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Calculateur – Solaire

Calcul de chaîne photovoltaïque : combien de panneaux par string ?

Vérifie une chaîne PV face à la tension DC maximale de l’onduleur, à sa plage MPPT, à sa tension de démarrage et à ses limites de courant, par grand froid comme par forte chaleur, selon les méthodes NEC 690.7 et IEC.

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Résultats

12 modules par chaîne passent toutes les vérifications : Voc à froid de 515 V pour une limite de 1 100 V, et une plage de fonctionnement de 335–440 V comprise dans la plage MPPT de 160–1 000 V. Plage admise : 6 à 25.
Modules admis par chaîne
6 – 25
limité par la tension DC max.
Voc de la chaîne au froid record
515V
42,94 V/module à -20 °C (×1,113)
Vmp de la chaîne, cellules chaudes
335V
cellules à 70 °C
Vmp de la chaîne, à froid
440V
Plage MPPT 160–1 000 V
Modules max. (tension)
25
1 100 V ÷ 42,94 V
Modules min. (MPPT)
6
MPPT 6, démarrage 5
Courant max. du circuit
17,6A
1 chaîne(s) × Isc × 1,25 face à 22 A
Puissance DC du champ
10,32kWc
12 × 1 × 2 MPPT = 24 modules
Ratio DC/AC
1,03
sain entre 0,9 et 1,5
Vérifications réussies
6 / 6
tout est bon
Tension de la chaîne selon la température des cellules (12 modules)

Vérifications de conception

VérificationValeurRésultat
Voc au froid record ≤ tension DC max.515 V ≤ 1 100 VOK
Vmp cellules chaudes ≥ MPPT bas335 V ≥ 160 VOK
Vmp à froid ≤ MPPT haut440 V ≤ 1 000 VOK
Voc un matin chaud ≥ démarrage446 V ≥ 180 VOK
Isc × 1,25 ≤ Isc max. de l’onduleur17,6 A ≤ 22 AOK
Imp ≤ courant d’entrée max.13,6 A ≤ 16 AOK

Longueurs de chaîne possibles

ModulesVoc à froid (V)Vmp à chaud (V)Vmp à froid (V)kWc/chaîneÉtat
41721121471,72✗ sous le MPPT
52151401832,15✗ sous le MPPT
62581682202,58✓
73011962573,01✓
83442242933,44✓
93862513303,87✓
104292793674,3✓
114723074034,73✓
12 ◀5153354405,16✓
135583634775,59✓
146013915136,02✓
156444195506,45✓
166874475876,88✓
177304756237,31✓
187735036607,74✓
198165316978,17✓
208595597338,6✓
219025877709,03✓
229456158079,46✓
239886438439,89✓
241 03167188010,32✓
251 07469891710,75✓
261 11772695311,18✗ au-delà de la tension max.
271 15975499011,61✗ au-delà de la tension max.
  • Voc à froid = Voc × [1 + β × (T_min − 25)] avec β = -0,25 %/°C. On suppose les cellules à la température de l’air à l’aube du jour le plus froid (sans échauffement solaire).
  • La dérive de Vmp est estimée avec le coefficient de Pmax à la place de celui de Vmp (rarement donné dans les fiches techniques ; la vraie valeur est en général plus négative de 0,02 à 0,05 %/°C). Gardez quelques pour cent de marge sous la tension DC max.
  • La tolérance des modules, un éclairement au-dessus de 1 000 W/m² (effet de bord de nuage) et le gain bifacial augmentent le courant. L’onduleur limite le courant sans danger, mais un Isc supérieur à sa valeur d’entrée nominale est interdit.

Comment fonctionne ce calculateur de dimensionnement des chaînes

Une chaîne photovoltaïque est un ensemble de modules câblés en série : leurs tensions s’additionnent. L’onduleur (ou le régulateur de charge) à l’autre bout a trois limites de tension : une tension d’entrée DC maximale absolue, une plage MPPT dans laquelle il peut suivre la puissance maximale, et une tension de démarrage. Il limite aussi le courant d’entrée. La tension des modules variant avec la température, une chaîne doit respecter ces limites aux deux extrêmes climatiques :

  • L’aube la plus froide : la tension de circuit ouvert (Voc) la plus élevée. Elle fixe le nombre maximal absolu de modules.
  • L’après-midi le plus chaud : la tension au point de puissance maximale (Vmp) la plus basse, qui fixe le nombre minimal de modules pour la plage MPPT.
  • Un midi froid et ensoleillé : le Vmp de fonctionnement le plus élevé. Il doit rester sous la limite haute du MPPT pour un suivi complet.

Pour chaque cas, le calculateur corrige les tensions de la fiche technique et les compare aux limites de l’onduleur. Il vérifie aussi les courants de court-circuit et de fonctionnement par entrée MPPT, et liste toutes les longueurs de chaîne possibles avec leur statut.

