus de cuivre que nécessaire pour maintenir la sécurité, ce qui entraîne des coûts inutiles et des rendements inférieurs pour le projet.

Deuxièmement, en plus du facteur de dimensionnement normal de 125 % pour les charges continues, un facteur de dimensionnement supplémentaire de 125 % est ajouté pour tenir compte du fait que la production photovoltaïque est parfois supérieure à la plaque signalétique pour les rares combinaisons d'irradiation et de température qui sont meilleures que les conditions de test standard, pour un il en résulte un facteur de dimensionnement de 156 % appliqué au courant à pleine charge des circuits de sortie photovoltaïques.

Une autre raison pour laquelle les câbles photovoltaïques sont considérablement surdimensionnés est que les valeurs nominales des modules solaires sont basées sur un rayonnement solaire de 1 000 W/m2, qui n'est dépassé qu'en de rares occasions dans les environnements terrestres. En conséquence, nombreux sont ceux qui pensent que cet incident peu fréquent doit être planifié en fonction du pire des cas, mais est-ce vraiment toujours nécessaire ? De nombreuses préoccupations en matière de conception proviennent d'une fixation sur les valeurs nominales des équipements, même si ces valeurs ne sont pas pertinentes dans les scénarios du monde réel.

Afin de calculer la valeur nominale d'un équipement électrique, vous devez établir un ensemble spécifique de conditions, telles qu'une charge de 100 % pendant 40 ans à une température ambiante de 30 °C (86 °F). Cependant, cette combinaison de conditions ne se produit presque jamais, c'est pourquoi de nombreux transformateurs publics et systèmes de câbles sont encore en service longtemps après leurs 40 années initiales de durée de vie nominale.

Les valeurs nominales en temps réel ne sont pas des valeurs fixes mais fluctuent en fonction des changements dans les conditions ambiantes et de charge. Pour les transformateurs et les câbles, la plus grande préoccupation en matière de vieillissement et de fin de vie est la dégradation de leurs matériaux isolants à base organique. Examinons certaines des conditions d'évaluation des principaux éléments du projet photovoltaïque : transformateurs, câbles, lignes de transmission et modules photovoltaïques.

Valeurs nominales du transformateur

Les transformateurs photovoltaïques sans stockage d'énergie par batterie (BESS) ne peuvent pas toujours être chargés, mais des surcharges mineures de courte durée ne devraient pas poser de problème. Même la norme IEEE C57.91-20 reconnaît que des surcharges à court terme allant jusqu'à 200 % de la valeur nominale peuvent être possibles dans certaines conditions sans perte de vie significative. Des taux de surcharge d'urgence de quatre heures de 200 % par rapport aux valeurs nominales ont été adoptés par certains grands services publics, car le coût en capital nécessaire pour fournir le double de la capacité nominale de l'équipement, qui serait rarement utilisée, est prohibitif.

De nombreuses conceptions photovoltaïques ne profitent pas de l’utilisation d’un ensemble de ventilateurs de refroidissement pour acheter un transformateur de moindre qualité et économiser les coûts d’investissement. Par exemple, lorsque Florida Power & Light conçoit un système de 85 MVA (75 MW de PV et 10 MVAr de condensateurs), elle achète un transformateur de 51 MVA. Le premier étage de ventilateurs ajoutés porte la puissance nominale à 68 MVA et le deuxième ensemble de ventilateurs porte la puissance nominale à 85 MVA.