Seria wydajności paneli słonecznych: szeregowe vs. równoległe połączenia - wyjaśnienie

Wyobraź sobie scenariusz, w którym wszystkie światła w domu gasną w momencie przepalenia się jednej żarówki. Dokładnie tak działały wczesne obwody szeregowe. Podobnie konfiguracja okablowania paneli słonecznych bezpośrednio wpływa na stabilność i wydajność systemu. W tym artykule przedstawiono opartą na danych analizę połączeń szeregowych i równoległych, ich zalety i wady oraz sposoby optymalizacji konfiguracji w celu uzyskania maksymalnej wydajności.

Panele słoneczne, podobnie jak baterie, mają zaciski dodatnie i ujemne. Sposób podłączenia tych zacisków określa napięcie i prąd systemu, co z kolei wpływa na ogólną wydajność.

W połączeniu szeregowym panele słoneczne są połączone jak łańcuch: dodatni zacisk jednego panelu łączy się z ujemnym zaciskiem następnego, tworząc ciągły obwód.

• Kluczowa charakterystyka:Całkowite napięcie jest równe sumie napięć poszczególnych paneli, podczas gdy prąd pozostaje taki sam. Na przykład dwa panele o napięciu 40 V i 5 A po połączeniu szeregowym wygenerują napięcie 80 V przy 5 A.
• Aplikacje:Połączenia szeregowe służą głównie do zwiększania napięcia w celu spełnienia minimalnego progu roboczego falownika. Wiele falowników do prawidłowego działania wymaga określonego zakresu napięcia.

W przypadku połączeń równoległych wszystkie zaciski dodatnie są łączone ze sobą, podobnie jak wszystkie zaciski ujemne, zazwyczaj za pomocą skrzynki połączeniowej.

• Kluczowa charakterystyka:Prąd całkowity jest równy sumie prądów poszczególnych paneli, natomiast napięcie pozostaje stałe. Te same dwa panele 40 V/5 A przy połączeniu równoległym dadzą 40 V przy 10 A.
• Aplikacje:Połączenia równoległe zwiększają prąd wyjściowy bez przekraczania limitów napięcia falownika, umożliwiając wytwarzanie większej mocy w ramach wydajności prądowej systemu.

Wybór pomiędzy połączeniami szeregowymi i równoległymi wiąże się z kompromisami w zakresie wydajności, niezawodności i kompatybilności z komponentami systemu.

• Kontrolery MPPT (śledzenie punktu mocy maksymalnej):Lepiej nadaje się do połączeń szeregowych. Dynamicznie dostosowują napięcie i prąd, aby zmaksymalizować moc wyjściową, co czyni je idealnymi do konfiguracji szeregowych o wyższym napięciu.
• Kontrolery PWM (modulacja szerokości impulsu):Bardziej kompatybilny z połączeniami równoległymi. Te prostsze i tańsze sterowniki regulują napięcie poprzez przełączanie, dzięki czemu są skuteczne w konfiguracjach równoległych o niższym napięciu.

Połączenia szeregowe są podatne na awarie jednopunktowe – jeśli jeden panel ulegnie awarii, cały obwód zostanie przerwany. Połączenia równoległe zapewniają większą redundancję, ponieważ każdy panel działa niezależnie.

Falowniki dyktują konfiguracje okablowania paneli słonecznych, ponieważ przekształcają prąd stały na prąd przemienny do użytku domowego.

Falowniki łańcuchowe wymagają określonych zakresów napięcia, jednocześnie narzucając ograniczenia prądu.

• Wymagania dotyczące napięcia:Większość krzemowych paneli słonecznych ma napięcie w obwodzie otwartym około 40 V. Falowniki szeregowe zwykle działają w zakresie napięcia od 300 V do 500 V, co wymaga 8–12 paneli połączonych szeregowo.
• Rozszerzenie systemu:W przypadku większych systemów wiele ciągów szeregowych można połączyć równolegle, aby spełnić wymagania dotyczące napięcia, nie przekraczając limitów prądu.

Mikroinwertery lub optymalizatory dołączane do poszczególnych paneli umożliwiają niezależną optymalizację mocy.

• Niezależna optymalizacja:Każdy panel działa z maksymalną wydajnością, nawet w cieniu lub przy zmiennej orientacji.
• Skalowalność:Systemy można rozbudowywać panel po panelu bez ograniczeń związanych z dopasowaniem napięcia.