Types de câbles PV DC : H1Z2Z2-K, IEC 62930 et PV1-F

Réponse rapide : Les trois noms du câble DC photovoltaïque proviennent de trois systèmes différents. H1Z2Z2-K est une désignation harmonisée européenne, IEC 62930 est la norme internationale de câble, et PV1-F est une désignation produit issue d'un programme d'essai privé. Chaque lettre de H1Z2Z2-K fixe une propriété : isolation réticulée sans halogène, gaine réticulée sans halogène, conducteur souple câblé. Aucun des trois noms ne dit quoi que ce soit sur l'épaisseur du cuivre, et aucun n'est une marque. Ce qui distingue un câble photovoltaïque d'un câble de bâtiment, c'est le compound autour du cuivre et les essais que le câble fini a réussis.

Quiconque a commandé du câble pour une centrale a remarqué que le côté DC n'utilise jamais les noms familiers des câbles de bâtiment. La commande part pour du H1Z2Z2-K, ou pour quelque chose décrit comme conforme à IEC 62930, ou pour du PV1-F. Les noms ressemblent à des codes produit parce que c'est à peu près ce que sont deux d'entre eux, mais ils proviennent de trois systèmes différents, et les différences entre ces systèmes apparaissent plus tard, dans un chemin de câbles ou sur un toit.

La confusion est compréhensible. Un câble photovoltaïque, c'est du cuivre, une isolation et une gaine, exactement comme un câble de bâtiment, et le cuivre n'est pas la partie intéressante. Le côté DC d'une centrale fonctionne à une haute tension qui ne passe jamais par zéro. Le câble reste en plein soleil pendant des décennies, et il chauffe à l'intérieur d'une boîte de jonction en été. Il refroidit aussi sous zéro pendant les nuits d'hiver, et il est tiré dans des chemins de câbles et autour de coins lors de l'installation. Les choix de matériaux qui survivent à cela diffèrent des choix de matériaux qui ont du sens à l'intérieur d'un mur.

Cet article porte sur la lecture des noms et sur l'interface où ces noms doivent s'accorder avec autre chose sur le module : le connecteur et la boîte de jonction auxquels le câble est attaché.

Un seul rôle, trois systèmes de nommage

Un nom de câble peut provenir d'un système national ou régional harmonisé entre plusieurs pays, d'une norme internationale, ou d'un programme d'essai privé géré par un organisme de certification. Les trois finissent dans le même projet, et ce ne sont pas des étiquettes interchangeables pour le même document.

La conséquence pratique est que deux câbles portant des noms différents peuvent tous deux convenir pour le côté DC, tandis qu'un troisième câble au nom familier ne convient pas du tout. Les comparer revient à demander à quel système appartient le nom, puis à demander ce que le câble a réellement dû réussir pour l'obtenir.

Lire H1Z2Z2-K lettre par lettre

La désignation harmonisée est la plus lisible des trois, car chaque caractère porte une décision. Le H initial marque un type harmonisé entre les systèmes européens plutôt qu'un type national. Le 1 est une classe de tension, pas une section et pas un courant assigné. Les deux Z décrivent l'isolation et la gaine : Z pour un compound réticulé sans halogène, le 2 indiquant la famille de matériaux spécifique. Le tiret et le K final décrivent le conducteur : cuivre câblé souple, destiné à être plié et serti dans un contact.

Deux détails méritent d'être relevés, car ce sont ceux que l'on saute. Premièrement, les deux Z sont distincts : un câble peut avoir une isolation sans halogène et une gaine différente, et la désignation est ce qui vous dit si les deux étaient couverts. Deuxièmement, K est une affirmation sur la construction du conducteur, ce qui rend le câble maniable dans une boîte de jonction et ce qui lui permet de se sertir correctement dans un connecteur. Un conducteur souple câblé a aussi plus de surface pour une même section et se comporte différemment sous une borne à vis qu'une âme massive.

Ce que la désignation ne contient pas, c'est la section. Celle-ci se choisit séparément, à partir du courant transporté par la chaîne, de la chute de tension que le concepteur accepte et de la façon dont le câble est installé. Un chemin de câbles à l'air libre et une conduite encastrée dans un mur ne dissipent pas la chaleur de la même manière, donc une même section ne transporte pas le même courant aux deux endroits. Rien dans le nom harmonisé ne retire ce calcul du bureau du concepteur.

