
Коммутация отдельных фотоэлектрических модулей в единый массив необходима для формирования электрической цепи с требуемыми параметрами напряжения (V) и тока (I), соответствующими рабочему окну подключенного инвертора или контроллера заряда. Выбор схемы соединения солнечных батарей определяется целевыми значениями мощности в точке максимальной мощности (PMPP) и минимизацией потерь, связанных с эффектом затенения и сопротивлением проводников.
Основной принцип коммутации базируется на законах Кирхгофа. Последовательное и параллельное соединение являются фундаментальными электрическими топологиями, которые кардинально изменяют итоговые характеристики всей системы. Некорректный выбор схемы ведет к существенному снижению коэффициента заполнения и, следовательно, к недополучению генерации.
В проектировании фотоэлектрических систем строгое соблюдение регламента соединения солнечных батарей предотвращает возникновение критических напряжений, токов короткого замыкания (ISC) и перегрузок, что обеспечивает долговечность не только самих модулей, но и преобразовательного оборудования.
Последовательное соединение (Серия)
Последовательное соединение солнечных панелей (или "стринг") реализуется путем подключения положительного полюса (+) первого модуля к отрицательному полюсу (-) следующего. При такой топологии итоговое напряжение (VTOTAL) стринга является арифметической суммой напряжений каждого отдельного модуля (VTOTAL=∑VMPP). Общий ток стринга (ITOTAL) остаётся неизменным и равен току модуля с наименьшим значением IMPP.
Основной риск последовательной цепи - эффект "бутылочного горлышка" (mismatch loss), вызванный затемнением. Даже частичное затенение одного модуля резко снижает ток через всю цепь, поскольку ток ограничивается самым слабым элементом. Для смягчения этого эффекта используются шунтирующие диоды, которые обеспечивают обход затененной секции, предотвращая чрезмерное падение напряжения и возникновение горячих точек (hot spots).
Схема последовательного соединения предпочтительна для систем, где требуется высокое входное напряжение для эффективной работы сетевого инвертора. Однако она требует, чтобы все модули в стринге находились в идентичных условиях и имели минимальный разброс по характеристикам.
Параллельное соединение (Шунт)
Параллельное соединение солнечных панелей реализуется путем объединения всех положительных полюсов и всех отрицательных полюсов отдельных модулей. При этой топологии общее напряжение цепи (VTOTAL) остаётся равным напряжению одного модуля, а общий ток (ITOTAL) является суммой токов каждого модуля (ITOTAL=∑IMPP).
Преимущества параллельного соединения:
- Смягчение эффекта затенения: Затенение одного модуля не влияет на напряжение, а только снижает общий ток на величину, равную потере этого модуля.
- Повышенная надёжность: Выход из строя одного модуля не приводит к полному отключению цепи.
- Увеличение резервирования: Повышенный ток позволяет системе продолжать функционировать, используя вклад остальных модулей.
- Простота расширения: Добавление новых модулей или цепей возможно без изменения номинального рабочего напряжения инвертора.
Основное требование параллельной схемы - защита каждого параллельного контура плавкими предохранителями. Это необходимо для предотвращения обратного тока (обратного смещения) в случае короткого замыкания или неисправности одного из модулей, который может быть вызван токами, генерируемыми остальными модулями массива.
Расчёт и оптимальная топология
Оптимальный расчет цепей фотомодулей всегда стремится найти баланс между двумя топологиями. Проектирование начинается с определения необходимого количества последовательных модулей (стринг), чтобы VTOTAL находился в рабочем диапазоне напряжения инвертора. Затем определяется необходимое количество параллельных стрингов, чтобы обеспечить требуемую общую мощность и ток. Итоговая топология PV-массива часто представляет собой комбинацию: несколько модулей соединены последовательно, формируя стринг, а несколько таких стрингов затем соединяются параллельно. Выбор оптимальной схемы критически важен для обеспечения максимальной производительности системы и её долгосрочной экономической эффективности.







