Как правильно соединять солнечные модули в солнечную батарею?
Для увеличения мощности солнечной батареи несколько фотоэлектрических модулей соединяют последовательно и/или параллельно. Увеличение мощности солнечной батареи позволяет больше использовать экологически чистую солнечную энергию для питания различных потребителей электроэнергии.
Очень часто наши клиенты докупают солнечные панели к уже существующим. Учитывая то, что солнечные модули постоянно совершенствуются, повышается их КПД и улучшаются электрические параметры, старые солнечные панели могут иметь отличающиеся от новых параметры — токи, напряжения, мощности и т.д. Изменяются также и напряжения в точке максимальной мощности модулей. Поэтому важно знать, как правильно соединять между собой одинаковые и разные солнечные модули, чтобы получить максимальную мощности и эффективность от солнечной батареи.
Хитрость здесь при соединении солнечных панелей заключается в том, чтобы выбрать метод подключения, который даст вам наиболее энергоэффективную конфигурацию для ваших конкретных требований. Соединение солнечных панелей вместе может показаться сложной задачей, когда вы впервые начинаете смотреть на то, как это должно быть сделано, но соединить несколько солнечных панелей вместе не так уж сложно, если немного подумать. Соединение солнечных панелей вместе в параллельных или последовательных комбинациях для создания больших массивов часто упускается из виду, но является совершенно важной частью любой хорошо спроектированной солнечной энергетической системы.
Существует три основных, но очень разных способа соединения солнечных панелей, и каждый способ соединения предназначен для определённой цели. Например, для получения большего выходного напряжения или для получения большего тока. Солнечные панели могут быть подключены последовательно или параллельно для увеличения напряжения или силы тока соответственно, или они могут быть соединены вместе последовательно и параллельно для увеличения как напряжения, так и выходного тока, создавая массив более высокой мощности.
Запомните простое правило: последовательно можно соединять солнечные панели с одинаковым рабочим током (током в ТММ ), а параллельно — с одинаковым рабочим напряжением. При этом при последовательном соединении суммируется напряжение и остаётся неизменным ток, а при параллельном соединении суммируется ток, и остаётся неизменным напряжение.
Независимо от того, подключаете ли вы две солнечные панели или больше, если вы понимаете основные принципы того, как соединение нескольких солнечных панелей вместе увеличивает мощность и как работает каждый из этих методов подключения, вы можете легко решить, как подключить свои собственные панели вместе. В конце концов, правильное соединение солнечных панелей может значительно повысить эффективность вашей солнечной системы.
Соединение солнечных панелей последовательно
Первый способ, который мы рассмотрим для соединения солнечных панелей, — это соединение в цепочку, или «последовательно». Последовательное соединение солнечных панелей используется для увеличения общего напряжения системы. Солнечные панели, соединённые последовательно, обычно используются, когда у вас есть подключенный к сети инвертор или контроллер заряда, для которого требуется 24 вольта или более. Чтобы последовательно соединить панели, вы подключаете положительную клемму к отрицательной клемме каждой панели, пока не останется одно положительное и отрицательное соединение.
Напряжение солнечных панелей, соединённых последовательно, суммируются, что дает большее общее выходное напряжение массива, как показано на рисунке.
Соединение солнечных панелей с одинаковыми параметрами в цепочку
В этом методе ВСЕ солнечные панели имеют одинаковый тип и номинальную мощность. Общее выходное напряжение будет суммой выходных напряжений каждой панели.
Теперь давайте посмотрим на последовательное соединение солнечных панелей с разным номинальным напряжением, но с одинаковым номинальным током.
Соединение солнечных панелей с разными напряжениями и одинаковым током в цепочку
В этом методе все солнечные панели имеют разные напряжения и номинальную мощность, но имеют одинаковый номинальный ток. Когда они соединены вместе последовательно, массив выдает 21 вольт при 3,0 амперах или 63 Вт. Снова сила тока остаётся прежней и составляет 3,0 ампера, но выходное напряжение подскакивает до 21 вольта (5 + 7 + 9).
Наконец, давайте посмотрим на последовательное соединение солнечных панелей с совершенно разным номинальным напряжением и разным номинальным током.