Les formules

Voc,cold = Voc × [1 + β_Voc × (T_min − 25)] (ou × facteur du tableau NEC 690.7(A)) Vmp,hot = Vmp × [1 + γ × (T_air,max + ΔT_cell − 25)] N_max = ⌊ V_max,DC ÷ Voc,cold ⌋ N_min = max( ⌈ V_MPPT,low ÷ Vmp,hot ⌉ , ⌈ V_start ÷ Voc,hot ⌉ ) Suivi complet : N × Vmp,cold ≤ V_MPPT,high Courant par MPPT : N_parallel × Isc × 1.25 ≤ I_sc,max,inverter

β est le coefficient de température du Voc et γ le coefficient de température en puissance (une bonne approximation de celui du Vmp), tous deux en %/°C et négatifs. ΔT_cell est l’échauffement des cellules au-dessus de l’air en plein soleil : environ 25 °C sur des supports ouverts, 30 à 35 °C sur toit incliné et 40 °C ou plus en pose intégrée.

Exemple chiffré : modules TOPCon de 430 W sur un onduleur triphasé de 10 kW

Les valeurs par défaut utilisent un module de type N de 430 W (Voc 38,6 V, Vmp 32,3 V, β = −0,25 %/°C, γ = −0,30 %/°C) et un onduleur typique de 10 kW : 1 100 V maximum, plage MPPT de 160 à 1 000 V, démarrage à 180 V, 16 A par MPPT (22 A en court-circuit). Le record de froid du site est de −20 °C et les jours les plus chauds atteignent 40 °C.

À −20 °C, le Voc du module augmente de 11,3 % pour atteindre 42,9 V : une chaîne compte donc au plus 1 100 ÷ 42,9 = 25 modules. Par une journée à 40 °C, les cellules montent à 70 °C et le Vmp tombe à 27,9 V : la chaîne demande au moins 160 ÷ 27,9 → 6 modules. La chaîne retenue de 12 modules a un Voc à froid de 515 V et fonctionne entre 335 et 440 V, largement dans toutes les limites. Deux chaînes de ce type, une par MPPT, donnent 24 modules, soit 10,32 kWc, pour un ratio DC/AC de 1,03. Le courant de chaîne (13,6 A à chaud, 17,6 A avec le facteur NEC) est compatible avec les entrées.

Avec la méthode du tableau NEC, le facteur à froid passe à 1,18 et le maximum tombe à 24 modules.

Comment lire les résultats

  • Le nombre de modules autorisés par chaîne est la plage sûre. Préférez sa partie médiane haute : les chaînes plus longues fonctionnent à plus haute tension, perdent moins dans les câbles et continuent de suivre le MPP par temps chaud.
  • Les vérifications de conception distinguent les défauts rédhibitoires (surtension ou surintensité, jamais acceptables) des avertissements de performance (sous le MPPT par temps chaud, au-dessus du MPPT par temps froid, démarrage tardif).
  • Le graphique tension-température montre à quelle distance la chaîne reste de chaque limite sur toute la plage de températures.

Valeurs typiques

Classe de module Voc (STC) Voc à −20 °C Max. par chaîne, 600 V 1 000 V 1 100 V 1 500 V
300 W poly, 60 cellules 39,8 V 45,4 V 13 22 24 33
430 W TOPCon, 108 demi-cellules 38,6 V 42,9 V 13 23 25 34
550 W PERC, 144 demi-cellules 49,9 V 55,9 V 10 17 19 26
620 W TOPCon, 210R 132 cellules 48,2 V 53,6 V 11 18 20 27

Le Voc à −20 °C utilise le coefficient typique de chaque classe (−0,25 à −0,31 %/°C).

Conseils

  • Prenez le vrai record de froid, pas la température hivernale moyenne. Les valeurs ASHRAE de « minimum annuel extrême » ou les relevés météo nationaux font référence ; en montagne, ajoutez quelques degrés de marge.
  • Gardez 2 à 3 % de marge sous la tension DC maximale pour la tolérance des modules et les écarts entre coefficients Vmp et Voc.
  • Vérifiez la plage MPPT à pleine puissance, et pas seulement la plage de fonctionnement, si la fiche technique donne les deux ; en dessous, l’onduleur réduit sa puissance.
  • Gardez des chaînes identiques sur un même MPPT en longueur, inclinaison et orientation ; raccordez les pans est et ouest sur des entrées MPPT séparées.
  • Dimensionnez ensuite les câbles et l’onduleur. Les pertes DC à 300–600 V sont faibles, mais vérifiez-les avec le calculateur de section de câble, et dimensionnez l’onduleur avec le calculateur de dimensionnement d’onduleur.

