Les câbles DC

Sur le devis des Genêts, la ligne « câble DC » pèse moins que le repas de chantier. Quelques dizaines de mètres de câble noir de 4 ou 6 mm², une vingtaine de connecteurs, des clips. C'est le composant le moins cher de l'installation, et la première cause d'incendie photovoltaïque. Un connecteur mal serti, ou deux connecteurs de marques différentes emboîtés l'un dans l'autre parce qu'ils « rentrent », fait naître un arc série de quelques centaines de watts. En courant continu, cet arc ne passe jamais par zéro : il ne s'éteint pas. Rien ne le détecte, sauf un détecteur d'arc dans l'onduleur. Il chauffe, il carbonise l'isolant, et il finit dans les tuiles.

Ce chapitre donne le câble, sa désignation, sa tension, sa tenue aux ultraviolets ; les deux calculs, celui du courant admissible et celui de la chute de tension ; les règles de pose ; et surtout la discipline des connecteurs, qui n'est pas négociable.

Le câble

Le câble DC d'un champ photovoltaïque vit dehors, au soleil, à 80 °C sous les modules, sous 1 000 V continus, pendant vingt-cinq ans. Le câble d'installation ordinaire, H07V-U ou U-1000 R2V, n'y résiste pas : ni aux UV, ni à la température, ni à la tension continue. Le câble dédié est le H1Z2Z2-K (norme EN 50618, anciennement PV1-F selon la spécification TÜV 2 PfG 1169). Sa désignation se lit :

• H : harmonisé.
• 1 : tension assignée 1,5 kV DC (1 000/1 000 V AC, 1 800 V DC au maximum).
• Z2 : isolant et gaine en polyoléfine réticulée sans halogène.
• K : âme souple en cuivre étamé, classe 5.

Il tient de −40 à +90 °C en permanence (120 °C pendant 20 000 h), résiste aux UV, à l'ozone, aux intempéries, à l'abrasion ; il est sans halogène, donc sans fumées toxiques ; et il est à double isolation, classe II. Les sections courantes sont 4 mm², le standard des chaînes résidentielles (les câbles de sortie des modules sont en 4 mm²), 6 mm², et 10 mm² pour les liaisons longues ou de forte puissance. Il est noir pour les deux polarités, ou rouge (+) et noir ou bleu (−) ; le repérage de polarité aux extrémités est obligatoire dans tous les cas^v23.1.

Pour les liaisons enterrées ou en fourreau long, d'un champ au sol vers l'onduleur par exemple, un câble U-1000 R2V est admis si sa tension assignée (0,6/1 kV, soit 0,9/1,5 kV en régime continu) et sa pose le permettent. Jamais au soleil.

Le courant admissible

Le câble d'une chaîne véhicule au plus 1,25 × Isc (chapitre 2 du livre « Dimensionnement »), soit 17,5 A pour le Helios TN-435. En cas de défaut, il peut recevoir en plus le courant des autres chaînes en parallèle (chapitre 2). Le courant admissible I_z dépend du mode de pose (au soleil sous les modules, en conduit, en chemin de câbles, enterré) et de la température ambiante ; sous les modules, à 70 °C, le facteur de correction est fort. Ordre de grandeur pour le H1Z2Z2-K, à 60 °C ambiant, câble seul à l'air libre : 4 mm² ≈ 55 A ; 6 mm² ≈ 70 A, à réduire selon le groupement et la pose.

Pour une chaîne à 14 A, le courant admissible n'est donc jamais le critère : c'est la chute de tension et la tenue mécanique qui décident. Il le devient pour les liaisons qui regroupent plusieurs chaînes après un coffret : là, I = Σ Isc × 1,25, et les facteurs de pose s'appliquent.

Le fusible de chaîne (chapitre 2), s'il existe, doit être inférieur ou égal à I_z du câble, pour que le câble soit protégé par le fusible, et supérieur ou égal à 1,25 à 1,5 × Isc, pour qu'il ne fonde pas en service.

La chute de tension

En courant continu, la formule est celle du monophasé : les deux conducteurs, aller et retour, sont en série.

Δu = 2 × ρ × L × I / S

avec ρ = 0,0225 Ω·mm²/m, la résistivité du cuivre à chaud ; L la longueur de la liaison, en mètres, dans un seul sens ; I = Impp ; S la section en mm². Le résultat est en volts ; on le rapporte à la tension MPP de la chaîne pour l'exprimer en pour cent.

La règle usuelle : Δu ≤ 1 % de la tension MPP de la chaîne. L'UTE C 15-712-1 recommande une chute totale DC faible ; 1 % est la pratique, 3 % un maximum^v23.2. Pourquoi si peu ? Chaque volt perdu est de la puissance perdue en permanence : P = U × I, et 1 % de tension perdue est 1 % de production perdue sur la chaîne, tous les jours pendant vingt-cinq ans. Le câble, lui, est bon marché.