Ce que demande la norme internationale

IEC 62930 est écrite pour l'application plutôt que pour un pays. Elle spécifie la construction du câble puis spécifie le programme d'essais que le câble fini doit survivre, ce qui est la partie qui compte lorsque vous tenez deux câbles d'apparence similaire et cherchez à décider s'ils sont le même produit.

L'ensemble d'essais traite de l'environnement dans lequel le câble vit réellement. Le vieillissement climatique et l'exposition aux ultraviolets agissent sur la surface extérieure. La chaleur humide et le vieillissement thermique agissent sur le matériau au fil du temps. La résistance aux solvants et aux huiles compte parce qu'un câble sur un toit touche des choses qu'un câble mural ne touche jamais. Le pliage à froid vérifie ce qui se passe lorsque la même gaine doit être formée à une température bien inférieure à celle de son extrusion. La résistance à l'ozone et un essai de tenue à la tension continue closent la liste. Une désignation sans halogène ajoute le comportement du matériau au feu : ce qu'il ne libère pas, et la quantité de fumée et de gaz acides qu'il produit.

Le nom inscrit sur une gaine peut donc correspondre à un système tandis que les preuves qui le sous-tendent en désignent un autre. Un câble peut porter le marquage H1Z2Z2-K et être qualifié selon le programme d'essai international, ou porter un code de type propre au fabricant et être tout de même qualifié. C'est pourquoi une spécification qui nomme une norme et exige le rapport d'essai est plus solide qu'une spécification qui nomme une désignation et s'arrête là.

Il est également utile de savoir que l'abréviation commerciale de la norme internationale peut elle-même prêter à confusion. Vous verrez la norme écrite IEC 131 dans certains documents de commande. Il n'existe pas de norme distincte portant cette signification : le numéro est 62930, et l'abréviation est une habitude plutôt qu'une seconde spécification.

Pourquoi un fil de bâtiment ordinaire échoue sur un toit

La défaillance d'un fil de bâtiment à gaine de polychlorure de vinyle en extérieur n'a rien de mystérieux et elle n'est pas progressive de manière inoffensive. Le composé contient un plastifiant qui le maintient souple. Au fil des années de chaleur et de soleil, le plastifiant migre vers l'extérieur, et la composante ultraviolette de la lumière solaire rompt les chaînes polymères en surface. La gaine perd sa souplesse, farine puis durcit. Une fois durcie, un mouvement au bord d'un chemin de câbles ou un cycle de température suffit à ouvrir une fissure.

L'eau suit la fissure. À partir de ce moment, l'isolation travaille dans des conditions pour lesquelles elle n'a jamais été choisie, et le bout de la chaîne est un chemin de fuite sur un conducteur qui porte la pleine tension de la chaîne. Côté continu, la conséquence est pire que le défaut équivalent sur un circuit alternatif, et la raison n'a rien à voir avec les matériaux du câble. Un courant alternatif passe par zéro à chaque demi-cycle, si bien qu'un arc qui se forme à un passage par zéro tend à s'éteindre. Un arc continu n'a pas un tel moment.

Les deux câbles de cette comparaison contiennent un cuivre similaire. Ce qui diffère, c'est le composé qui l'entoure, la manière dont le matériau est réticulé plutôt que thermoplastique, et les essais que le câble fini a dû subir. C'est la partie qu'un acheteur qui ne regarde que la section du conducteur ne peut pas voir, et c'est la partie qui décide de l'aspect du câble après cinq étés.

D'où viennent les contraintes

Il est utile de garder la liste des contraintes concrète, car une norme de câble est essentiellement cette liste convertie en essais avec des limites d'acceptation. La lumière solaire délivre un rayonnement ultraviolet toute la journée. Un boîtier de jonction en été est un petit volume clos chauffé par le module situé derrière lui, et le conducteur d'alimentation se trouve dans ce volume. Le cyclage en chaleur humide, c'est de la condensation suivie d'évaporation, encore et encore, à l'endroit où la gaine rencontre un connecteur ou un presse-étoupe. L'ozone est présent dans l'air et est aussi produit par les arcs, ce qui signifie qu'un joint mal réalisé peut endommager le câble à proximité. Le froid compte au moment de l'installation, lorsqu'une gaine à zéro degré est courbée autour d'un angle et conserve la déformation.

