Jak połączyć panele słoneczne szeregowo: bezpieczne kroki, diagramy i obliczenia

Łącząc panele słoneczne szeregowo, łączysz pozytywne ( ) jednego panelu do ujemny (-) następnego. W ciągu szeregowym napięcia się dodają podczas gdy prąd pozostaje (mniej więcej) taki sam jako pojedynczy panel. Jest to najczęstsza metoda, gdy potrzebne jest wyższe napięcie, aby zmniejszyć straty w przewodach lub spełnić wymagania wejściowe kontrolera ładowania MPPT lub falownika podłączonego do sieci.

Okablowanie szeregowe jest zazwyczaj właściwym wyborem, gdy chcesz:

• Zwiększ napięcie układu, aby system mógł z niego korzystać drut o mniejszym przekroju na dłuższych dystansach przy mniejszych stratach.
• Spełnij wymagania dotyczące sterownika/inwertera, takie jak minimalne napięcie MPPT (szczególnie w chłodne dni).
• Zbuduj ciągi dla falownika, który oczekuje wyższego wejścia prądu stałego (często setki woltów prądu stałego w projektach z siatką).

Główny kompromis: w przypadku ciągu szeregowego cieniowanie lub słaby panel może zmniejszyć wydajność całego ciągu. Diody obejściowe pomagają, ale dobry układ i unikanie częściowego zacienienia pozostają ważne.

Zasady okablowania szeregowego: obliczenia dotyczące napięcia, które należy najpierw sprawdzić

Przed podłączeniem czegokolwiek upewnij się, że napięcie łańcucha będzie mieścić się w bezpiecznych granicach Twojego sprzętu w przypadku ekstremalnych temperatur. Dwie kluczowe specyfikacje panelu to: głos (napięcie obwodu otwartego) i Vmp (napięcie przy mocy maksymalnej). Musisz upewnić się, że ciąg znaków Zimna pogoda Voc nie przekracza maksymalnego napięcia wejściowego sterownika/inwertera.

Szybkie obliczenia dla ciągów szeregowych

W przypadku okablowania szeregowego: String Voc ≈ suma Voc każdego panelu i Ciąg Vmp ≈ suma Vmp każdego panelu . Prąd pozostaje bliski prądowi jednego panelu (Imp/Isc), więc szereg wpływa na napięcie znacznie bardziej niż ampery.

Przykład z liczbami rzeczywistymi

Załóżmy, że wyświetla się etykieta każdego panelu głos = 38.0V i Vmp = 31,5 V . Z 3 panele szeregowo : Struna Voc ≈ 114,0 V i Ciąg Vmp ≈ 94,5 V .

Jeśli maksymalne wejście kontrolera MPPT wynosi 150 V , 114 V wygląda bezpiecznie w temperaturze pokojowej, ale zimno może podnieść Voc. Wiele arkuszy danych paneli zawiera współczynnik temperaturowy Voc (często ok −0,28% do −0,35%/°C ). Jeśli nie masz pod ręką współczynnika, potraktuj Voc w zimnych warunkach jako potencjalny 10–20% wyższy niż wartość na etykiecie i potwierdź w arkuszu danych przed sfinalizowaniem długości łańcucha.

Kluczowy wniosek: zaprojektuj ciągi serii od sterownika/falownika wstecz. Maksymalne napięcie wejściowe jest twardym ograniczeniem ; przekroczenie tej wartości może trwale uszkodzić sprzęt.

Narzędzia i komponenty potrzebne do czystego i niezawodnego połączenia szeregowego

Prawidłowa konstrukcja serii polega głównie na użyciu odpowiednich złączy i zabezpieczeń. Unikaj improwizacji z częściami okablowania domowego; Ciągi fotowoltaiczne mogą przenosić niebezpieczne napięcie prądu stałego i wymagają komponentów przystosowanych do pracy z prądem stałym.

Podstawowe elementy

• Złącza przystosowane do modułów fotowoltaicznych (zwykle typu MC4). dopasuj przewody panelu i are from compatible families.
• Przewód fotowoltaiczny (zwykle 10 AWG lub 12 AWG, światło słoneczne/UV) dobrany odpowiednio do prądu i odległości.
• Multimetr prądu stałego z sondami w dobrym stanie.
• Odłącznik lub wyłącznik prądu stałego (często w pobliżu sterownika/inwertera) w celu zapewnienia bezpiecznego serwisowania.

