Pertes par échauffement des câbles
L’électricité produite par les modules photovoltaïques doit être transportée jusqu’au point de distribution. Ce transport s’effectue, par l’intermédiaire de câbles, avec des pertes d’énergie.
En théorie, un câble est un conducteur de courant parfait, c'est-à -dire que sa résistance est nulle. En pratique, un câble n'est pas un conducteur parfait: il se comporte comme une résistance.
Modélisation électrique d’un câble
La résistance d’un câble de cuivre est très faible, mais n’est pas nulle. Celle-ci est proportionnelle à la longueur du câble et inversement proportionnelle à la section du câble. On a l’expression suivante : R=ρ×L/S. Dans cette formule, L est la longueur du câble (en mètre), S est la section du câble (en m²) et ρ est la résistivité du conducteur. La résistivité du conducteur est une donnée du fabricant et dépend du matériau :
La résistance du câble, définie ci-dessus, va provoquer une chute de potentiel entre le départ du câble et la fin du câble.
En effet : U = VA - VB = R × I. Ainsi, si le câble est un parfait conducteur alors R=0 donc U = 0 soit : VA = VB. Mais comme R >0 pour un câble réel, on a VA > VB, ce qui correspond à une chute de potentiel. On parle communément de chute de tension, mais en réalité il s'agit d'une chute de potentiel (car la tension est une différence de potentiel). Cette chute de tension conduit à une dissipation d'énergie par effet joule (le câble va chauffer).
Dans une installation photovoltaïque, cela va induire des pertes de puissances. L'optimisation technico-économique d'une installation photovoltaïque conduit donc à réduire au maximum ces chutes de tension. En général, les textes réglementaires préconisent des chutes de tension maximum de 3%, idéalement 1%.
En conclusion, les chutes de tension régulières représentent des pertes d’énergie (car une chute de tension induit forcément une chute de puissance) ne pouvant dépasser le seuil normatif de 3%. Il est toujours pertinent de vérifier dès la conception que le surcoût induit par l’augmentation de la section des conducteurs permet un gain économique notable par rapport au surinvestissement.
Les chutes de tension singulières sont dues à la présence de contacts électriques. Ces contacts proviennent typiquement des dispositifs tels que les connecteurs inter-modules, le sectionneurs, les interrupteurs, etc. Un contact électrique est caractérisé par une résistance électrique de contact, induisant un abaissement de la tension. Il convient d’utiliser des dispositifs de connexion sûrs et minimisant la résistance de contact.
La valeur des résistances de contact est de l’ordre de 0.5 mΩ. Typiquement, la valeur du courant débité par un module est de 5 A. Par conséquent, un contact abaisse la tension d’environ 2.5 mV (U = R × I), ce qui reste relativement faible.
Sur une installation photovoltaïque, les contacts électriques sont nombreux, notamment à cause des connexions inter-modules. Pour une installation comprenant N modules, il y a N+1 contacts inter-modules.
Contacts électriques inter-modules
Connecteurs électriques inter-modules
Par ailleurs, lors des travaux, il est important de s’assurer que les contacts ont été correctement effectués. Un contact de mauvaise qualité augmente la résistance de contact, provoque une surchauffe du contact et est susceptible de produire un arc électrique.
Chute de tension régulière
En théorie, un câble est un conducteur de courant parfait, c'est-à -dire que sa résistance est nulle. En pratique, un câble n'est pas un conducteur parfait: il se comporte comme une résistance.
Modélisation électrique d’un câble
Résistance d’un câble
La résistance d’un câble de cuivre est très faible, mais n’est pas nulle. Celle-ci est proportionnelle à la longueur du câble et inversement proportionnelle à la section du câble. On a l’expression suivante : R=ρ×L/S. Dans cette formule, L est la longueur du câble (en mètre), S est la section du câble (en m²) et ρ est la résistivité du conducteur. La résistivité du conducteur est une donnée du fabricant et dépend du matériau :
- ρ = 1.851 × 10-8 Ωm pour un conducteur en cuivre
- ρ = 2.941 × 10-8 Ωm pour un conducteur en aluminium
- ρ = 0.01851 Ω.mm²/m pour un conducteur en cuivre
- ρ = 0.02941 Ω.mm²/m pour un conducteur en aluminium
La résistance du câble, définie ci-dessus, va provoquer une chute de potentiel entre le départ du câble et la fin du câble.
En effet : U = VA - VB = R × I. Ainsi, si le câble est un parfait conducteur alors R=0 donc U = 0 soit : VA = VB. Mais comme R >0 pour un câble réel, on a VA > VB, ce qui correspond à une chute de potentiel. On parle communément de chute de tension, mais en réalité il s'agit d'une chute de potentiel (car la tension est une différence de potentiel). Cette chute de tension conduit à une dissipation d'énergie par effet joule (le câble va chauffer).
Dans une installation photovoltaïque, cela va induire des pertes de puissances. L'optimisation technico-économique d'une installation photovoltaïque conduit donc à réduire au maximum ces chutes de tension. En général, les textes réglementaires préconisent des chutes de tension maximum de 3%, idéalement 1%.
En conclusion, les chutes de tension régulières représentent des pertes d’énergie (car une chute de tension induit forcément une chute de puissance) ne pouvant dépasser le seuil normatif de 3%. Il est toujours pertinent de vérifier dès la conception que le surcoût induit par l’augmentation de la section des conducteurs permet un gain économique notable par rapport au surinvestissement.
Chute de tension singulière
Les chutes de tension singulières sont dues à la présence de contacts électriques. Ces contacts proviennent typiquement des dispositifs tels que les connecteurs inter-modules, le sectionneurs, les interrupteurs, etc. Un contact électrique est caractérisé par une résistance électrique de contact, induisant un abaissement de la tension. Il convient d’utiliser des dispositifs de connexion sûrs et minimisant la résistance de contact.
Ordre de grandeur des chutes de tension singulière
La valeur des résistances de contact est de l’ordre de 0.5 mΩ. Typiquement, la valeur du courant débité par un module est de 5 A. Par conséquent, un contact abaisse la tension d’environ 2.5 mV (U = R × I), ce qui reste relativement faible.
Sur une installation photovoltaïque, les contacts électriques sont nombreux, notamment à cause des connexions inter-modules. Pour une installation comprenant N modules, il y a N+1 contacts inter-modules.
Contacts électriques inter-modules
Connecteurs électriques inter-modules
Par ailleurs, lors des travaux, il est important de s’assurer que les contacts ont été correctement effectués. Un contact de mauvaise qualité augmente la résistance de contact, provoque une surchauffe du contact et est susceptible de produire un arc électrique.