Соединение солнечных панелей с разными напряжениями и токами в цепочку
В этом методе все солнечные панели имеют разные параметры и номинальную мощность. Напряжения отдельных панелей будут суммироваться, как и раньше, но на этот раз сила тока будет ограничена значением самой слаботочной панели в последовательной цепочке, в данном случае 1 ампер. Тогда массив будет производить 19 вольт (3 + 7 + 9) и 1,0 ампер, или только 19 ватт из 69 доступных, что снижает эффективность массива.
Мы видим, что солнечная панель, рассчитанная на 9 вольт, 5 ампер, будет использовать только одну пятую или 20% своего максимального потенциала тока, что снижает ее эффективность. Последовательное соединение солнечных панелей с разным номинальным током следует использовать только временно, так как солнечная панель с наименьшим номинальным током определяет выходной ток всего массива.
Параллельное подключение солнечных панелей
Следующий метод соединения солнечных панелей, который мы рассмотрим, называется «параллельное соединение». Параллельное соединение солнечных панелей используется для увеличения общего тока системы. При параллельном подключении вы соединяете все положительные клеммы вместе (положительные с положительными) и все отрицательные клеммы вместе (отрицательные с отрицательными), пока не останется одно положительное и отрицательное соединение для подключения к солнечному контроллеру и батареям.
Когда вы соединяете солнечные панели параллельно, общее выходное напряжение остаётся таким же, как и для одной панели, но выходной ток становится суммой выходного сигнала каждой панели, как показано.
Параллельное соединение солнечных панелей с одинаковыми параметрами
В этом методе ВСЕ солнечные панели имеют одинаковый тип и номинальную мощность. При использовании тех же трех панелей на 6 вольт и 3,0 ампера, что и выше, выходное напряжение останется прежним на уровне 6 вольт, но сила тока увеличится до 9,0 ампер (3 + 3 + 3) и общая мощность панелей при параллельном соединении составит 54 Вт.
Но что, если наши солнечные панели не идентичны, как это повлияет на другие панели? Мы видели, что токи складываются, так что здесь нет реальной проблемы, пока напряжения панелей одинаково, а выходное напряжение остается постоянным. Давайте посмотрим на параллельное подключение солнечных панелей с разным номинальным напряжением и разным номинальным током.
Параллельное соединение солнечных панелей с разными напряжениями и токами
Это самое сложное и непредсказуемое соединение солнечных панелей. Однозначно можно сказать, что напряжение не будет выше, чем у панели с самым высоким напряжением и ток не будет больше, чем сумма токов панелей. Теоретически токи должны складываться, как и раньше, но напряжение будет стремиться к самому низкому значению. Точнее, напряжение установится где-то в промежутке между самым низким и самым высоким, но, из-за смещения рабочей точки на вольтамперной характеристике у разных модулей получится так, что модуль с самым низким напряжением будет работать как нагрузка (небольшая, потому что солнечная панель — это диод с определенным обратным напряжением пробоя), а панель с самым высоким напряжением будет работать в точке на характеристике, намного левее точки максимальной мощности.
Поэтому солнечные панели должны иметь одинаковое выходное напряжение, чтобы их можно было безопасно и эффективно использовать параллельно. При параллельном соединении солнечных панелей важно, чтобы ВСЕ они имели одинаковое номинальное значение напряжения, но не обязательно, чтобы они имели одинаковое значение силы тока.
Соединение солнечных панелей вместе для формирования больших массивов не так уж сложно. Сколько последовательных или параллельных цепочек панелей вы составляете на массив, зависит от того, какое напряжение и ток вы хотите получить. Можно использовать последовательно-параллельную комбинацию.
Как соединять панели между собой?
MC4 коннекторы
Для легкого соединения модулей между собой используются специальные герметичные разъемы. Сейчас наиболее распространены разъемы, разработанные швейцарской компанией MultiContact. Они надежно соединяются между собой простым защелкиванием. Подробная инструкция по применению и обжимке этих разъемов приведена у нас в блоге Интернет-магазина. Такие разъмы рассчитаны на максимальный ток 30А (а для китайских копий мы не рекомендуем превышать ток в 20А).
Для быстрого и надежного параллельного соединения солнечных панелей применяются специальные разветвители на 2, 3, 4 и даже 5 модулей. Следите за тем, чтобы ток на выходе такого разветвителя не превышал допустимый ток MС4 коннектора (т.е. 30А). Для контроля от превышения тока применяются специальные MC4 предохранители. Если ток выше, то нужно применять другие способы соединения (обычно применяется распределительная клеммная коробка).
