Решение о том, как подключать солнечные панели — последовательно, параллельно или последовательно-параллельно — является одним из наиболее фундаментальных решений при проектировании любой коммерческой солнечной системы. Этот выбор напрямую определяет напряжение системы, ток цепочки, соответствие инвертора MPPT, требования к размеру кабеля, допуск на затенение и соответствие требованиям безопасности. Инженеры EPC и проектировщики систем должны понимать электрические принципы, ограничения совместимости инверторов и требования норм, прежде чем определять конфигурацию проводки для коммерческого массива.
Каждая солнечная панель вырабатывает мощность постоянного тока, характеризующуюся тремя ключевыми электрическими параметрами в стандартных условиях испытаний (STC: 1000 Вт/м², AM1,5, 25°C):
Когда несколько панелей соединены вместе, их электрические параметры объединяются в зависимости от того, является ли соединение последовательным, параллельным или комбинированным. Понимание этих комбинаций необходимо для проектирования систем, которые не выходят за пределы диапазона напряжения инвертора MPPT, номиналов предохранителей и применимых электрических норм и правил.
В последовательно соединенной цепочке панели соединяются положительной клеммой с отрицательной клеммой в шлейфовой цепи. Электрический эффект последовательного соединения:
Где N — количество модулей в строке. Напряжение умножается с каждым дополнительным модулем; ток остается постоянным (ограничивается модулем с наименьшим током в цепочке).
Для модуля мощностью 600 Вт с напряжением Vок = 49,8В, яСК = 15,2 А, Вдепутат = 41,5В, ядепутат = 14,4А:
Большинство коммерческих инверторов постоянного тока на 1500 В (Sungrow SG250HX, Huawei SUN2000-215KTL, SMA Sunny Highpower PEAK3) допускают подключение цепей в диапазоне 1000–1500 В постоянного тока. Максимальная длина строки ограничена:
Для модуля с Vок = 49,8 В, ТКВок = -0,27%/°С, при Тмин = −10°С:
При параллельном соединении все положительные клеммы подключаются к общей положительной шине, а все отрицательные клеммы — к общей отрицательной шине. Электрический эффект является обратным ряду:
Текущие множители; напряжение остается на уровне одного модуля. Чисто параллельная проводка редко используется в коммерческих солнечных батареях, поскольку в результате низкое напряжение и очень высокий ток потребуют чрезвычайно больших поперечных сечений кабелей, что непропорционально увеличивает стоимость установки и потери мощности. Однако параллельные соединения используются в определенных контекстах:
В коммерческих солнечных батареях почти всегда используются последовательно-параллельные комбинации: несколько последовательно соединенных панелей образуют цепочки, а несколько цепочек подключаются параллельно на входе MPPT инвертора или в блоке сумматора. Эта конфигурация обеспечивает как высокое напряжение, необходимое для эффективной передачи энергии, так и мощность, необходимую для коммерческого масштаба.
| Конфигурация | Серийные модули | Параллельные строки | Массив Vдепутат | Массив Iдепутат | Массив ПМакс |
|---|---|---|---|---|---|
| Пример А | 28 | 1 | 28 × 41,5 В = 1162 В | 14,4А | 16,8 кВт |
| Пример Б | 28 | 4 | 1162 В | 4 × 14,4 А = 57,6 А | 67,2 кВт |
| Пример С | 25 | 10 | 25 × 41,5 В = 1037 В | 10 × 14,4 А = 144 А | 150 кВт |
Примечание. Во всех примерах используется модуль мощностью 600 Вт с напряжением V.депутат = 41,5В, ядепутат = 14,4 А при STC. Пример C представляет собой конфигурацию, подходящую для центрального инвертора мощностью 150 кВт с соответствующими объединителями цепочек, объединяющими 10 цепочек перед подключением постоянного тока.
Проектирование коммерческой системы требует тщательного расчета напряжения, тока и мощности массива в соответствии со спецификациями инвертора. Ключевыми ограничениями проектирования являются:
Струна Vок (с поправкой на минимальную температуру окружающей среды) не должен превышать:
Струна Vдепутат (с поправкой на максимальную температуру элемента) должен всегда оставаться в пределах диапазона отслеживания MPPT инвертора. При максимальной температуре ячейки (часто 75-80°C для модулей в жарком климате):
Для модуля с Vдепутат = 41,5 В, ТКВМП = -0,34%/°С, при Тклетка = 75°С:
Для цепочки из 28 модулей: 28 × 34,4 = 964 В. Оно должно превышать минимальное напряжение MPPT инвертора (обычно 200–600 В в зависимости от модели инвертора). Для Sungrow SG250HX диапазон напряжения MPPT составляет 200–1500 В, поэтому приемлема цепочка из 28 модулей.
