Decyzja o sposobie podłączenia paneli słonecznych – szeregowo, równolegle lub szeregowo-równolegle – jest jednym z najbardziej podstawowych wyborów projektowych w każdym komercyjnym systemie fotowoltaicznym. Wybór ten bezpośrednio określa napięcie systemu, prąd stringów, dopasowanie inwertera MPPT, wymagania dotyczące rozmiaru kabla, tolerancję zacienienia i zgodność z bezpieczeństwem. Inżynierowie i projektanci systemów EPC muszą zrozumieć zasady elektryczne, ograniczenia dotyczące kompatybilności falowników i wymagania kodowe przed określeniem konfiguracji okablowania dla komercyjnego układu.
Każdy panel słoneczny wytwarza prąd stały charakteryzujący się trzema kluczowymi parametrami elektrycznymi w standardowych warunkach testowych (STC: 1000 W/m², AM1,5, 25°C):
Gdy wiele paneli jest połączonych ze sobą, ich parametry elektryczne łączą się w zależności od tego, czy połączenie jest szeregowe, równoległe, czy też kombinacją. Zrozumienie tych kombinacji jest niezbędne do projektowania systemów, które mieszczą się w zakresie napięć MPPT falownika, wartości znamionowych bezpieczników stringów i obowiązujących przepisów elektrycznych.
W szeregowo połączonym ciągu panele są połączone w łańcuchu z zaciskiem dodatnim do zacisku ujemnego. Efekt elektryczny połączenia szeregowego to:
Gdzie N jest liczbą modułów w ciągu. Napięcie mnoży się z każdym dodatkowym modułem; prąd pozostaje stały (ograniczony przez moduł o najniższym prądzie w ciągu).
Dla modułu 600W z Vok = 49,8 V, Isc = 15,2A, Vmp = 41,5 V, Imp = 14,4A:
Większość komercyjnych inwerterów stringowych 1500 V DC (Sungrow SG250HX, Huawei SUN2000-215KTL, SMA Sunny Highpower PEAK3) akceptuje stringi w zakresie 1000-1500 V DC. Maksymalna długość łańcucha jest ograniczona przez:
Dla modułu z Vok = 49,8 V, prąd stałygłos = −0,27%/°C, w Tmin = −10°C:
W połączeniu równoległym wszystkie zaciski dodatnie są podłączane do wspólnej szyny dodatniej, a wszystkie zaciski ujemne do wspólnej szyny ujemnej. Efekt elektryczny jest odwrotnością szeregu:
Prąd mnoży; napięcie utrzymuje się na poziomie pojedynczego modułu. Czyste okablowanie równoległe jest rzadko stosowane w komercyjnych instalacjach fotowoltaicznych, ponieważ wynikające z tego niskie napięcie i bardzo wysoki prąd wymagałyby wyjątkowo dużych przekrojów kabli, co nieproporcjonalnie zwiększałoby koszty instalacji i straty mocy. Jednak połączenia równoległe są używane w określonych kontekstach:
Komercyjne panele słoneczne prawie powszechnie wykorzystują kombinacje szeregowo-równoległe: wiele paneli połączonych szeregowo w ciągi, a wiele ciągów jest połączonych równolegle na wejściu MPPT falownika lub w skrzynce łączącej. Taka konfiguracja umożliwia osiągnięcie zarówno wysokiego napięcia potrzebnego do wydajnego przesyłu mocy, jak i mocy wymaganej na skalę komercyjną.
| Konfiguracja | Moduły serii | Ciągi równoległe | Tablica Vmp | Tablica Imp | Tablica Pmaks |
|---|---|---|---|---|---|
| Przykład A | 28 | 1 | 28 × 41,5 V = 1162 V | 14,4A | 16,8 kW |
| Przykład B | 28 | 4 | 1162 V | 4 × 14,4A = 57,6A | 67,2 kW |
| Przykład C | 25 | 10 | 25 × 41,5 V = 1037 V | 10 × 14,4A = 144A | 150 kW |
Uwaga: we wszystkich przykładach zastosowano moduł 600 W z portem Vmp = 41,5 V, Imp = 14,4A w STC. Przykład C przedstawia konfigurację odpowiednią dla falownika centralnego o mocy 150 kW z odpowiednimi skrzynkami łącznika ciągów skupiającymi 10 ciągów przed podłączeniem prądu stałego.