Aux Genêts, la chaîne ouest compte 10 modules : Vmpp = 10 × 32,8 = 328 V, Impp = 13,26 A, et la liaison du pan à l'onduleur du garage fait 25 m.

• En 4 mm² : Δu = 2 × 0,0225 × 25 × 13,26 / 4 = 3,7 V, soit 1,14 %. Trop.
• En 6 mm² : Δu = 2,5 V, soit 0,76 %. Bon.
• En 10 mm² : 1,5 V, soit 0,45 %.

La chaîne sud, 13 modules à 426 V, n'a que 20 m à parcourir : en 4 mm², Δu = 3,0 V, soit 0,70 %, bon. On retient 4 mm² au sud, 6 mm² à l'ouest, ou 6 mm² partout pour n'avoir qu'un touret et une matrice de sertissage. Remarquez au passage que la chaîne courte est doublement pénalisée : elle a moins de volts, donc chaque volt perdu pèse plus, et elle chemine ici plus loin.

Un autre exemple, plus long : une chaîne de 12 modules, Vmpp 394 V, Impp 13,3 A, coffret à 25 m de l'onduleur, plus les câbles de modules, environ 15 m cumulés, soit L ≈ 40 m. En 4 mm² : 6,0 V, 1,5 %, trop ; en 6 mm² : 4,0 V, 1,0 %, juste ; en 10 mm² : 0,6 %. On retient 6 mm², ou 10 mm² si l'on veut de la marge.

On peut inverser la formule pour connaître la longueur maximale d'une section : L_max = Δu × S / (2 × ρ × I). Pour Impp = 13 A et une chute de 1 % d'une chaîne à 400 V, soit 4 V :

Section	Longueur maximale
4 mm²	27 m
6 mm²	41 m
10 mm²	68 m

Une chaîne à 200 V, sept modules, tolère la moitié. Un champ au sol à 80 m demande du 10 ou du 16 mm², ou des chaînes plus longues pour monter la tension.

Avec des optimiseurs, la tension de chaîne est régulée haute, autour de 400 V : la chute est faible. Avec des micro-onduleurs, la chute se calcule côté AC, sur le câble de branche (chapitre 5).

Poser

Sous les modules. Les câbles sont fixés aux rails et aux cadres par des clips inox ou des clips plastiques certifiés UV. Jamais de colliers nylon ordinaires : ils cassent en deux ou trois ans et le câble pend sur la tuile chaude. Le câble ne frotte ni sur les arêtes des cadres ni sur la couverture, il ne pend pas, il ne touche pas la tuile. Avant chaque connecteur, une boucle de goutte d'eau : le câble descend puis remonte, pour que l'eau ne ruisselle pas dans le connecteur. Les connecteurs sont hors des zones de stagnation et jamais posés sur la couverture.

Polarités. Les câbles + et − d'une chaîne cheminent ensemble, côte à côte, dans le même conduit, pour réduire la boucle d'induction, c'est-à-dire la surface comprise entre l'aller et le retour. Une grande boucle capte les surtensions de foudre. C'est la règle du chapitre 2 sur le parafoudre et celle du guide : réduire les surfaces de boucle, câbler les chaînes en « U » serré, ou torsader.

Passage de la couverture. Par une tuile à douille, une chatière, une pièce de sortie étanche. Jamais un trou percé et siliconé. Le câble descend ensuite en conduit : IRL gris tenu aux UV en extérieur, ICTA en intérieur. Les câbles DC sont dans un conduit séparé de ceux des câbles AC et de communication^v23.3, et repérés « DC PV » sur tout leur parcours.

Intérieur. Conduit dédié jusqu'au coffret DC et à l'onduleur ; pas de câble DC apparent non protégé dans les combles, entre les rongeurs et les chocs.

Terre. Le câble DC est en double isolation, il n'a pas de conducteur de protection ; la structure et les masses ont le leur (chapitre 4).

Réserve. Une boucle de réserve au coffret et à l'onduleur ; jamais de câble tendu.

Enterré. U-1000 R2V ou H1Z2Z2-K en fourreau TPC, à 60 à 80 cm, grillage avertisseur ; les deux polarités dans le même fourreau.

Les connecteurs

Le MC4, pour Multi-Contact 4 mm, et ses équivalents sont les connecteurs des modules et des câbles de chaîne : IP67 ou IP68, verrouillables, 1 000 ou 1 500 V, 30 A. Trois règles absolues.

Même marque et même type des deux côtés d'une connexion. Les connecteurs « compatibles MC4 » de marques différentes s'emboîtent, mais leurs contacts, leurs ressorts et leurs joints diffèrent : résistance de contact élevée, échauffement, arc, incendie. Les fabricants l'interdisent, les assureurs le savent, l'UTE C 15-712-1 l'impose^v23.4. Si les modules ont des connecteurs de marque A, les rallonges de chaîne se sertissent avec des connecteurs de marque A, et on les achète en même temps que les modules. Le Helios TN-435 des Genêts est livré avec des connecteurs « MC4 marque A » : la commande de câble s'accompagne de connecteurs de marque A, rien d'autre.

