Інтернет магазин VINUR
Корзина

Аналіз послідовного та паралельного з'єднання модулів


Коммутація окремих фотоелектричних модулів в єдиний масив необхідна для формування електричного ланцюга з необхідними параметрами напруги (V) і струму (I), що відповідають робочому вікну підключеного інвертора або контролера заряду. Вибір схеми з'єднання сонячних батарей визначається цільовими значеннями потужності в точці максимальної потужності (PMPP) і мінімізацією втрат, пов'язаних з ефектом затінення і опором провідників.

Основний принцип комутації базується на законах Кірхгофа. Послідовне і паралельне з'єднання є фундаментальними електричними топологіями, які кардинально змінюють підсумкові характеристики всієї системи. Некоректний вибір схеми призводить до істотного зниження коефіцієнта заповнення і, отже, до недоотримання генерації.

У проектуванні фотоелектричних систем суворе дотримання регламенту з'єднання сонячних батарей запобігає виникненню критичних напруг, струмів короткого замикання (ISC) і перевантажень, що забезпечує довговічність не тільки самих модулів, але і перетворювального обладнання.

Послідовне з'єднання (Серія)

Послідовне з'єднання сонячних панелей (або «стрінг») реалізується шляхом підключення позитивного полюса (+) першого модуля до негативного полюса (-) наступного. При такій топології підсумкова напруга (VTOTAL) стринга є арифметичною сумою напруг кожного окремого модуля (VTOTAL = ∑VMPP). Загальний струм стринга (ITOTAL) залишається незмінним і дорівнює струму модуля з найменшим значенням IMPP.

Основний ризик послідовного ланцюга - ефект «пляшкової шийки» (mismatch loss), викликаний затемненням. Навіть часткове затінення одного модуля різко знижує струм через весь ланцюг, оскільки струм обмежується найслабшим елементом. Для пом'якшення цього ефекту використовуються шунтуючі діоди, які забезпечують обхід затіненої секції, запобігаючи надмірному падінню напруги і виникненню гарячих точок (hot spots).

Схема послідовного з'єднання є кращою для систем, де потрібна висока вхідна напруга для ефективної роботи мережевого інвертора. Однак вона вимагає, щоб всі модулі в стрингу перебували в однакових умовах і мали мінімальний розкид за характеристиками.

Паралельне з'єднання (Шунт)

Паралельне з'єднання сонячних панелей реалізується шляхом об'єднання всіх позитивних полюсів і всіх негативних полюсів окремих модулів. При цій топології загальна напруга ланцюга (VTOTAL) залишається рівною напрузі одного модуля, а загальний струм (ITOTAL) є сумою струмів кожного модуля (ITOTAL = ∑IMPP).

Переваги паралельного з'єднання:

  • Пом'якшення ефекту затінення: Затінення одного модуля не впливає на напругу, а тільки знижує загальний струм на величину, рівну втраті цього модуля.
  • Підвищена надійність: Вихід з ладу одного модуля не призводить до повного відключення ланцюга.
  • Збільшення резервування: Підвищений струм дозволяє системі продовжувати функціонувати, використовуючи внесок інших модулів.
  • Простота розширення: Додавання нових модулів або ланцюгів можливе без зміни номінальної робочої напруги інвертора.

Основна вимога паралельної схеми - захист кожного паралельного контуру плавкими запобіжниками. Це необхідно для запобігання зворотного струму (зворотного зміщення) в разі короткого замикання або несправності одного з модулів, який може бути викликаний струмами, генерованими іншими модулями масиву.

Розрахунок і оптимальна топологія

Оптимальний розрахунок ланцюгів фотомодулів завжди прагне знайти баланс між двома топологіями. Проектування починається з визначення необхідної кількості послідовних модулів (стрінг), щоб VTOTAL знаходився в робочому діапазоні напруги інвертора. Потім визначається необхідна кількість паралельних стрингів, щоб забезпечити необхідну загальну потужність і струм. Підсумкова топологія PV-масиву часто являє собою комбінацію: кілька модулів з'єднані послідовно, формуючи стринг, а кілька таких стрингів потім з'єднуються паралельно. Вибір оптимальної схеми критично важливий для забезпечення максимальної продуктивності системи та її довгострокової економічної ефективності.