Projekt systemu komercyjnego wymaga dokładnego obliczenia napięcia, prądu i mocy układu, aby dopasować je do specyfikacji falownika. Kluczowe ograniczenia projektowe to:
Ciąg Vok (skorygowana temperaturowo o minimalną temperaturę otoczenia) nie może przekraczać:
Ciąg Vmp (skorygowana temperaturowo dla maksymalnej temperatury ogniwa) musi przez cały czas pozostawać w zakresie śledzenia MPPT falownika. Przy maksymalnej temperaturze ogniwa (często 75-80°C w przypadku modułów w gorącym klimacie):
Dla modułu z Vmp = 41,5 V, prąd stałyVmp = −0,34%/°C, w Tkomórka = 75°C:
Dla ciągu 28 modułów: 28 × 34,4 = 964 V. Musi ono przekraczać minimalne napięcie MPPT falownika (zwykle 200–600 V, w zależności od modelu falownika). W przypadku Sungrow SG250HX zakres napięcia MPPT wynosi 200–1500 V, więc dopuszczalny jest ciąg 28 modułów.
Nowoczesne komercyjne falowniki stringowe oferują wiele trackerów MPPT, z których każdy jest w stanie optymalizować pobór mocy niezależnie od podłączonych do niego stringów. Kluczowe zasady konfiguracji MPPT:
W przypadku komercyjnego projektu dachowego o mocy 250 kW z Sungrow SG250HX (12 wejść MPPT, do 3 ciągów na wejście): 12 × 3 = maksymalnie 36 ciągów. Przy 28-modułowych ciągach o mocy 600 W, maksymalna moc układu = 36 × 28 × 600 W = 604,8 kW. Stosunek DC/AC wynosi 604,8/250 = 2,42, co przekracza zalecany zakres 1,1-1,5. Bardziej konserwatywny projekt mógłby wykorzystywać 18 ciągów po 28 modułów o mocy 302,4 kW DC (przełożenie 1,21) na 9 wejściach MPPT.
Straty rezystancyjne w okablowaniu prądu stałego zmniejszają moc wyjściową układu i powinny być utrzymywane poniżej 1-2% mocy układu. Dobór przekroju kabla odbywa się zgodnie z prawem Ohma:
W przypadku dostępnych na rynku kabli fotowoltaicznych typowe przekroje i wartości rezystancji (przy 70°C):
| Przekrój | Rezystancja (Ω/km przy 70°C) | Typowy bieg ciągów | Obciążalność prądowa (w przewodzie, temperatura otoczenia 40°C) |
|---|---|---|---|
| 4 mm² | 5,09 Ω/km | Moduł do modułu, krótkie serie | 25A |
| 6 mm² | 3,39 Ω/km | Kabel sznurkowy do skrzynki połączeniowej (<50m) | 32A |
| 10 mm² | 1,95 Ω/km | Łącznik do falownika (<80m) | 44A |
| 16 mm² | 1,21 Ω/km | Wysokoprądowy kabel magistralny prądu stałego | 57A |
| 25 mm² | 0,795 Ω/km | Główny kabel prądu stałego do centralnych zestawów inwerterów | 73A |
Okablowanie szeregowe w naturalny sposób wytwarza wyższe napięcie i niższy prąd dla danego poziomu mocy, co zmniejsza straty rezystancyjne w porównaniu z okablowaniem równoległym. Jest to podstawowy elektryczny powód, dla którego komercyjne systemy fotowoltaiczne preferują ciągi szeregowe wysokiego napięcia zamiast konfiguracji równoległych.