Sertissage avec la pince dédiée au connecteur, dont la matrice est adaptée à la section et au contact. Dénudage à la longueur, au gabarit ; contrôle par traction ; jamais de sertissage à la pince universelle ni de soudure. Le contact serti se clipse dans le corps jusqu'au clic ; le presse-étoupe se serre à la main puis à la clé du fabricant. Contrôle : le contact ne bouge pas, le câble ne tourne pas.

Connexion et déconnexion hors charge. On ne débranche jamais un MC4 sous courant : l'arc continu détruit le connecteur et brûle l'opérateur. Sectionneur DC ouvert ou onduleur arrêté, et champ occulté ou nuit pour toute intervention sur les connecteurs de modules, car la tension y reste tant que le champ est éclairé. Les connecteurs verrouillés s'ouvrent avec l'outil de déverrouillage.

Un connecteur qui a chauffé, décoloré, déformé, qui sent, se remplace, câble recoupé. Une thermographie des connecteurs en fonctionnement, depuis le sol ou par drone, lors des visites de maintenance, repère les points chauds avant l'incendie (chapitres 13 et 14).

Sur le chantier — Une chaîne de neuf modules, coffret à 30 m de l'onduleur, câbles de modules cumulés 12 m. Les modules ont des connecteurs de marque A ; l'installateur a en stock des rallonges « compatibles MC4 » de marque B. Vmpp chaîne = 295 V ; 1 % = 2,95 V ; L = 42 m ; S = 2 × 0,0225 × 42 × 13,26 / 2,95 = 8,5 mm², donc 10 mm² (le 6 mm² donnerait 1,4 %). La chaîne courte est pénalisante : douze modules auraient permis le 6 mm². Et les rallonges B ? Elles ne touchent pas les modules A. On commande des connecteurs A et la pince A ; ou on utilise les rallonges B uniquement entre elles, B–B, sur un tronçon dont les deux extrémités sont resserties en A, ce qui est compliqué. La règle simple : une seule marque sur toute la chaîne.

Repérer

Chaque chaîne porte une étiquette à chaque extrémité : « Chaîne 1 — 13 modules — Sud — + / − ». La polarité est marquée aux connecteurs et au coffret. Le plan de câblage, quel module dans quelle chaîne, quel cheminement, est dans le dossier. Et une étiquette « Câbles DC sous tension dès que le champ est éclairé » figure sur les conduits DC en intérieur et au coffret.

Mots du chapitre

• H1Z2Z2-K : câble solaire harmonisé 1,5 kV DC, polyoléfine sans halogène, âme souple étamée, tenue UV et 90 °C.
• Chute de tension ≤ 1 % : règle usuelle pour la liaison DC ; chaque pour cent de tension perdue est un pour cent de production perdue.
• Boucle d'induction : surface entre les conducteurs + et − d'une chaîne ; à réduire contre les surtensions de foudre.
• Tuile à douille : pièce de couverture étanche pour le passage des câbles.
• MC4 : connecteur DC verrouillable IP67/68 ; jamais mélangé entre marques.
• Pince de sertissage dédiée : outil à matrice spécifique au connecteur et à la section.
• Boucle de goutte d'eau : descente puis remontée du câble avant un connecteur pour que l'eau ne s'y écoule pas.
• Arc série DC : arc dans un contact défaillant en série sur la chaîne ; ne s'éteint pas seul ; cause d'incendie.
• Clip UV : fixation de câble résistante aux UV, inox ou plastique certifié.

À retenir

• Le câble DC est du H1Z2Z2-K : 1,5 kV DC, tenue UV et 90 °C, double isolation ; le câble ordinaire ne convient pas au soleil.
• Pour une chaîne à 14 A, le courant admissible n'est jamais le critère ; c'est la chute de tension, Δu = 2 × ρ × L × I / S, limitée à 1 % de la tension MPP.
• Pour 13 A et 1 % sur une chaîne à 400 V, le 4 mm² tient 27 m, le 6 mm² 41 m, le 10 mm² 68 m ; une chaîne courte tolère moins.
• Les câbles + et − d'une chaîne cheminent côte à côte pour réduire la boucle d'induction ; le passage de toiture se fait par une tuile à douille.
• Une seule marque de connecteurs sur toute la chaîne ; sertissage à la pince dédiée ; jamais de déconnexion sous courant.
• Les fixations sous les modules sont des clips inox ou UV ; les colliers ordinaires cassent en deux ans.
• Chaque chaîne est étiquetée aux deux extrémités, et le plan de câblage est dans le dossier.

Exercice en ligne

Sur le site, chapitre 1 : pour la chaîne de votre projet qui a le plus long trajet jusqu'à l'onduleur, vous calculez la section théorique qui tient la chute de tension à 1 %, la section normalisée à retenir, la chute réelle en 4 mm², la longueur maximale que le 6 mm² autoriserait, et vous tranchez la question des connecteurs et du cheminement des polarités.