Підключення сонячних панелей в один масив

При проектуванні приватної сонячної станції середньої та великої потужності виникає питання, як оптимально зробити підключення сонячних панелей між собою та до інвертора. Адже обрана схема підключення безумовно буде впливати на річну продуктивність сонячної станції. Особливо це питання актуальне для станцій, де придатні площі розміщення панелей обмежені і доводиться вдаватися до орієнтування панелей з різних сторін відносно півдня.

Основні варіанти підключення сонячних панелей між собою

Як і для будь-яких інших електричних систем нам стане в нагоді базове розуміння потужності, сили струму та напруги. Формула, що пов’язує всі ці параметри, виглядає так:

P [Вт] = U [В] · I [А]

Дана формула є основою для проектування фотоелектричних установок і буде застосовуватись для розрахунку масиву сонячних панелей.

Існують 3 варіанти підключення сонячних панелей між собою в єдиний сонячний масив:

• Послідовне підключення
• Паралельне підключення
• Послідовно-паралельне підключення

За умов послідовного підключення мінусова клема першої панелі підключається до плюсової клеми другої, мінусової другої до плюсу третьої і так далі. Такий ланцюг часто називають “стрінгом” від англійського слова “string” – ланцюг.

При послідовному підключенні сонячних панелей напруга в ланцюгу підсумовується, а струм в такому ланцюгу дорівнює струму однієї панелі з найнижчим значенням.

Схема послідовного підключення сонячних панелей

На малюнку вище зображений ланцюг із десяти послідовно з’єднаних фотоелектричних панелей. Одна панель за умов STC видає 9 Ампер [А] та 30 Вольт [В]. Потужність однієї сонячної панелі для вибраних даних: 30 · 9 А = 270 Вт. При цьому напруга ланцюга дорівнюватиме: 30 · 10 шт = 300 В, а струм дорівнює 9 А. Сумарну потужність можна обчислити як суму потужностей всіх модулів, так і як добуток загальної напруги та струму ланцюга: 300 · 9 А = 2700 Вт.

Дуже важливо, щоб панелі у стрінгу були ідентичними. Бажано вони мають бути однієї моделі від одного виробника і поставлялися в одній партії. Через невелике відхилення параметрів лише однієї панелі може постраждати генерація всього ланцюга. Так само важливо, щоб панелі в одному стрінгу були орієнтовані в одному напрямку.

Схема послідовного підключення сонячних панелей з різними параметрами напруги та струму

На малюнку вище показано, що один модуль з меншим струмом і напругою впливає на значення всього ланцюга. Потужність такого ланцюга становитиме: 295 · 8 А = 2360 Вт.

У статті “Як правильно розрахувати інвертор для сонячних батарей” я вже розповідав, як необхідно підбирати максимальну та мінімальну кількість панелей в одному стрінгу.

При паралельному підключенні сонячних панелей напруга на виході кожної панелі дорівнюватиме між собою і дорівнює напрузі на виході всього сонячного масиву з паралельно підключених панелей. Струм від усіх панелей сумуватиметься.

Схема паралельного підключення

Згідно з прикладом вище, сумарна напруга масиву з 4-х паралельно підключених сонячних панелей дорівнюватиме 30 В, а струм дорівнює: 9 А · 4 шт = 27 А.

Найбільш поширений варіант підключення сонячних панелей – це послідовно-паралельне підключення. Дана схема дозволяє, не піднімаючи напруги, збільшити струм від масиву сонячних панелей.

Схема послідовно-паралельного підключення сонячних панелей

На схемі вище показані два стрінги, підключені паралельно між собою в один масив. Таким чином виходить масив, що має на виході напругу 300 В зі струмом 18 А. Загальна потужність масиву дорівнює 300 В · 18 А = 5 400 Вт.

Можна з’єднувати ланцюги паралельно, за умови, що їхня напруга не відрізняється один від одного більш ніж на 5%. Отже, кількість модулів у паралельно з’єднаних ланцюгах має бути однаковою. Неправильно з’єднувати два стрінги в паралель, що складаються, наприклад, з 7 та 8 панелей.

Схема паралельного підключення ланцюгів сонячних панелей із різними параметрами (неоптимально)

Схема паралельного підключення ланцюгів сонячних панелей із різною кількістю панелей (неоптимально)

Схема паралельного підключення ланцюгів (стрінгів) сонячних панелей із різними параметрами (прийнятно)

На схемах вище показано, як підключення різних ланцюгів у паралель впливає на потужність всього масиву.

Різноспрямоване підключення сонячних панелей

Для більш складних схем підключення сонячних панелей, що передбачає різнобічний монтаж, слід застосовувати інвертори з не менш ніж двома точками входу MPPT. Це дозволить оптимізувати потужність кожного масиву, зробивши їх незалежними один від одного.

Схема різнобічного підключення масивів сонячних панелей

На схемі вище показано 2 масиви з послідовного ланцюга і масив з послідовно паралельним з’єднанням сонячних панелей. Таке рішення буде раціональним, оскільки сонячні панелі в кожному масиві орієнтовані в одному напрямку, а ланцюги у більшому масиві однакові за кількістю модулів.

Як ми вже розглянули вище, загальний принцип підключення ланцюгів сонячних панелей до інвертора свідчить, що в одному стрінгу не повинні бути сонячні панелі з різною орієнтацією по сторонах світла. Також це стосується і ланцюгів підключених паралельно.

Не рекомендований варіант підключення панелей спрямованих у різні сторони щодо півдня

Однак у цьому правилі може бути зроблено певний виняток, якщо у нас не вистачає виходів MPPТ, а ланцюги підключених панелей будуть складатися з однакової кількості сонячних модулів, наприклад конфігурації схід-захід.

Схема підключення паралельних ланцюжків панелей спрямованих з різних боків щодо півдня однією вихід MPPТ

Можна підключити два стрінги сонячних панелей до одного MPPТ під різними кутами та/або різними азимутами за умови, що вони з’єднані паралельно і складаються з рівної кількості панелей, як показано на малюнку вище.

Ця можливість існує тому, що паралельне з’єднання ланцюжків сонячних панелей під різними кутами призводить до невідповідності струму, але при паралельному підключенні струми складаються. При цьому різне освітлення сонячних панелей не призводить до великої неузгодженості напруги.

Невелика неузгодженість напруги при паралельному підключенні не призводить до значних втрат продуктивності електроенергії, особливо якщо інвертор має функцію глобального пошуку MPPТ. У цьому випадку підключення двох різних ланцюгів сонячних панелей під різними кутами можна вважати прийнятним і рівень втрат не повинен перевищувати 1-2% порівняно з підключенням на окремі входи MPPТ в інверторі.