Le mouvement mécanique est celui qui est sous-estimé. Le vent déplace les câbles sur un chemin de câbles, le cyclage thermique les allonge et les raccourcit légèrement, et la tension de tirage lors de l'installation est souvent la plus grande force que le câble subisse jamais. Un câble photovoltaïque est spécifié pour survivre à tout cela pendant la durée de vie de la centrale, ce qui explique pourquoi les essais sur câble fini importent plus que la fiche technique de la matière première.

Deux décisions, une interface

Sur un projet réel, la question du câble se scinde en deux, et les deux moitiés sont décidées par des personnes différentes. Le conducteur d'alimentation qui sort du boîtier de jonction du module est choisi à l'usine de modules, dans le même gel de conception que le boîtier de jonction, la disposition des diodes et le connecteur. Il arrive attaché, encapsulé et testé avec le module. Le câble qui relie les chaînes et entre dans un boîtier de combinaison est choisi par celui qui conçoit la centrale, et il est tiré, habillé et raccordé sur site.

Le lieu où ces deux décisions se rencontrent, c'est le joint. Un connecteur est dimensionné pour une plage de sections de conducteur et une plage de diamètres extérieurs de gaine, avec un joint qui fonctionne sur cette plage. Si le câble du site a une gaine hors de la plage du joint, le raccord est étanche sur le papier et ne l'est pas sur le terrain. Si la classe de conducteur ne convient pas au contact, le sertissage paraît acceptable et présente moins de surface de contact que le design ne le prévoit. Les deux problèmes sont invisibles une fois le joint fermé, et les deux sont décidés avant que quiconque monte sur le toit.

C'est aussi là que les questions de câble rejoignent la discussion sur les connecteurs. Un connecteur certifié selon une norme est certifié en tant que système, avec une plage de câbles indiquée dans le certificat. Substituer un câble hors de cette plage fait sortir l'assemblage de la certification, même lorsque les deux pièces sont individuellement correctes. La même logique s'applique au conducteur du module : il a été qualifié avec le connecteur à son extrémité, et le câble fait partie de cet assemblage plutôt que d'un accessoire.

Pour en savoir plus sur cette interface, notamment ce qu'une allégation de compatibilité prouve et ne prouve pas, voir MC4 ou compatible MC4 et la comparaison des caractéristiques dans MC4 vs MC4-Evo 2.

Contrôler un câble entrant

Rien de tout cela n'exige un laboratoire. Cela exige de regarder les bonnes choses dans le bon ordre, et de demander des documents plutôt que d'accepter une description. La liste ci-dessous est ce qu'une inspection à réception peut réellement vérifier à la porte des marchandises.

Ce qui change sur la ligne de modules

Pour un fabricant de modules, le choix du câble n'est pas un détail d'achat, car le conducteur fait partie d'un assemblage qualifié. Changer le conducteur signifie changer un composant qui a été testé avec la boîte de jonction, le compound d'enrobage et le connecteur, et cela signifie réexaminer l'assemblage au regard des normes auxquelles le module est certifié. C'est pourquoi le type de conducteur tend à rester fixe pendant longtemps, même lorsqu'un câble moins cher apparaît.

Les conséquences physiques se manifestent à des postes spécifiques. Le conducteur doit se courber à l'intérieur de la boîte sans appuyer sur la diode ni sur le joint de soudure, ce qui impose un rayon de courbure minimal et une rigidité maximale. Il traverse un presse-étoupe ou une sortie moulée dont la plage d'étanchéité est fixe. Il est ensuite serti ou soudé à un connecteur selon un procédé dont l'outillage est choisi pour une classe de conducteur. La ligne d'assemblage des boîtes de jonction, les procédés de soudure et de collage des boîtes ainsi que l'étape de durcissement ont tous été mis en place autour de ces valeurs.

L'implantation de la ligne et la séquence des postes qui sous-tendent cela sont décrites dans la ligne d'assemblage des boîtes de jonction et dans le guide d'implantation des postes et de la ligne, l'étape de soudure elle-même étant traitée dans soudure des boîtes de jonction.

