Choix Du Régulateur Et de L'onduleur
Choix Du Régulateur Et de L'onduleur
Choix Du Régulateur Et de L'onduleur
Calcul de la tension
La 1ère contrainte consiste à minimiser la chute de tension dans les câbles. En effet, un câble se comporte, dans la
pratique, comme une résistance électrique ce qui induit une chute de tension entre les 2 extrémités.
Notons ε la chute de tension, en %. Il convient qu'elle ne soit pas trop importante entre le lieu où est générée la
tension (le parc de batteries) et le lieu où est délivrée cette tension (régulateur). Or, cette chute de tension dépend
des paramètres suivants :
U : tension au départ des câbles, en l'occurrence dans ce cas précis, la tension du parc de batteries UBat.
ρ : résistivité du matériau conducteur (cuivre ou aluminium) dans les conditions de température d’exploitation,
exprimée en Ω.mm²/m.
L : Longueur des câbles, exprimée en m.
P est la puissance électrique traversant les câbles, exprimée en W.
S : Section des câbles, exprimée en mm².
Il est de coutume d’exprimer la résistivité d’un conducteur en Ω.mm²/m. Cette unité permet, lors du calcul des sections
de câbles, d’exprimer les longueurs directement en mètre et les sections en mm².
Abaque donnant la section des câbles entre le parc de batteries et l'onduleur en fonction de la puissance des appareils
électriques (consommateurs) et de la tension, pour une longueur de câble de L=2×3m et une chute de tension ε=1%.
Ces indications sont valables pour une longueur linéaire entre le parc de batterie et l'onduleur de l'ordre de 3 m. Si cette
longueur est plus importante, il conviendra soit d'augmenter les sections des câbles, soit augmenter la tension. Nous
comprenons alors qu'il convient de privilégier un rapprochement maximal de ces deux composants (parc de batteries et
onduleur).
Exemple de calcul
Pour le calcul de la tension de la batterie, il convient de prendre en compte la configuration la plus défavorable (§ 11.4
du guide UTE C15-712-2), à savoir que l’ensemble des équipements électriques fonctionnent simultanément. Nous
considérons donc que la puissance électrique que doit fournir la batterie est P = 1 420 W.
Nous nous donnons comme contrainte que la section des câbles ne doit pas dépasser 50 mm², soit S ≤ 50 mm², ou
encore (19 715)/(UBatterie²) ≤ 50 mm², c'est-à-dire : UBatterie ≥ 19.8 V. Nous pouvons donc prendre une tension du parc de
batteries égale à 24 V.
Avec cette tension de 24 V, la section du câble entre le parc de batteries et l'onduleur sera égale à S = (19
715)/(UBatterie²)=34.2 mm². Nous pourrons donc la section commerciale directement supérieure, soit 35 mm².
Il convient également de vérifier que le câble de 35 mm² peut supporter le courant le traversant. En effet, sous une
tension de 24 V et une puissance de 1 420 W, le courant résultant s’élève à IBatterie=PBatterie/UBatterie = 1 420/24 = 59 A.
Et, d’après le tableau suivant, le courant admissible d’un câble en cuivre de section 35 mm² est de 160 A, ce qui est bien
supérieur aux 59 A calculés.
Le régulateur photovoltaïque, pièce centrale de l'installation, doit être compatible avec les autres éléments
(champ photovoltaïque et parc de batteries).
A titre d'exemple, nous présentons ci-dessous la fiche technique du régulateur TriStar de la marque Morningstar
Corporation. Nous constatons que les 3 paramètres essentiels au dimensionnement sont présentes.
Exemple de fiche technique d'un régulateur - Identification des 3 paramètres de dimensionnement du
régulateur
Choix de l'onduleur
Le choix de l'onduleur dans une installation photovoltaïque autonome est décrit dans le chapitre
Dimensionnement de l'onduleur photovoltaïque autonome
Côté CC, l'onduleur doit être adapté à la tension du système imposé par le parc de batteries. Les fabricants prévoient
généralement des tensions d'entrée de 12 V, 24 V ou 48 V.
Partie CA
Côté CA, l'onduleur imposera un signal de sortie adaptée aux appareils qu'il alimente, par exemple (cas général) :
L’onduleur doit être dimensionné de manière à ce que sa puissance nominale couvre la somme des puissances de tous
les utilisateurs que l’on souhaite utiliser en même temps. Une marge de dimensionnement de 20 à 30% est
recommandée pour garantir le bon fonctionnement de l'onduleur à une température ambiante supérieure à 25°C.
Certains appareils électriques fonctionnant sous une tension alternative nécessitent un fort courant au démarrage. C’est
le cas par exemple des réfrigérateurs, ou plus généralement tous les appareils disposant d’un moteur électrique. Ainsi,
l’onduleur doit être capable de délivrer un courant élevé pendant une période brève.
Certains appareils électriques nécessitent un courant de démarrage très important par rapport au courant nominal
d’utilisation normale
Les onduleurs doivent donc être capables de fournir ce courant de démarrage, sinon l’appareil électrique ne se mettra
jamais en marche.
Nous dressons ci-dessous un tableau des coefficients de démarrage pour différents appareils électriques.