Limites

Le calculateur utilise des coefficients de température linéaires, précis pour le silicium cristallin dans les plages courantes. Le Vmp est corrigé avec le coefficient en puissance, car les coefficients du Vmp sont rarement publiés ; le Vmp réel varie un peu plus. Le modèle laisse de côté les variations de tension liées à l’éclairement, la dégradation des modules (qui abaisse le Vmp de quelques pour cent en 25 ans), les optimiseurs et les micro-onduleurs. Validez toujours la conception finale avec l’outil de dimensionnement des chaînes du fabricant de l’onduleur et les règles électriques locales.

Méthode et hypothèses

Longueur maximale de la chaîne = ⌊ V_max,onduleur ÷ (Voc × [1 + β_Voc × (T_min − 25 °C)]) ⌋, car la tension à vide culmine au lever du soleil le jour le plus froid. Longueur minimale = ⌈ V_MPPT,bas ÷ (Vmp × [1 + γ × (T_air,max + ΔT_cellule − 25 °C)]) ⌉, vérifiée aussi par rapport à la tension de démarrage. Par temps froid, la Vmp de la chaîne doit rester sous la borne haute du MPPT pour un suivi complet.

Courants : par entrée MPPT, I_sc × nombre de chaînes × 1.25 (NEC 690.8) ne doit pas dépasser le courant de court-circuit maximal de l’onduleur ; si I_mp × nombre de chaînes dépasse le courant d’entrée maximal, l’onduleur écrête.

Questions fréquentes

Combien de panneaux solaires peut-on mettre dans une chaîne ?
Divisez la tension d’entrée DC maximale de l’onduleur par la tension de circuit ouvert du module à la température la plus froide attendue sur le site, et arrondissez à l’entier inférieur. Pour un onduleur de 1 100 V et un module avec un Voc de 38,6 V et un coefficient de −0,25 %/°C à −20 °C (42,9 V par module), la limite est de 25 modules. Sur un onduleur monophasé de 600 V, elle serait de 13.
Pourquoi le froid augmente-t-il la tension des panneaux solaires ?
La tension de circuit ouvert d’une cellule silicium baisse quand la température monte, d’environ 0,25 à 0,31 % par °C pour les modules récents, et sous la température d’essai de 25 °C elle grimpe au même rythme. Au lever du soleil par un matin de gel, les cellules sont aussi froides que l’air mais déjà éclairées : le Voc peut dépasser de 10 à 15 % la valeur de la fiche technique. Pour la tension d’entrée maximale de l’onduleur, c’est le pire cas.
Que se passe-t-il si la tension de la chaîne dépasse le maximum de l’onduleur ?
Dépasser la tension d’entrée DC maximale peut endommager définitivement l’étage d’entrée de l’onduleur et annule la garantie. Aux États-Unis et dans de nombreux autres pays, c’est aussi contraire aux règles électriques. L’onduleur se contente de limiter un excès de courant, mais il n’a aucun moyen de maîtriser un excès de tension.
Quel est le nombre minimal de panneaux par chaîne ?
La tension MPP de la chaîne le jour le plus chaud doit rester au-dessus de la limite basse du MPPT de l’onduleur (et sa tension de circuit ouvert au-dessus de la tension de démarrage). Des cellules chaudes à 65–75 °C font baisser le Vmp de 12 à 15 % : une chaîne qui semble correcte à 25 °C peut sortir de la plage de suivi en juillet. La conséquence est une perte d’énergie, pas un dommage.
Faut-il utiliser le tableau du NEC ou le coefficient de température ?
L’article NEC 690.7(A)(1) impose d’utiliser le coefficient de température du fabricant quand il est fourni, ce qui est presque toujours le cas. Le tableau 690.7(A) est une solution de repli pour les modules cristallins sans données ; il est plus prudent (par exemple un facteur de 1,18 à −20 °C au lieu d’environ 1,11 pour un module à −0,25 %/°C), ce qui peut vous coûter un module par chaîne.
Peut-on raccorder deux chaînes sur une même entrée MPPT ?
Seulement si les chaînes sont identiques en longueur, orientation et type de module, et si le courant cumulé reste compatible avec l’entrée. Deux chaînes de modules à Isc de 14,1 A donnent 28,2 A, ou 35,3 A avec le facteur NEC de 1,25. C’est trop pour une entrée de 16 A/22 A : les grands modules récents demandent donc en général une chaîne par MPPT sur les onduleurs résidentiels.

Sources et références

  1. NFPA 70 National Electrical Code : Article 690.7 (tension maximale) et 690.8 (dimensionnement des circuits)
  2. IEC 62548-1:2023 : Photovoltaic (PV) arrays, Design requirements
  3. ASHRAE Climatic Design Conditions (températures minimales extrêmes)
  4. Sandia National Laboratories : PV performance modeling collaborative, modèles de température et de tension des modules

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