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 (неоптимально)

Схема параллельного подключения цепей солнечных панелей с разным количеством панелей (неоптимально)

Схема параллельного подключения цепей солнечных панелей с разными параметрами (приемлемо)

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.