توضیح سری در مقابل اتصالات موازی در راندمان انرژی خورشیدی

تصور کنید سناریویی را که در آن تمام چراغ‌های خانه‌تان در لحظه‌ای که یک لامپ می‌سوزد، خاموش می‌شوند. این دقیقاً نحوه عملکرد مدارهای سری اولیه است. به طور مشابه، پیکربندی سیم‌کشی پنل‌های خورشیدی مستقیماً بر پایداری و راندمان سیستم تأثیر می‌گذارد. این مقاله یک تجزیه و تحلیل داده‌محور از اتصالات سری در مقابل موازی، مزایا و معایب آن‌ها و نحوه بهینه‌سازی پیکربندی‌ها برای حداکثر عملکرد ارائه می‌دهد.

پنل‌های خورشیدی، مانند باتری‌ها، دارای ترمینال‌های مثبت و منفی هستند. نحوه اتصال این ترمینال‌ها، ولتاژ و جریان سیستم را تعیین می‌کند که به نوبه خود بر عملکرد کلی تأثیر می‌گذارد.

در یک اتصال سری، پنل‌های خورشیدی مانند یک زنجیر به هم متصل می‌شوند: ترمینال مثبت یک پنل به ترمینال منفی پنل بعدی متصل می‌شود و یک مدار پیوسته را تشکیل می‌دهد.

• ویژگی‌های کلیدی:ولتاژ کل برابر با مجموع ولتاژهای پنل‌های جداگانه است، در حالی که جریان ثابت می‌ماند. به عنوان مثال، دو پنل با رتبه 40 ولت و 5 آمپر، در صورت اتصال سری، 80 ولت در 5 آمپر تولید می‌کنند.
• کاربردها:اتصالات سری در درجه اول برای افزایش ولتاژ برای برآورده کردن آستانه عملکرد حداقل اینورتر استفاده می‌شود. بسیاری از اینورترها برای عملکرد صحیح به محدوده ولتاژ خاصی نیاز دارند.

در اتصالات موازی، تمام ترمینال‌های مثبت به هم متصل می‌شوند، همانطور که تمام ترمینال‌های منفی، معمولاً از طریق یک جعبه ترکیبی، متصل می‌شوند.

• ویژگی‌های کلیدی:جریان کل برابر با مجموع جریان‌های پنل‌های جداگانه است، در حالی که ولتاژ ثابت می‌ماند. همان دو پنل 40 ولت/5 آمپر در صورت اتصال موازی، 40 ولت در 10 آمپر تولید می‌کنند.
• کاربردها:اتصالات موازی خروجی جریان را بدون تجاوز از محدودیت‌های ولتاژ اینورتر افزایش می‌دهند و امکان تولید برق بیشتر در ظرفیت جریان سیستم را فراهم می‌کنند.

انتخاب بین اتصالات سری و موازی شامل مبادله‌هایی در راندمان، قابلیت اطمینان و سازگاری با اجزای سیستم است.

• کنترل‌کننده‌های MPPT (ردیابی حداکثر توان):برای اتصالات سری مناسب‌تر هستند. آن‌ها به صورت پویا ولتاژ و جریان را تنظیم می‌کنند تا خروجی توان را به حداکثر برسانند و آن‌ها را برای پیکربندی‌های سری با ولتاژ بالاتر ایده‌آل می‌کنند.
• کنترل‌کننده‌های PWM (مدولاسیون عرض پالس):با اتصالات موازی سازگارتر هستند. این کنترل‌کننده‌های ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر، ولتاژ را از طریق سوئیچینگ تنظیم می‌کنند و آن‌ها را برای تنظیمات موازی با ولتاژ پایین‌تر مؤثر می‌کنند.

اتصالات سری در برابر خرابی‌های تک نقطه‌ای آسیب‌پذیر هستند—اگر یک پنل از کار بیفتد، کل مدار قطع می‌شود. اتصالات موازی افزونگی بیشتری را ارائه می‌دهند، زیرا هر پنل به طور مستقل کار می‌کند.

اینورترها پیکربندی‌های سیم‌کشی پنل‌های خورشیدی را دیکته می‌کنند، زیرا آن‌ها توان DC را به توان AC برای مصارف خانگی تبدیل می‌کنند.

اینورترهای رشته‌ای به محدوده‌های ولتاژ خاصی نیاز دارند و در عین حال محدودیت‌های جریان را اعمال می‌کنند.

• الزامات ولتاژ:اکثر پنل‌های خورشیدی سیلیکونی دارای ولتاژ مدار باز در حدود 40 ولت هستند. اینورترهای رشته‌ای معمولاً بین 300 ولت تا 500 ولت کار می‌کنند که مستلزم 8 تا 12 پنل به صورت سری است.
• توسعه سیستم:برای سیستم‌های بزرگتر، می‌توان رشته‌های سری متعدد را به صورت موازی متصل کرد تا الزامات ولتاژ را برآورده کند و در عین حال در محدودیت‌های جریان باقی بماند.

میکرو اینورترها یا بهینه‌سازهای متصل به پنل‌های جداگانه، بهینه‌سازی توان مستقل را امکان‌پذیر می‌کنند.

• بهینه‌سازی مستقل:هر پنل با حداکثر راندمان کار می‌کند، حتی تحت سایه‌اندازی یا جهت‌گیری‌های متفاوت.
• مقیاس‌پذیری:سیستم‌ها را می‌توان پنل به پنل بدون محدودیت‌های تطبیق ولتاژ گسترش داد.