Ochrona i łączenie (w miarę potrzeb)

• Bezpieczniki łańcuchowe lub wyłączniki, jeśli je posiadasz dwa lub więcej ciągów równolegle (pojedynczy ciąg szeregowy często nie wymaga bezpieczników szeregowych, ale należy postępować zgodnie z lokalnymi przepisami i instrukcjami dotyczącymi sprzętu).
• Pole sumatora, jeśli łączonych jest wiele ciągów znaków.
• Ochrona przeciwprzepięciowa (SPD), jeśli jest wymagana lub zalecana, szczególnie w przypadku układów odsłoniętych.

Uwaga dotycząca kompatybilności: wielu instalatorów unika mieszania marek złączy, ponieważ „MC4” jest często używane jako termin ogólny. Aby uzyskać najlepszą niezawodność i bezpieczeństwo, użyj dopasowane typy złączy lub odpowiedniki zatwierdzone przez producenta.

Krok po kroku: jak połączyć panele słoneczne szeregowo (procedura praktyczna)

Procedura ta zakłada identyczne panele i typowe złącza PV. Pracuj metodycznie i traktuj tablicę jako pod napięciem, gdy tylko zostanie wystawiona na działanie światła. Jeżeli nie czujesz się komfortowo pracując przy zasilaniu prądem stałym, zatrudnij wykwalifikowanego instalatora.

1) Zidentyfikuj dodatnie i ujemne przewody każdego panelu

Potwierdź polaryzację na etykiecie panelu i oznaczeniach przewodów. Jeśli coś jest niejasne, sprawdź za pomocą multimetru w świetle dziennym. Prawidłowa identyfikacja zapobiega odwrotnej polaryzacji, która może spowodować zadziałanie zabezpieczenia lub uszkodzenie sprzętu.

2) Podłącz Panel 1 ( ) do Panelu 2 (-)

Podłącz mocno złącza, aż zatrzasną się/zablokują. Spowoduje to utworzenie pierwszego łącza do serii. Kontynuuj ten sam wzór w dół.

3) Powtarzaj, aż ciąg będzie kompletny

Dla trzech paneli: Panel 1 ( ) do Panelu 2 (-), następnie Panel 2 ( ) do Panelu 3 (-). Pozostałe wolne końce stają się wyjściami łańcuchowymi: Ciąg ujemny to Panel 1 (-) i Ciąg dodatni to Panel 3 ( ).

4) Zmierz napięcie łańcucha przed podłączeniem do elektroniki

Po odłączeniu łańcucha od sterownika/inwertera zmierz napięcie na końcowym końcu dodatnim i ujemnym. Spodziewaj się odczytu zbliżonego do obliczonego String Voc w jasnym słońcu. Jeśli zmierzona wartość znacznie się różni, zatrzymaj i ponownie sprawdź każde połączenie i polaryzację.

5) Podłącz ciąg do rozłącznika prądu stałego, a następnie do sterownika/inwertera

Użyj rozłącznika/wyłącznika prądu stałego, aby móc odizolować macierz. Postępuj zgodnie z kolejnością okablowania producenta; wiele kontrolerów ładowania określa, że ​​należy najpierw podłączyć akumulator, aby sterownik mógł bezpiecznie włączyć się i skonfigurować przed zastosowaniem sygnału wejściowego PV. Kluczowy wynik jest taki sam: nie podłączaj podczas pracy w nieprzewidywalny sposób —użyj odłącznika i postępuj zgodnie z instrukcją.

• Utrzymuj okablowanie szeregowe w porządku, zabezpieczone i z dala od ostrych krawędzi.
• Zachowaj prawidłową polaryzację od ciągu aż do zacisków PV i PV.
• Oznacz napięcie łańcucha i miejsce odłączenia na potrzeby przyszłego serwisu.

Szeregowy a równoległy: co zmienia się elektrycznie i dlaczego ma to znaczenie

Wiele systemów wykorzystuje ciągi szeregowe, ponieważ wyższe napięcie zmniejsza prąd przy tej samej mocy. Często zmniejsza to straty w przewodach i może zmniejszyć rozmiar i koszt przewodu (w ramach ograniczeń wynikających z przepisów).

Praktyczna ilustracja utraty mocy

Załóżmy, że chcesz nadawać 600 W z tablicy do kontrolera. O godz 60 V , prąd jest około 10A (600W ÷ 60V). O godz 120 V , prąd jest około 5A . Ponieważ straty w przewodzie rezystancyjnym skalują się jak I²R , obcięcie prądu mniej więcej o połowę może znacznie zmniejszyć spadek napięcia i nagrzewanie się na długich dystansach.

