Соединение солнечных панелей

Схемы подключения солнечных панелей. Правила соединения солнечных панелей.

СветРезерв
117405, г. Москва, Варшавское ш., д. 145, к. 8
Тел.: +7 (495) 308‑45‑17
Сайт: svetrezerv.ru
E-mail: info@svetrezrv.ru

Последовательное соединение повышает напряжение, параллельное — ток, а смешанное позволяет увеличить и напряжение, и ток. Схему выбирают прежде всего под параметры солнечного входа инвертора или контроллера: допустимое напряжение, диапазон MPPT и ток — а не только под количество панелей.

Что меняется при соединении

Для одинаковых панелей при одинаковом освещении действуют следующие правила. Мощность массива в идеальных условиях складывается при любом способе соединения, но фактическая отдача зависит от согласования с инвертором, затенения и потерь.

Эти зависимости относятся к соответствующим паспортным параметрам: рабочие напряжения складывают с рабочими, напряжения холостого хода — с напряжениями холостого хода.

Для расчёта нужны четыре характеристики из паспорта панели:

Важно: напряжение аккумулятора и напряжение солнечного массива — разные параметры. Например, контроллер для аккумулятора 48 В может работать с существенно более высоким напряжением панелей; конкретные пределы определяются его паспортом.

Как подключать солнечные панели.

Последовательное соединение

Соединяют плюс первой панели с минусом второй, плюс второй — с минусом третьей и так далее. К инвертору идут два оставшихся свободных вывода: минус первой и плюс последней панели. Такая последовательная цепочка называется стрингом.

PV− → [− Панель 1 +] → [− Панель 2 +] → [− Панель 3 +] → PV+

Для N одинаковых панелей:

V_{mp, массив}=N х V_mpI_{mp, массив}=I_mp

Также складывается напряжение холостого хода.

• Лучше использовать одинаковые панели: для последовательного соединения особенно важно соответствие рабочих токов. Несогласованные панели могут ограничивать отдачу цепочки.
• Более высокое напряжение при той же передаваемой мощности позволяет уменьшить ток и потери в кабеле; это полезно при длинной трассе.
• Затенение части последовательной цепочки может заметно снизить её мощность. Поэтому не стоит считать, что каждая панель в стринге работает независимо от остальных.

Параллельное соединение солнечных панелей

Все плюсовые выводы объединяют и подключают к PV+, все минусовые — к PV−. Для объединения используют подходящие по току разветвители либо коробку объединения с необходимой защитой.

Панель 1 (+) ─┐Панель 2 (+) ─┼── PV+Панель 3 (+) ─┘ Панель 1 (−) ─┐Панель 2 (−) ─┼── PV−Панель 3 (−) ─┘

Для N одинаковых панелей:

V_{mp, массив}=V_mpI_{mp, массив}=Nх I_mp

Аналогично складываются токи короткого замыкания.

• Для параллельного соединения важно соответствие рабочих напряжений панелей. Самый предсказуемый вариант — одинаковые модели.
• Общий кабель и соединители должны выдерживать суммарный ток, а не ток одной панели. С ростом тока повышаются требования к сечению и потерям в линии.
• Параллельное соединение не повышает напряжение: если одной панели недостаточно для запуска MPPT, добавление таких же панелей параллельно эту проблему не решит.
• При параллельных ветвях нужно оценивать обратный ток в повреждённую ветвь и необходимость стринговых предохранителей.

Смешанное соединение солнечных панелей

Сначала собирают несколько последовательных стрингов, затем соединяют их плюсовые и минусовые выводы параллельно.

PV− ─┬─ [− Панель 1 +] ─ [− Панель 2 +] ─┬─ PV+           └─ [− Панель 3 +] ─ [− Панель 4 +] ─┘

Это схема 2S2P: две панели последовательно в каждом стринге и два стринга параллельно.

Для одинаковых модулей параллельные стринги делают с одинаковым количеством панелей: нельзя просто объединить цепочку из двух панелей с цепочкой из трёх, поскольку их напряжения будут различаться.