При соединении солнечных панелей снаружи помещений применяются специальные солнечные кабели, которые имеют защиту от воздействия влаги и ультрафиолета. Солнечные кабели должны обладать устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, экстремальным температурам и погодным условиям. Солнечные кабели соединяют солнечные панели и другие электрические компоненты фотоэлектрической системы. Конкретные требования к материалам, используемым для электропроводки установки солнечных батарей, приведены в национальных и местных электротехнических нормах, которые регулируют электроустановки в данном районе. Кабель может быть одножильным или скрученным, где многожильные провода состоят из множества тонких проводов, которые позволяют проводу быть гибким. Этот тип рекомендуется для больших сечений кабеля. Ток имеет тенденцию течь по внешней стороне провода, поэтому многожильные провода имеют немного лучшую проводимость, поскольку поверхность проводников больше.
Важность коммутационной коробки
Важной особенностью конструкции солнечных панелей является распределительная коробка. Она прикреплена к задней части солнечной панели и выполняет несколько важных функций. Распределительная коробка имеет байпасные диоды, которые пропускают ток через себя при частичном затенении или выходе из строя цепочки солнечных элементов в модуле. Солнечная панель обычно состоит из нескольких цепочек последовательно соединенных солнечных элементов, которые соединены между собой параллельно. Каждая цепочка солнечных элементов защищена диодом. Если часть солнечной панели затенена, эта цепочка будет потреблять энергию. Диоды внутри распределительной коробки предотвращают это.
Хорошая распределительная коробка предотвращает или сводит к минимуму коррозию проводов. При покупке солнечных модулей важно проверить степень защиты IP распределительных коробок, так как если они не являются водонепроницаемыми, то это может привести к короткому замыканию и повреждению всей серии подключенных к ней солнечных модулей.
Современные солнечные модули, как правило, используют разъемы MC4, потому что они значительно упрощают и ускоряют подключение вашей солнечной батареи. Благодаря фиксирующему механизму разъемов MC4 они не отсоединяются и хорошо подходят для использования вне помещений. Разъемы можно разъединить, но для этого требуется специальный инструмент для разблокировки MC4.
Вопрос соединения солнечных панелей между собой затрагивается также в статье «Вопросы и ответы — Солнечные батареи«
Эта статья прочитана 9421 раз(а)!
Подключение солнечных панелей в один массив
При проектировании домашней солнечной станции средней и большой мощности возникает вопрос как именно следует произвести подключение солнечных панелей между собой и к инвертору. Ведь выбранная схема подключения может сильно влиять на годовую производительность солнечной станции. Особенно этот вопрос актуален для станций, где пригодные площади размещения панелей ограничены и приходится прибегать к ориентированию панелей по разным сторонам относительно юга.
Основные варианты подключения солнечных панелей между собой.
Как и для любых других электрических систем нам необходимо базовое понимание мощности, силы тока и напряжения. Формула, связывающая все эти параметры выглядит так:
P [Вт] = U [В] · I [А]
Данная формула является основой для проектирования фотоэлектрических установок и пригодится нам для расчета массива солнечных панелей.
Существуют 3 варианта подключения солнечных панелей между собой в единый солнечный массив:
- Последовательное подключение.
- Параллельное подключение.
- Последовательно-параллельное подключение.
При последовательном подключении минусовая клемма первой панели подключается к плюсовой клемме второй, минусовая второй к клемме третьей и так далее. Такую цепь часто называют «стрингом» от английского слова «string» — цепочка.
При последовательном подключении солнечных панелей напряжение в цепи суммируется, а ток в такой цепи будет соответствовать току одной панели с самым низким его значением.
Схема последовательного подключения солнечных панелей
На рисунке выше показана цепь из десяти последовательно соединенных фотоэлектрических панелей. Одна панель в условиях STC выдает 9 ампер [А] и 30 вольт [В]. Мощность одной солнечной панели для выбранных данных: 30 В · 9 А = 270 Вт. При этом напряжение цепи будет равно: 30 В · 10 шт = 300 В, а ток равен 9 А. Суммарную мощность можно вычислить как сумму мощностей всех модулей, так и как произведение общего напряжения на ток в цепи: 300 В · 9 А = 2700 Вт.
