Dimensionnement du câble PV pt 1 : Conducteurs de sortie de l'onduleur

Nov 07, 2023

Par Joe Jancauskas, ingénieur électricien principal chez Castillo Engineering | 4 avril 2023

Crédit : Castillo Ingénierie

Deuxième aux seules cotes des modules PV, rien ne change plus rapidement que les cotes de kilowatt de l'onduleur. En fait, les fabricants d'onduleurs réorganisent si souvent les cotes des produits que le déclassement des onduleurs devient monnaie courante afin de maintenir la même cote de courant alternatif (CA) d'interconnexion et d'éviter de réintégrer la file d'attente d'analyse des services publics encombrants. De plus, il existe des idées fausses répandues sur la façon de dimensionner correctement conducteurs de sortie CA de l'onduleur à la lumière du déclassement de l'onduleur, en particulier pour les onduleurs centraux, qui entraînent des coûts de matériel inutiles et une perte de temps.

Ci-dessous, je fournis une introduction sur les cotes des onduleurs pour les trois principales catégories d'onduleurs ; les déclassements courants des onduleurs qui sont largement acceptés et vérifiés par les services publics ; et comment gagner du temps et de l'argent en dimensionnant correctement les conducteurs de sortie de l'onduleur.

Classements pour différentes catégories d'onduleurs

Il existe trois catégories principales d'onduleurs, et il vaut la peine d'examiner une sélection de cotes récemment disponibles pour chaque groupe comme toile de fond du sujet du dimensionnement des câbles pour les onduleurs de chaîne et centraux :

1.Onduleurs string monophasés :

Ces onduleurs sont disponibles dans une gamme ahurissante de tailles, avec une grande granularité de kilowatt, de 2 à 12 kW avec de nombreuses itérations entre les deux.

2.Onduleurs string triphasés :

Dans la plage de kilowatts inférieure, ces onduleurs ont la même granularité de kilowatt élevée que les onduleurs à chaîne monophasés, cependant, à l'extrémité supérieure de la plage, il y a des écarts plus importants dans les puissances nominales en kW, car les fabricants continuent d'augmenter les tailles disponibles. Ces onduleurs peuvent aller de 2 à 275 kW.

3.Onduleurs centraux :

La définition de ce qui constitue un onduleur "central" évolue constamment, et ces gros appareils sont livrés avec des puissances nominales en kilowatts vraiment étranges. Ils commencent à 1 910 kW et bondissent à 6 800 kW.

Je doute qu'un fabricant d'onduleurs ait effectué une analyse de marché détaillée et découvert qu'il pouvait vraiment conquérir le marché avec un onduleur de 2 930 kW, puis l'a conçu. Les fabricants d'onduleurs tentent d'atteindre des niveaux de sortie plus élevés avec leur plate-forme électronique éprouvée qui peut passer rapidement les tests UL et être commercialisée.

De plus, ce ne sont que les puissances nominales en kilowatts au facteur de puissance unitaire de 1,0, un réglage de puissance idéal. Avec la pénétration plus élevée des systèmes d'énergie distribuée basés sur des onduleurs sur le réseau, de nombreux onduleurs offrent désormais des cotes étendues pour un fonctionnement à facteur de puissance non unitaire. Il y a dix ans, les onduleurs de chaîne n'étaient évalués qu'en watts, mais maintenant ils sont évalués en capacités de puissance réactive apparente réelle et totale (kilowatts et kilovolt-ampères [kVA]), la puissance réactive (kVAR) étant laissée à l'utilisateur. calculer, comme indiqué dans l'image ci-dessous:

Crédit : Castillo Ingénierie

Le fonctionnement à des facteurs de puissance autres que le facteur de puissance unitaire de 1,0 entraîne une perte de revenus en kWh afin de générer le kVAR, mais le fonctionnement à un facteur de puissance avancé peut parfois permettre une interconnexion moins coûteuse.

Déclassement des onduleurs pour l'interconnexion car les fabricants réorganisent rapidement les puissances nominales des onduleurs

Les cotes et les offres de produits changent si rapidement qu'au moment où les commandes d'onduleurs sont passées, l'onduleur approuvé par le service public dans le cadre de l'examen coordonné de l'interconnexion du système électrique (CESIR) n'est plus disponible, mais un onduleur avec une cote légèrement plus élevée a pris sa place comme les cotes continuent d'augmenter en kilowatts. Le propriétaire du système PV ne sera pas autorisé à connecter un système d'alimentation CA plus élevé au réseau sans un autre voyage tortueux dans la file d'attente d'analyse des services publics, il en résulte donc que les nouveaux onduleurs doivent être déclassés pour conserver la même valeur nominale CA d'interconnexion.

À titre d'exemple de changements de classification des onduleurs, SolarEdge vient de procéder à une refonte majeure du produit le 1er mai 2022, avec de nouveaux modèles d'onduleurs à rendement plus élevé et l'arrêt des modèles moins bien notés. Par exemple, ses SE9k, SE14.4k et SE43.2k sont désormais abandonnés et remplacés par SE10k, SE17.3k et SE50k.

Que ce soit pour utiliser la plaque signalétique de l'onduleur ou la puissance nominale de sortie continue pour dimensionner les conducteurs et l'impact sur les coûts du projet

Les onduleurs centraux sont particulièrement problématiques, même si leurs conducteurs de sortie sont généralement de courtes longueurs pour obtenir la sortie à haut ampérage de l'onduleur de 480 V, 600 V, 630 V ou 800 VCA dans un transformateur élévateur pour le convertir en moyenne tension. En raison de considérations de délai, l'onduleur et le transformateur sont souvent commandés séparément, plutôt que sous la forme d'un skid intégré en usine, et doivent être connectés sur le terrain avec un bus personnalisé (difficile) ou des câbles (plus courants).

