Cables PV ou cables batterie sur longue distance: lequel perd le moins?

En off-grid, les panneaux sont rarement juste a cote des batteries. Le choix du cable qui couvre la distance fait toute la difference.

Reponse courte: Quand les panneaux solaires sont a plus de quelques metres du parc de batteries, placez le regulateur MPPT a cote des batteries et tirez un cable PV haute tension entre les panneaux et le regulateur. Cablez les panneaux en serie pour monter la tension de chaine au maximum autorise par le regulateur. Cette configuration utilise bien moins de cuivre, reduit les pertes, et coute moins cher a installer que de longs cables batterie basse tension.

En bref

• Les pertes dans un cable varient avec le carre du courant, pas avec la tension. A puissance egale, une tension plus elevee reduit drastiquement les pertes.
• Cabler les panneaux en serie augmente la tension de chaine (typiquement 60 a 150 V sur les MPPT courants) et divise le courant dans la meme proportion.
• Doubler la tension de chaine divise les pertes par quatre a section egale.
• Un champ de 600 W sur 30 m aller-retour demande environ 35 mm2 a 12 V, mais seulement 4 mm2 a 100 V de tension de chaine, pour la meme chute de 3 pour cent.
• Les regulateurs MPPT sont concus precisement pour abaisser efficacement une tension DC elevee a la tension batterie.
• Le regulateur a besoin d'une reference de tension batterie fiable, ce qui n'est pas le cas au bout d'un long cable basse tension charge.

La regle pratique

Des que les panneaux ne sont pas dans le meme compartiment que les batteries, le regulateur reste aupres des batteries et le cable PV, pas le cable batterie, fait la longue distance.

Cette regle vaut pour presque toute installation off-grid, camping-car, bateau, abri ou garage detache sous quelques kilowatts. Les exceptions concernent les grandes installations avec onduleur reseau string ou bus DC haute tension.

Pourquoi le PV haute tension gagne

La chute de tension dans un cable DC suit une formule simple:

chute (V) = 2 x longueur (m) x courant (A) x resistivite / section (mm2)

Deux consequences:

1. Le courant domine. La chute est proportionnelle au courant. Les pertes en watts sont proportionnelles au courant au carre.
2. La tension source n'apparait pas dans la formule. Mais puissance = tension x courant, donc a puissance fixe, une tension plus haute signifie moins de courant et quadratiquement moins de pertes.

Exemple chiffre: 600 W, 15 m aller

Configuration	Tension source	Courant	Cable pour 3% de chute	Cuivre relatif
Regulateur au champ, cable batterie vers le parc	12 V	50 A	~35 mm2	1.0x
Regulateur au champ, cable batterie vers le parc	24 V	25 A	~16 mm2	0.46x
Regulateur au champ, cable batterie vers le parc	48 V	12.5 A	~6 mm2	0.17x
Regulateur aux batteries, cable PV depuis les panneaux	100 V chaine	6 A	~4 mm2	0.11x

L'option PV haute tension utilise moins d'un huitieme du cuivre de l'option 12 V pour la meme puissance, la meme distance et les memes pertes. Elle est aussi bien moins chere, plus legere et plus facile a tirer dans une gaine ou une tranchee.

Pourquoi pas le regulateur aux panneaux?

Mettre le regulateur directement sur le champ parait commode mais pose trois problemes:

1. Les cables batterie transportent le pire courant possible. A 12 V, 600 W de charge = 50 A. A 24 V = 25 A. Il faut du gros cuivre, des fusibles, cosses et sectionneurs couteux aux deux bouts.
2. La reference de tension est faussee. L'algorithme MPPT a besoin d'une lecture precise de la tension batterie pour gerer bulk, absorption et float. Un long cable batterie charge fausse cette lecture et provoque des charges chroniques insuffisantes ou excessives.
3. Les fils de mesure et de commande doivent de toute facon parcourir la distance. Sonde de temperature, shunt, afficheur deporte: chacun ajoute une liaison supplementaire.

Quand la regle ne s'applique pas

Preferez le cable batterie seulement dans ces cas precis:

• Distance inferieure a environ 2 m.
• Petit panneau basse tension avec regulateur PWM integre.
• Onduleur string reseau acceptant 200 a 600 V DC en entree: la longue distance est deja en haute tension par construction.
• Norme locale interdisant le DC haute tension dans le cheminement prevu.

Securite et normes

• Utilisez du cable resistant aux UV et prevu pour le DC solaire: H1Z2Z2-K en Europe.
• Installez un sectionneur DC adapte et des fusibles PV correctement dimensionnes aux deux extremites.
• Verifiez la tension d'entree maximale du MPPT a la temperature la plus froide attendue, pas a 25 degres. Un panneau froid produit 15 a 25 pour cent de tension a vide en plus.
• En tranchee, utilisez une gaine enterrable, respectez la profondeur d'enfouissement reglementaire, separez les cheminements DC et AC.
• Mettez les cadres des panneaux a la terre en un seul point de liaison.

Decider en cinq minutes

1. Mesurez la distance aller-retour entre les deux emplacements possibles.
2. Notez la tension d'entree maximale du MPPT corrigee pour la temperature la plus froide.
3. Calculez le courant a cette tension de chaine: courant = puissance / tension de chaine.
4. Calculez le courant a la tension batterie pour comparaison.
5. Dimensionnez un cable pour chaque cas a 3 pour cent de chute et comparez. La solution PV gagne presque toujours largement.

Questions frequentes

Cable PV ou cable batterie sur longue distance: lequel est preferable? Cable PV. Regulateur aupres des batteries, cable PV haute tension depuis les panneaux. A puissance egale, plus de tension = moins de courant = pertes divisees par le carre.

Est-ce different pour du 24 V ou 48 V? L'ecart se reduit mais le cable PV reste preferable des qu'on depasse une dizaine de metres.

Quelle section pour 8 a 15 m de cable PV? Pour 400 a 800 W a 80-150 V de chaine, 4 a 6 mm2 suffisent dans la plupart des cas a 3 pour cent de chute.

Puis-je installer les panneaux sur un garage detache et les batteries dans la maison? Oui, c'est le cas typique. Panneaux au soleil, regulateur et batteries pres des consommateurs, cable PV en gaine dans la tranchee entre les deux.

Cela s'applique-t-il aux micro-onduleurs ou au reseau? Ces systemes transportent deja de la haute tension AC ou DC sur la distance. L'article concerne les installations off-grid et hybrides DC avec regulateur de charge.

Conclusion

Pour toute installation off-grid ou hybride ou le champ est separe du parc de batteries: panneaux en serie, cable PV sur la longue distance, regulateur MPPT aupres des batteries. Moins de cuivre, moins de pertes, algorithme de charge precis, installation plus simple et moins chere.

Pour automatiser le calcul, les outils VoltPlan comparent les deux configurations cote a cote en fonction de votre distance, puissance et tension batterie.