Introduction aux fils et matériaux couramment utilisés dans les installations photovoltaïques

Ces dernières années, l'utilisation de l'énergie solaire photovoltaïque (PV) pour la production d'électricité s'est largement répandue et a connu un développement rapide. Lors de la construction de centrales photovoltaïques, outre les équipements principaux tels que les modules photovoltaïques, les onduleurs et les transformateurs élévateurs, les matériaux de câblage utilisés pour le raccordement des câbles jouent un rôle crucial dans la rentabilité globale, la sécurité d'exploitation et le rendement de la centrale. Vous trouverez ci-dessous un aperçu complet des câbles et matériaux couramment utilisés dans les centrales photovoltaïques, ainsi que de leur impact environnemental.

Selon le système des centrales photovoltaïques, les câbles peuvent être classés en câbles CC et câbles CA, et sont classés comme suit en fonction des différents usages et environnements d'utilisation :

1. Câble CC
(1). Les câbles en série relient les modules entre eux.
(2). Entre les chaînes et leurs chaînes et le boîtier de distribution CC (boîtier de convergence) via la connexion parallèle.
(3). Connectez un câble entre le boîtier de distribution CC et l'onduleur.

Les câbles mentionnés ci-dessus sont des câbles à courant continu, qui doivent être étanches à l'humidité et résistants aux rayons UV, au froid et à la chaleur. Dans certains cas, il convient également d'éviter tout contact avec des acides, des bases et d'autres substances chimiques.

2. Câble d'alimentation
(1). Connectez l'onduleur au transformateur élévateur à l'aide du câble.
(2) Le câble reliant le transformateur élévateur à l'unité de distribution électrique.
(3). Unité de distribution pour le réseau ou le câble de raccordement de l'utilisateur.

Cette section du câble est destinée au câble de charge CA, installé en intérieur conformément aux normes générales de sélection des câbles d'alimentation.

3. Câble spécial photovoltaïque
Un grand nombre de câbles à courant continu doivent être installés à l'extérieur, exposés à des conditions climatiques difficiles. Par conséquent, les matériaux utilisés doivent résister aux rayons UV, à l'ozone, aux variations de température extrêmes et à l'érosion chimique. Dans cet environnement, l'utilisation prolongée de câbles en matériaux ordinaires fragilise leur gaine et peut même entraîner la dissolution de l'isolant. Ces conditions endommagent non seulement le système de câblage de manière immédiate, mais augmentent également le risque de court-circuit, ainsi que les risques d'incendie ou de blessures pour les travailleurs à moyen et long terme, réduisant ainsi considérablement la durée de vie du système.

L'utilisation de câbles et de composants spécifiques au photovoltaïque est donc essentielle dans les centrales photovoltaïques. Avec l'expansion continue du secteur solaire, le marché des composants de support photovoltaïque s'est progressivement développé et, en matière de câbles, diverses normes ont été élaborées pour les câbles spécialisés photovoltaïques. Un câble réticulé par faisceau d'électrons de conception récente, résistant à 120 °C, supporte les conditions climatiques extrêmes et les chocs mécaniques. Le câble RADOX, par exemple, est un câble spécialisé pour l'énergie solaire, conçu conformément à la norme internationale IEC 216, dont la durée de vie en extérieur est huit fois supérieure à celle des câbles en caoutchouc et trente-deux fois supérieure à celle des câbles en PVC. Les câbles et composants photovoltaïques spécialisés offrent une résistance supérieure aux intempéries, à la corrosion par les UV et l'ozone, et supportent une large plage de variations de température. En Europe, des techniciens ont constaté que les températures mesurées sur les toits peuvent atteindre 100 à 110 °C.

4. Matériaux conducteurs des câbles
Les câbles à courant continu sont principalement utilisés dans les centrales solaires pour les opérations extérieures de longue durée. Cependant, en raison des contraintes d'espace, les connexions par câble sont généralement réalisées à l'aide de connecteurs. Les conducteurs de ces câbles se classent en deux catégories : les câbles à âme en cuivre et les câbles à âme en aluminium. Les câbles à âme en cuivre présentent une meilleure résistance à l'oxydation que ceux à âme en aluminium, une durée de vie plus longue, une bonne stabilité et de bonnes performances, ainsi qu'une faible chute de tension et de faibles pertes de puissance. Lors de leur installation, la bonne flexibilité de l'âme en cuivre limite le rayon de courbure admissible, ce qui la rend facile à plier et sujette à l'usure. En revanche, la résistance à la fatigue de l'âme en cuivre lui permet de résister à des flexions répétées sans se rompre, facilitant ainsi les connexions. Par ailleurs, l'âme en cuivre possède une résistance mécanique élevée. À l'inverse, les câbles à âme en aluminium, de par leurs propriétés chimiques, sont sujets à l'oxydation (réaction électrochimique) et particulièrement au fluage, ce qui peut entraîner des défaillances.

De ce fait, les câbles en cuivre présentent des avantages considérables pour les systèmes d'énergie solaire, notamment pour la distribution d'énergie par câbles enterrés. Ils permettent de réduire le nombre d'accidents, d'améliorer la fiabilité de l'alimentation électrique, de simplifier la construction et la maintenance, etc. C'est précisément pourquoi, en Chine, le câble en cuivre est le matériau de prédilection pour la distribution d'énergie par câbles souterrains.

5. Matériaux de gaine isolante des câbles
Lors de l'installation, de l'exploitation et de la maintenance d'une centrale photovoltaïque, le câble peut être enterré, recouvert de végétation rocheuse, intégré à la charpente du toit, ou exposé aux arêtes vives des câbles, voire à l'air libre. Il est donc susceptible de subir divers chocs externes. Si la gaine du câble est insuffisamment résistante, l'isolation risque d'être endommagée, ce qui réduira sa durée de vie et pourra provoquer des courts-circuits, des incendies et des risques de blessures. Des chercheurs et techniciens spécialisés dans les câbles ont découvert que les matériaux réticulés par irradiation présentent une résistance mécanique supérieure à celle obtenue avant le traitement. Le processus de réticulation modifie la structure chimique du polymère utilisé dans la gaine isolante, transformant le matériau thermoplastique fusible en un élastomère non fusible. La réticulation par irradiation améliore également de manière significative les propriétés thermiques, mécaniques et chimiques de l'isolation du câble.

Les circuits à courant continu sont fréquemment exposés à diverses conditions défavorables en fonctionnement, provoquant des mises à la terre et empêchant le bon fonctionnement du système. L'extrusion, une mauvaise fabrication des câbles, des matériaux d'isolation inadéquats, des performances d'isolation insuffisantes, le vieillissement de l'isolation du système à courant continu et la présence de défauts spécifiques peuvent tous induire des mises à la terre ou constituer un risque de mise à la terre. De plus, les conditions climatiques extérieures, l'intrusion ou la morsure de petits animaux peuvent également entraîner des problèmes de mise à la terre. C'est pourquoi, dans ce cas, la gaine du câble est généralement protégée par un matériau résistant aux rongeurs.