Пример расчета на четырёх солнечных панелях

Возьмём условную панель с характеристиками: V_mp=40 В, I_mp=10 А, V_oc=48 В, I_sc=10,5 А. Рабочая мощность одной панели — 400 Вт. Ниже расчёт по правилам последовательного и параллельного соединения; это пример, а не параметры конкретной модели.

*Значения без температурных и иных расчётных поправок.

Таким образом, соединение само по себе не превращает четыре панели по 400 Вт в более мощный источник. Оно меняет соотношение напряжения и тока, позволяя согласовать массив с оборудованием.

Например, при нижней границе MPPT 60 В схема 4P с рабочими 40 В не обеспечит нужный режим. А при максимальном входном напряжении 150 В схема 4S неприемлема уже по паспортному V_oc=192 В — ещё до поправки на холод. Поэтому проверяют не только мощность массива.

Требования и проверки подключения солнечных модулей

Напряжение солнечных панелей на морозе

Главная проверка: напряжение холостого хода всего стринга при минимальной расчётной температуре не должно превышать максимальное напряжение солнечного входа. На холоде оно увеличивается; подбирать количество панелей только по V_mp опасно.

Если температурный коэффициент V_oc указан в %/°C, приближённый расчёт имеет вид:

Здесь betaV_oc обычно отрицательный, поэтому при температуре ниже 25 °C поправка увеличивает напряжение. Для расчёта используют коэффициент конкретной панели и минимальную расчётную температуру её работы.

Пример: при V_oc=48 В, коэффициенте −0,28%/°C и температуре −25 °C одна панель даст расчётные 54,72 В, а две последовательно — 109,44 В. Следовательно, вход с пределом 100 В для такой цепочки не подходит. Это иллюстрация температурной проверки, а не универсальный запас.

Рабочий диапазон и ток солнечных систем

• Рабочее напряжение стринга должно оставаться в диапазоне MPPT при расчётных температурах. Проверяют также условия запуска инвертора или контроллера.
• Суммарный I_sc, с предусмотренными расчётными поправками, не должен превышать допустимый ток короткого замыкания соответствующего входа/MPPT.
• Рабочий ток и допустимый ток КЗ — разные ограничения. У некоторых инверторов превышение используемого рабочего тока допускается с ограничением мощности, но предел I_sc превышать нельзя; такое решение должно соответствовать документации конкретного устройства.
• Проверять нужно параметры каждого MPPT и, если указано, каждого отдельного входа, а не только общую мощность инвертора.

Кабели и защита солнечной генерации

• Сечение кабеля выбирают по расчётному току, длине, допустимому падению напряжения и условиям прокладки. Назначать «4 или 6 мм² для любых панелей» неправильно.
• Разъёмы, разветвители и устройства отключения должны соответствовать напряжению и току массива; особенно учитывают суммарный ток после объединения ветвей.
• Необходимость и номинал стринговых предохранителей определяют по возможному обратному току, характеристикам панели и инструкции производителя. Правило «предохранитель нужен всегда» либо «не нужен никогда» некорректно.
• Монтаж и отключение выполняют по инструкции оборудования с предусмотренной DC-защитой. Высоковольтный солнечный массив — не безопасная низковольтная цепь только потому, что он питается от панелей.

Как выбрать схему подключения солнечных блоков

Практический порядок — сначала подобрать длину последовательного стринга по напряжению, затем количество параллельных стрингов по току и мощности. При этом обязательно проверить холодный V_oc, рабочий диапазон MPPT и предельный I_sc.

Такой выбор опирается на требования к напряжению, току и условиям освещения, а не на правило «последовательно всегда лучше» или «параллельно всегда лучше».

Для расчёта именно вашей схемы нужны модели панелей и инвертора/контроллера, количество панелей, минимальная температура на объекте и длина кабельной трассы.

Никита Кириллов Телефон: +7 964 774‑20‑42 E-mail: info@svetrezerv.ru MAX: Написать Никите

Александр Елисеев Телефон: +7 964 774‑20‑48 E-mail: info@svetrezerv.ru MAX: Написать Александру