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Exemple de calcul de la section des câbles du champ photovoltaïque

Considérons une installation photovoltaïque autonome alimentant l'éclairage d'un petit chalet en courant continu de 24 V, composé de 4 modules, d'un parc de batteries et d'un régulateur.



Chalet alimenté par une installation photovoltaïque autonome - Schéma électrique de l'installation
Chalet alimenté par une installation photovoltaïque autonome - Schéma électrique de l'installation


L’objectif de cet exemple est de calculer la section adaptée des câbles côté Champ Photovoltaïque. Pour cela, les hypothèses sont les suivantes :
  • Les modules utilisés présentent les propriétés électriques suivantes :
    • UMPP=17.3 V
    • IMPP=3.2 A
    • ICC=3.45 A
  • Le champ photovoltaïque est constitué de 2 chaînes de 2 modules en série, soit un total de 4 modules. La jonction de ces deux chaînes est effectuée dans une boîte de jonction au niveau du champ photovoltaïque.
  • Les câbles utilisés sont en cuivre : ρ1 = 0.02314 Ω.mm²/m
  • La longueur des câbles est donnée ci-après :


Détermination de la longueur des câbles
Détermination de la longueur des câbles


Quelles longueur de câbles faut-il considérer ?


Les longueurs de câbles à considérer, dans le calcul de la chute de tension, sont toutes les longueurs de câbles, entre deux points du circuit, sauf les câbles propres des modules. En effet, la chute de tension dans les câbles des modules est déjà prise en compte dans les propriétés électriques des modules.


La méthodologie consiste à calculer la section des câbles pour chaque portion de la partie Champ Photovoltaïque. Dans notre exemple, on distingue 3 portions :

Définition des portions pour le calcul de la section des câbles
Définition des portions pour le calcul de la section des câbles


Portion Courant IMPP (A) Tension UMPP (V) Longueur totale des câbles (m) Section calculée (chute de tension ε=0.03)
Formule chute de tension
Portion 1 1 × IMPP = 3.2 A 2 × UMPP = 34.6 V L1 + L'1 = 2 m S=0.14 mm²
Portion 2 1 × IMPP = 3.2 A 2 × UMPP = 34.6 V L2 + L'2 = 5 m S=0.36 mm²
Portion 3 2 × IMPP = 6.4 A 2 × UMPP = 34.6 V 2×L3 = 20 m S=2.85 mm²
Calcul des sections de câbles pour chaque portion du circuit


A partir des sections calculées, il convient ensuite de choisir la section commerciale supérieure et calculer la chute de tension associée à cette section commerciale :
Portion Section calculée (chute de tension ε=0.03) Section proposée Chute de tension ε calculée
Formule chute de tension
Portion 1 S=0.14 mm² S1=1.5 mm² ε1 = 0.0029 = 0.29 %
Portion 2 S=0.36 mm² S2=1.5 mm² ε2 = 0.0071 = 0.71 %
Portion 3 S=1.28 mm² S3=4 mm² ε3 = 0.021 = 2.1 %
Calcul des chutes de tensions pour chaque portion du circuit


Nous venons, dans le tableau ci-dessus, de calculer la chute de tension sur chacune des portions du circuit électrique. Pour calculer la chute de tension sur l’ensemble du circuit du champ photovoltaïque, il convient, lorsque deux chaînes sont en parallèle, de considérer la chute de tension la plus défavorable, et de l’ajouter à la chute de tension dans la chaîne principale. Ainsi, dans notre exemple, la chute de tension totale côté Champ Photovoltaïque vaut : ε = ε2 + ε3 = 2.81 %.

La chute de tension totale est bien inférieure à 3%. Si cela n'avait pas été le cas, il aurait fallu augmenter (par exemple) la section dans la portion 3.

Par ailleurs, il est important de vérifier que le courant admissible IZ des câbles est bien supérieur à 1.25×ICC. Pour connaître le courant admissible IZ des câbles, nous supposerons que :
  • la température ambiante maximale est de 50°C dans les 3 portions,
  • Les câbles sont tous posés de façon adjacente sur la paroi (le sol).
La valeur du courant admissible des câbles se trouve dans le chapitre Courant admissible des câbles. Après avoir consulté ce tableau, nous rassemblons les données dans le tableau ci-dessous :
Portion Section des câbles (mm²) Courant admissible IZ dans les câbles (A) Courant d’emploi maximal (A) 1.25×ICC IZ ≥ 1.25×ICC ?
Portion 1 1.5 mm² 20 A 1.25 × 3.45 = 4.31 A OUI
Portion 2 1.5 mm² 20 A 1.25 × 3.45 = 4.31 A OUI
Portion 3 4 mm² 36 A 1.25 × 2 × 3.45 = 8.63 A OUI
Validation de la section des câbles vis-à-vis du courant admissible


Nous constatons donc que dans chacune des portions, le courant admissible IZ est bien supérieur au courant d’emploi maximal préconisé(1.25 × ICC).

Les sections de câbles calculées sont donc validées.

Récapitulatif des sections de câbles calculées et validées
Récapitulatif des sections de câbles calculées et validées