Очень важно чтобы панели в стринге были идентичными. Т. е. были одной модели от одного производителя и поставлялись в одной партии. Из-за небольшого отклонения параметров всего одной панели может пострадать выработка всей цепи. Так же важно чтобы панели в одном стринге были ориентированы в одном направлении.
Схема последовательного подключения солнечных панелей с разными параметрами напряжения и тока
На рисунке выше показано, что один модуль с меньшим током и напряжением, задет это значение всей цепи. Мощность такой цепи равна: 295 В · 8 А = 2360 Вт.
В статье «Как правильно рассчитать инвертор для солнечных батарей» я уже рассказывал, как необходимо выбирать максимальное и минимальное количество панелей в одном стринге.
При параллельном подключении солнечных панелей напряжение на выходе каждой панели будет равным между собой и равным напряжению на выходе всего солнечного массива из параллельно подключенных панелей. Ток от всех панелей будет суммироваться.
Схема параллельного подключения
Согласно примеру выше, суммарное напряжение массива из 4-х параллельно подключенных солнечных панелей будет равно 30 В, а ток равен: 9 А · 4 шт = 27 А.
Наиболее распространенный вариант подключения солнечных панелей — это последовательно-параллельное подключение. Данная схема позволяет, не поднимая напряжения увеличить ток от массива солнечных панелей.
Схема последовательно-параллельного подключения солнечных панелей
На схеме выше показаны два стринга подключенные параллельно между собой в один массив. Таким образом выходит массив, имеющий на выходе напряжение 300 В с током 18 А. Общая мощность массива равна 300 В · 18 А = 5 400 Вт.
Можно соединять цепи параллельно, при условии, что их напряжения не отличаются друг от друга более чем на 5%. Следовательно, количество модулей в параллельно соединенных цепях должно быть одинаковым. Неправильно соединять два стринга в параллель, состоящие, например, из 7 и 8 панелей.
Схема параллельного подключения цепей солнечных панелей с разными параметрами
Схема параллельного подключения цепей солнечных панелей с разным количеством панелей
На примерах выше показано, как подключение разных цепей в параллель влияет на мощность всего массива.
Разнонаправленное подключение солнечных панелей
Для более сложных схем подключения солнечных панелей предполагающее разносторонний монтаж следует применять инверторы с не менее чем двумя точками входа MPPT. Это позволит оптимизировать мощность каждого массива сделав их независимыми друг от друга.
Схема разностороннего подключения массивов солнечных панелей
На схеме выше показаны 2 массива из последовательной цепочки и массив с последовательно параллельным соединением солнечных панелей. Такое решение будет оптимальным, т.к. солнечные панели в каждом массиве ориентированы в одном направлении а цепи в большем массиве одинаковы по количеству модулей.
Как мы уже рассмотрели выше, общий принцип подключения цепей солнечных панелей к инвертору гласит, что в одной цепочке не должны находиться солнечные панели с разной ориентацией по сторонам света. Так же это касается и цепочек подключенных параллельно.
Не рекомендованный вариант подключения панелей направленных в разные сторона относительно юга
Однако в этом правиле может быть сделано определенное исключение, если у нас не хватает выходов MPPТ, а цепи подключенных панелей будут состоять из одинакового количества солнечных модулей, например, в конфигурации восток-запад.
Схема подключения параллельных цепочек панелей направленных по разным сторонам относительно юга на один выход MPPТ
Можно подключить два стринга солнечных панелей к одному MPPТ под разными углами и / или разными азимутами, при условии, что они соединены параллельно и состоят из равного количества панелей, как показано на рисунке выше.
Эта возможность существует благодаря тому, что параллельное соединение цепочек солнечных панелей под разными углами приводит к несоответствию тока, но при параллельном подключении токи складываются. При этом различное освещение солнечных панелей не приводит к большому рассогласованию напряжений.
Небольшое рассогласование напряжений при параллельном подключении не приводит к значительным потерям производительности электроэнергии, особенно если инвертор имеет функцию глобального поиска MPPТ. В этом случае подключение двух разных цепей солнечных панелей под разными углами можно считать приемлемым, и уровень потерь не должен превышать 1% по сравнению с подключением на отдельные входы MPPТ в инверторе.
Сергей Маринец
Автор — инженер по возобновляемым источникам энергии
Источник https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/pv-panels-connection.htm
Источник https://solarsoul.net/podklyuchenie-solnechnyx-panelej-v-odin-massiv