FAQ

Le PV1-F est-il une norme IEC ?

Non. Le PV1-F est une désignation de produit issue d'un schéma de test privé, et non un numéro du catalogue IEC. Cela ne le rend ni invalide ni inadapté ; cela signifie qu'une spécification qui nomme le PV1-F nomme un type de produit, tandis qu'une spécification qui nomme l'IEC 62930 nomme une norme à laquelle le câble doit être testé.

Puis-je utiliser un câble marqué H1Z2Z2-K et un câble marqué PV1-F dans la même chaîne ?

Rien dans les normes de câbles ne l'interdit, et électriquement la chaîne s'en moque. L'objection pratique est que les deux câbles peuvent vieillir à des rythmes différents, de sorte qu'une partie du tracé atteint la fin de sa durée de vie utile avant l'autre. Comme le câble est aussi la pièce qui défaille de manière invisible, conserver un seul type par chaîne simplifie à la fois la mise en service et le dépannage ultérieur.

Un conducteur plus épais rend-il un câble de qualité photovoltaïque ?

Non. La section concerne le courant et la chute de tension. La qualité photovoltaïque concerne le compound, la réticulation et le programme d'essais. Un fil de bâtiment de grande section reste un fil de bâtiment, et sa gaine se comportera en extérieur exactement comme celle d'un petit.

Pourquoi l'absence d'halogène importe-t-elle sur un toit ?

Une gaine contenant des halogènes libère des gaz corrosifs et toxiques lorsqu'elle brûle, et ces gaz attaquent le métal à proximité. Sur un toit, cela signifie que l'incendie peut endommager des équipements au-delà du câble lui-même, et cela rend l'incendie plus difficile à aborder. Un compound sans halogène réduit cette contribution, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles la désignation harmonisée l'exige à la fois pour l'isolation et pour la gaine.

Comment choisir la section pour une chaîne ?

À partir du courant de la chaîne, du mode de pose, de la température ambiante et de la chute de tension admise par la conception. Le mode de pose importe car un câble à l'air libre dissipe mieux la chaleur que le même câble regroupé dans un conduit. Le calcul relève de la conception électrique ordinaire ; la norme de câble définit les limites que le câble choisi doit respecter, pas la section à retenir.

Le module est déjà livré avec un conducteur. Le câble importe-t-il encore ?

Il importe au niveau du raccord. La classe de conducteur et le diamètre de gaine du conducteur sont ce à quoi le connecteur du module et le connecteur du câble de site doivent correspondre, et le comportement thermique et au feu du conducteur fait partie de la qualification du module. Acheter un module avec un conducteur adapté au câble de site et à l'exigence locale coûte moins cher que de corriger l'inadéquation plus tard.

Un nom est une affirmation que l'on peut vérifier

Les trois désignations existent parce que trois systèmes différents avaient besoin d'un moyen de décrire le même travail, et parce que le côté DC d'une installation est un endroit plus exigeant pour un câble qu'un mur. Les lire consiste surtout à savoir quel système on regarde, puis à se demander ce que le câble a dû endurer. Les lettres décrivent le compound et la construction du conducteur. Elles n'ont jamais été destinées à décrire le poids de cuivre, et elles n'ont jamais remplacé un rapport d'essai.

Pour un propriétaire d'installation, l'habitude utile est précise : à la réception, examiner le marquage, la classe de conducteur, le diamètre de gaine par rapport à la plage du connecteur, et les documents. Pour un fabricant de modules, le câble fait partie d'un assemblage qualifié dans son ensemble, et c'est la raison pour laquelle un changement de conducteur est un changement de conception plutôt qu'une substitution.

Note sur les données : la lecture lettre par lettre de H1Z2Z2-K et l'attribution des trois désignations suivent les normes de câbles publiées et les documents publics des schémas ; les lecteurs doivent considérer les textes des normes comme faisant autorité. Les points d'essai listés ci-dessus sont un résumé des domaines couverts par ces normes, et non un substitut aux clauses d'essai. Aucune valeur de performance dans cet article ne provient d'essais réalisés par l'auteur. La séquence de défaillance d'un fil à gaine PVC et le diagramme de contraintes sont des illustrations schématiques de mécanismes, et non des durées de vie mesurées.