Réfrigérateur IMAX ≈ 5 × IN
Climatiseur IMAX ≈ 4 × IN
Sèche-linge IMAX ≈ 5 × IN
Ventilateur IMAX ≈ 2 × IN
Récepteur électrique Intensité IMAX du courant de démarrage (A)
Cafetière
Téléviseur
Pas de courant de démarrage
Ordinateur
IMAX ≈ 1 × IN
Photocopieur
Ampoule halogène
Les régulateurs ne sont pas en mesure d'absorber les forts courants de démarrage appelé côté CA. De ce fait, il est
proscrit de connecter l'onduleur à une des sorties CC du régulateur. Il convient de le brancher directement sur les
batteries, car les batteries jouent le rôle de tampon et sont en mesure de délivrer de forts courants d'appel.
Le courant admissible d’un câble est la valeur maximale de l’intensité du courant pouvant parcourir en permanence ce
conducteur sans que sa température soit supérieure à sa température spécifiée.
Courant admissible d'un câble en cuivre - Température ambiante de 60°C - Température maximale à l'âme de 120°C
Courant admissible d'un câble en cuivre - Température ambiante de 70°C - Température maximale à l'âme de 120°C
Courant admissible d'un câble en cuivre - Température ambiante de 80°C - Température maximale à l'âme de 120°C
Afin d’éviter tout phénomène de surchauffe des câbles, il convient de choisir des sections de câbles présentant un
courant admissible (IZ) supérieur au courant maximal d’emploi (IB) du circuit électrique.
En fonctionnement normal, le courant maximal d’emploi, côté Champ Photovoltaïque, doit être pris égal à 1.25 × ICC.
Ainsi, on choisira toujours des sections de câbles dont le courant admissible IZ = 1.25 × ICC. Il va de soi que les courants
s’ajoutent en présence de jonctions parallèles de plusieurs chaînes photovoltaïques.
ATTENTION ! La règle IZ = 1.25 × ICC ne peut pas s’appliquer lorsque plusieurs chaînes photovoltaïques sont susceptibles
de produire des courants retours. Le tableau ci-après récapitule l'intensité du courant retour en fonction du nombre de
chaînes en parallèle.
Courant retour
L’apparition de courant-retour est partiellement traité dans la partie « Effets des ombrages sur une installation
photovoltaïque ».
Ainsi, on se rend compte que le courant susceptible de circuler dans les câbles des chaînes photovoltaïques peut
dépasser la valeur normale de 1.25 × ICC, à cause des courants retours. Nous savons que les courants retours
endommagent les modules photovoltaïques à partir d’une certaine intensité de l’ordre de 2 × ICC. Des dispositifs de
protection de type fusible sont alors installés pour couper le courant de la chaîne lorsque le courant retour devient trop
important. La partie « Fusible CC » de ce présent chapitre donne plus de détail sur le choix et le calibrage de ces fusibles.
Nonobstant, les câbles des chaînes photovoltaïques doivent quand-même être dimensionnés afin de supporter les
courants retours, sans risque d’échauffement. Ainsi, il convient de choisir une section de câble présentant un courant
maximal admissible IZ supérieur au courant retour calculé dans le tableau précédent. Le tableau suivant donne la valeur
du courant maximal admissible IZ en fonction du nombre de chaînes en parallèles :
NC : Nombre de chaîne en Valeur maximal du courant retour dans
Courant maximal admissible IZ (A)
parallèle une chaîne (A)
NC = 1 0 IZ ≥ 1.25 × ICC
IZ ≥ 2 × 1.25 × ICC
OU
NC = 2 2 × 1.25 × ICC
IZ ≥ 1.45 × In(en cas de présence d’un fusible de
courant nominal In*)
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.
Il est recommandé que la chute de tension maximale entre le champ photovoltaïque et le régulateur soit de 3%.
Idéalement, on visera une chute de tension de 1%.
Notons ε la chute de tension dans les câbles. On cherche donc à vérifier la condition suivante : ε = 0.03.
Puis :
Avec :
La résistivité du conducteur est une donnée du fabricant. Elle dépend du matériau et de la température :
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 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
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 :
Chute de tension ε calculée
Portion Section calculée (chute de tension ε=0.03) Section proposée
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 = ε 2 + 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 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 :
Section des câbles Courant admissible IZ dans les Courant d’emploi maximal (A) IZ ≥ 1.25×ICC
Portion
(mm²) câbles (A) 1.25×ICC ?
Portion
1.5 mm² 20 A 1.25 × 3.45 = 4.31 A OUI
1
Portion
1.5 mm² 20 A 1.25 × 3.45 = 4.31 A OUI
2
Portion
4 mm² 36 A 1.25 × 2 × 3.45 = 8.63 A OUI
3
Nous constatons donc que dans chacune des portions, le courant admissible IZ est bien supérieur au courant d’emploi
maximal préconisé (1.25 × ICC).
Ce sont des câbles spécifiques soumis à des conditions de fonctionnement particulières. Ils doivent être conçus
pour fonctionner avec des températures ambiantes comprises entre -35 °C et +70°C. Ainsi, il est prévu que :