Komercyjne okablowanie instalacji fotowoltaicznych musi być zgodne z obowiązującymi przepisami i normami elektrycznymi. Kluczowe referencje według regionu:
Krytyczne wymagania bezpieczeństwa dla układów szeregowo-równoległych obejmują: bezpieczniki lub wyłączniki obwodu na każdym ciągu w konfiguracjach równoległych z wieloma ciągami; zabezpieczenie nadprądowe o rozmiarze zgodnym z NEC 690.9 (125% Isc dla bezpieczników szeregowych); Ochrona AFCI dla wszystkich przewodów prądu stałego w USA zgodnie z NEC 690.11; oraz odpowiednie uziemienie ramy układu i przewodów uziemiających sprzęt (EGC) zgodnie z 690.43.
Kupując panele, falowniki i okablowanie do komercyjnego projektu fotowoltaicznego, Econo Solar może dostarczyć kompletne zestawienie komponentów z prawidłowo określonymi przekrojami kabli i urządzeniami zabezpieczającymi. Aby omówić wymagania dotyczące projektu, odwiedź naszą stronę strona z zapytaniem o projekt.
Jeśli panel całkowicie ulegnie awarii (obwód otwarty) w szeregu szeregowym, cały ciąg traci moc, ponieważ prąd nie może przepływać przez przerwany obwód. Jeśli panel nie ulegnie zwarciu lub zostanie pominięty przez diodę bocznikującą (z powodu zacienienia), pozostałe panele w ciągu będą nadal generować przy obniżonym napięciu. Jest to główna zaleta związana z bezpieczeństwem, wynikająca z włączenia diod obejściowych do każdego modułu (standardowa praktyka): zacienione lub uszkodzone ogniwo aktywuje diodę obejściową dla tej grupy ogniw, umożliwiając dalsze generowanie reszty ciągu. Całkowitą awarię panelu w ciągu można wykryć poprzez monitorowanie i powinna ona spowodować natychmiastową konserwację.
Technicznie możliwe, ale zdecydowanie odradzane w systemach komercyjnych. Mieszanie różnych typów modułów lub mocy w tym samym ciągu powoduje straty wynikające z niedopasowania, ponieważ wszystkie panele w szeregu muszą przepuszczać ten sam prąd, który jest ograniczony przez panel o najniższym prądzie. Panele o wyższej mocy zmuszone są pracować poniżej optymalnego punktu, zmniejszając ogólną moc wyjściową łańcucha. W przypadku projektów komercyjnych zawsze używaj identycznych modułów (tego samego producenta, tego samego modelu, tej samej klasy mocy) w każdym łańcuchu, a najlepiej we wszystkich ciągach tego samego trackera MPPT. Norma IEC 62548 zaleca, aby wszystkie moduły w szeregu miały pasującą charakterystykę elektryczną.
Stosunek DC/AC (zwany także współczynnikiem przewymiarowania) wynoszący 1,1–1,3 jest typowy dla instalacji komercyjnych w strefach umiarkowanego natężenia promieniowania. W lokalizacjach o wysokim natężeniu promieniowania (GHI > 2000 kWh/m²/rok) często stosuje się współczynniki 1,3–1,5, ponieważ straty w zakresie obcinania falownika w godzinach szczytu są z nawiązką kompensowane wyższym uzyskiem energii w godzinach częściowego nasłonecznienia. Współczynniki powyżej 1,6 są rzadkie w komercyjnych systemach podłączonych do sieci, ponieważ straty przy obcinaniu stają się znaczne, a ciągła praca przy limicie mocy wyjściowej prądu przemiennego może mieć wpływ na warunki gwarancji producentów falowników. Firmy Sungrow, Huawei i SMA publikują zalecane współczynniki przewymiarowania w swoich przewodnikach projektowych, z którymi należy się zapoznać w przypadku konkretnych modeli falowników.
Konkurencyjne ceny komercyjnych modułów fotowoltaicznych, falowników stringowych i BOS od wiodących chińskich producentów.
Uzyskaj wycenę projektu →