Современные коммерческие струнные инверторы предлагают несколько трекеров MPPT, каждый из которых способен оптимизировать отбор энергии независимо от подключенных к нему струн. Ключевые принципы настройки MPPT:
Для коммерческого проекта на крыше мощностью 250 кВт с Sungrow SG250HX (12 входов MPPT, до 3 строк на вход): максимум 12 × 3 = 36 строк. При цепочках из 28 модулей мощностью 600 Вт максимальная мощность массива = 36 × 28 × 600 Вт = 604,8 кВт. Соотношение постоянного/переменного тока составляет 604,8/250 = 2,42, что превышает рекомендуемый диапазон 1,1-1,5. В более консервативной конструкции можно использовать 18 цепочек по 28 модулей для постоянного тока мощностью 302,4 кВт (коэффициент 1,21) через 9 входов MPPT.
Резистивные потери в проводке постоянного тока снижают выходную мощность массива и должны поддерживаться на уровне ниже 1–2% мощности массива. Выбор сечения кабеля соответствует закону Ома:
Для коммерческого фотоэлектрического кабеля, общие сечения и значения сопротивления (при 70°C):
| Поперечное сечение | Сопротивление (Ом/км при 70°C) | Типичный запуск струны | Допустимый ток (в кабелепроводе, температура окружающей среды 40°C) |
|---|---|---|---|
| 4 мм² | 5,09 Ом/км | От модуля к модулю, небольшими тиражами | 25А |
| 6 мм² | 3,39 Ом/км | Протянуть кабель к коробке сумматора (<50 м) | 32А |
| 10 мм² | 1,95 Ом/км | Сумматор-инвертор (<80 м) | 44А |
| 16 мм² | 1,21 Ом/км | Сильноточный магистральный кабель постоянного тока | 57А |
| 25 мм² | 0,795 Ом/км | Главный кабель постоянного тока для центральных инверторных массивов | 73А |
Последовательное соединение естественным образом создает более высокое напряжение и меньший ток для данного уровня мощности, что снижает резистивные потери по сравнению с параллельным соединением. Это фундаментальная электрическая причина, по которой коммерческие солнечные системы предпочитают последовательные высоковольтные цепи параллельным конфигурациям.
Коммерческая солнечная проводка должна соответствовать действующим электротехническим нормам и стандартам. Ключевые ссылки по регионам:
К критическим требованиям безопасности для последовательно-параллельных массивов относятся: предохранители или автоматические выключатели на каждой цепочке в многоцепных параллельных конфигурациях; защита от сверхтоков согласно NEC 690.9 (125 % IСК для струнных предохранителей); Защита AFCI для всех проводников постоянного тока в США согласно NEC 690.11; и соответствующее заземление корпуса массива и заземляющих проводников оборудования (EGC) согласно 690.43.
При закупке панелей, инверторов и кабелей для вашего коммерческого солнечного проекта Econo Solar может предоставить полную спецификацию с правильно указанными сечениями кабелей и защитными устройствами. Чтобы обсудить требования вашего проекта, посетите наш страница запроса проекта.
Если панель полностью выходит из строя (разомкнутая цепь) в последовательной цепочке, вся цепочка теряет питание, поскольку ток не может течь через разорванную цепь. Если панель выходит из строя из-за короткого замыкания или ее шунтирующий диод (из-за затенения), остальные панели в цепочке продолжают генерировать пониженное напряжение. Это основное преимущество безопасности при включении обходных диодов в каждый модуль (стандартная практика): затененная или неисправная ячейка активирует обходной диод для этой группы ячеек, позволяя остальной части цепочки продолжать генерировать. Полный отказ панели в цепочке обнаруживается с помощью мониторинга и требует немедленного технического обслуживания.
Технически возможно, но настоятельно не рекомендуется в коммерческих системах. Смешение разных типов модулей или мощностей в одной цепочке приводит к потерям из-за несоответствия, поскольку все панели в последовательной цепочке должны пропускать один и тот же ток, который ограничивается панелью с наименьшим током. Панели с более высокой мощностью вынуждены работать ниже оптимального уровня, снижая общую выходную мощность струны. В коммерческих проектах всегда используйте одинаковые модули (одного производителя, той же модели, одного и того же класса мощности) в каждой цепочке и, желательно, во всех цепочках одного и того же трекера MPPT. МЭК 62548 рекомендует, чтобы все модули в цепочке имели одинаковые электрические характеристики.
Соотношение постоянного/переменного тока (также называемое коэффициентом завышения мощности) 1,1–1,3 типично для коммерческих установок в зонах умеренной освещенности. В местах с высокой освещенностью (GHI > 2000 кВтч/м²/год) коэффициенты 1,3–1,5 являются обычным явлением, поскольку потери ограничения инвертора в часы пик более чем компенсируются более высоким выходом энергии в часы неполного солнечного света. Коэффициенты выше 1,6 редки в коммерческих сетевых системах, поскольку потери при ограничении становятся значительными, а на гарантийные условия производителей инверторов может повлиять длительная работа при предельных значениях выходной мощности переменного тока. Sungrow, Huawei и SMA публикуют рекомендуемые коэффициенты превышения размеров в своих руководствах по проектированию, которые следует учитывать для конкретных моделей инверторов.
Конкурентоспособные цены на коммерческие солнечные модули, струнные инверторы и BOS от ведущих китайских производителей.
Получить ценовое предложение проекта →