Les règles du Code national de l'électricité (NEC, NFPA 70) pour le dimensionnement des conducteurs de sortie CA de l'onduleur sont les mêmes depuis 1999. L'article 690.8(A)(3) stipule que, pour le courant du circuit de sortie de l'onduleur, "le courant maximal doit être le courant nominal de sortie continu de l'onduleur." Alors, cela signifie-t-il la valeur estampillée sur la plaque signalétique qui a subi les tests UL, ou la valeur de la sortie restreinte électroniquement ?

Nous avons vu plusieurs cas récents où l'ingénieur d'un propriétaire a insisté sur le fait que le courant de sortie complet sur la plaque signalétique doit être utilisé, quelle que soit une valeur déclassée qui ne peut pas être dépassée en vertu des termes de l'accord d'interconnexion des services publics, ce qui entraîne un gaspillage de matériel et de temps.

Crédit : Castillo Ingénierie

Les sorties à haut ampérage imposent de nombreux parcours parallèles de conducteurs et de nombreuses connexions boulonnées. La connexion d'un onduleur déclassé à 2500 kVA nécessite neuf ensembles de 750 kcmil AL à 75 0C, mais voulez-vous vraiment utiliser un 10e ensemble pour sa puissance nominale complète de 2800 kVA ? Vous commencerez rapidement à vous heurter aux limitations d'espace et de cosses. Que ce soit pour utiliser le NEC 75 0C, 90 0C ou une autre méthode de notation sera couvert dans un article ultérieur.

Parfois, faire ce que veut l'ingénieur du propriétaire est la voie de la moindre résistance, mais cela peut entraîner un gaspillage de matériel et d'efforts. Si les coûts installés du PV à l'échelle des services publics étaient toujours à la baisse, cela ferait moins de mal, mais ce n'est pas le cas.

Les perturbations de la chaîne d'approvisionnement ont également rendu très courantes les demandes de substitution de tailles de câbles pendant la construction. Cela peut entraîner des problèmes de terminaison en raison d'un trop grand nombre de conducteurs plus petits qui n'ont pas suffisamment d'endroits pour atterrir ou de conducteurs trop grands pour les bornes fournies en usine.

Le NEC ne dit pas "selon la plaque signalétique de l'onduleur", mais "la puissance nominale de sortie continue". La plaque signalétique de l'onduleur et son association implicite avec l'article 690.8 du NEC ne sont pas sacrées sur le plan religieux.

Par exemple, lorsqu'un service public d'électricité achète un appareillage de commutation intérieur blindé pour une sous-station, les disjoncteurs de 15 kV ne sont disponibles qu'en trois tailles de base : 1 200 A, 2 000 A et 3 000 A. Ils n'ont pas le luxe du PV. propriétaires de systèmes avec une pléthore de tailles de kilowatts d'onduleurs parmi lesquelles choisir. La plupart des câbles d'alimentation de distribution sortants ne seront pas dimensionnés à 1200 A car ce serait exagéré. Les câbles sont dimensionnés pour la charge prévue et les relais de protection sont réglés en conséquence. Une grande sous-station peut facilement avoir 12 disjoncteurs d'alimentation de 1200 A alimentés à partir d'un seul réseau de 3000 A. La valeur nominale de la plaque signalétique des disjoncteurs peut être ignorée.

Vérification de l'acceptation des utilitaires et des déclassements de l'onduleur

Le besoin de déclassement est devenu si courant que les services publics acceptent largement les valeurs déclassées, bien qu'ils commencent à demander une confirmation supplémentaire que le déclassement a effectivement été effectué. Comme indiqué dans les exigences du package de conception d'interconnexion DER d'Orange et Rockland :

"Plaque signalétique de l'onduleur : si la plaque signalétique de l'onduleur dépasse le seuil d'application, une lettre du fabricant indiquant que l'onduleur sera réduit en usine est requise. La lettre peut être générique (non spécifique au projet à ce stade). Si le projet passe à la construction, alors une lettre spécifique au projet indiquant le numéro du projet et les numéros de série de l'onduleur sera exigée du fabricant de l'onduleur."

Si le service public d'électricité qui a approuvé le projet accepte le déclassement, il ne devrait y avoir aucune raison pour qu'un AHJ ou un ingénieur indépendant ne l'accepte pas également. D'autres options pour éviter une fixation de la valeur nominale de la plaque signalétique consistent simplement à commander une plaque signalétique modifiée avec l'onduleur ou à fixer une plaquette sur le terrain avec la valeur déclassée.

Les fixations de plaque signalétique ne sont pas nouvelles. En 2009, le groupe de services publics d'électricité que je dirigeais a été condamné à une amende de 7 000 $ par le National Electric Reliability Council pour ne pas avoir inclus les cotes de la "plaque signalétique du câble" conformément à sa norme de notation. Les câbles n'ont pas de plaques signalétiques, mais la pénalité a quand même été payée.

Points clés à retenir

Sur votre projet solaire actuel ou à venir, réfléchissez aux véritables exigences en ampères de sortie CA pour vos onduleurs ; concevoir pour répondre à ces exigences en toute sécurité ; et ne gaspillez pas d'argent inutilement. Le NEC "n'est pas un manuel d'instructions", comme indiqué à l'article 90. Lorsque vous le suivez, le résultat peut être sûr, mais il peut ne pas être "efficace, pratique ou adéquat pour un bon service".

Restez à l'écoute pour la deuxième partie de notre série sur le dimensionnement des câbles PV, dans laquelle nous verrons si vos critères stricts de chute de tension vous rapportent réellement de l'argent. Si vous avez des questions sur la conception et l'ingénierie solaires à grande échelle, contactez l'un de nos experts dès aujourd'hui.