W praktyce wykorzystuje się wiele tablic ciągi szeregowe aby osiągnąć docelowe napięcie, a następnie podłącz wiele ciągów równolegle aby zwiększyć całkowity prąd i moc. Celem projektu jest lądowanie w oknie napięcia urządzenia przy jednoczesnym zrównoważeniu ryzyka zacienienia, kosztów okablowania i bezpieczeństwa.

Podstawowe elementy bezpieczeństwa i kodowania dla ciągów szeregowych

Okablowanie szeregowe może szybko wytworzyć niebezpieczne napięcie prądu stałego. Nawet stosunkowo małe tablice mogą przekraczać 100 V prądu stałego , co zwiększa ryzyko porażenia i potencjał łuku. Używaj sprzętu przystosowanego do usług PV DC i postępuj zgodnie z lokalnymi przepisami elektrycznymi i instrukcjami producenta.

Minimalne praktyki bezpieczeństwa

• Jeśli to możliwe, odłącz zasilanie: przykryj moduły lub pracuj o świcie/zmierzchu i użyj a Odłączenie prądu stałego .
• Nigdy nie odłączaj złączy pod obciążeniem. Łuki prądu stałego są trwałe; najpierw otwórz rozłącznik.
• Przed uziemieniem przewodów na zaciskach PV/PV- sprawdź polaryzację za pomocą miernika.
• Aby zapobiec uszkodzeniu izolacji i wnikaniu wody, należy stosować elementy do zarządzania kablami o parametrach PV, elementy odciążające i zabezpieczenia przed warunkami atmosferycznymi.

Zabezpieczenie nadprądowe: gdy bezpieczniki mają znaczenie

W pojedynczym łańcuchu szeregowym zasilającym jedno wejście sterownika prąd każdego modułu jest ograniczony przez prąd łańcucha, więc zabezpieczenie łańcucha może nie być wymagane. Jednakże, gdy masz wiele ciągów równolegle , jeden ciąg może przekazywać prąd zwarciowy do drugiego, więc bezpieczniki/wyłączniki stringów są powszechnie używane. Zawsze postępuj zgodnie z instrukcją sterownika/inwertera i przepisami elektrycznymi obowiązującymi w Twojej jurysdykcji.

Rozwiązywanie problemów: typowe błędy w okablowaniu szeregowym i szybkie kontrole

Jeśli system działa słabiej po szeregowym połączeniu paneli słonecznych, przyczyną jest często proste połączenie, polaryzacja lub niedopasowanie oczekiwań. Użyj tych kontroli, aby szybko zidentyfikować problemy.

Lista kontrolna oparta na objawach

• Zmierzone napięcie łańcucha jest bliskie zeru: prawdopodobnie odwrócone połączenie tworzące pętlę znoszącą, złącze nie do końca osadzone lub uszkodzony przewód.
• Napięcie jest prawidłowe, ale moc jest niska: sprawdzić częściowe zacienienie, zabrudzenie lub panel z uszkodzoną diodą obejściową; potwierdź, że wszystkie panele są tego samego modelu/specyfikacji.
• Kontroler pokazuje przepięcie PV: ciąg ma zbyt wiele paneli połączonych szeregowo ze względu na warunki temperaturowe; zmniejsz liczbę serii lub użyj sprzętu o wyższej wartości wejściowej.
• Błędy sporadyczne: podejrzewać luźne złącze, przedostawanie się wody lub naprężenie kabla w skrzynkach przyłączeniowych modułów.

Prosta procedura sprawdzania poprawności

1. Zmierz Voc każdego panelu indywidualnie w podobnym świetle słonecznym; zwróć uwagę na każdy panel, który jest znacząco wyłączony.
2. Podłącz ciąg szeregowy i zmierz całkowitą zawartość Voc; potwierdzić, że odpowiada oczekiwanej sumie z rozsądnym marginesem.
3. Jeśli to możliwe, użyj wyświetlacza/aplikacji sterownika, aby potwierdzić, że napięcie robocze jest bliskie wartości obliczonej String Vmp podczas dobrego słońca.

Jeśli odczyty nie są zgodne z podstawową matematyką serii, zatrzymaj i popraw okablowanie przed podłączeniem do drogiej elektroniki. Większości awarii można zapobiec, sprawdzając napięcie przed podłączeniem.

Praktyczne wskazówki dotyczące projektowania zapewniające lepszą wydajność w przypadku strun szeregowych

Dobra wydajność szeregowa dotyczy zarówno układu, jak i okablowania. Te praktyczne kroki zmniejszają straty i pozwalają uniknąć dających się uniknąć obniżek wartości.

Trzymaj moduły w tych samych warunkach słonecznych

W ciągu szeregowym jeden zacieniony panel może przeciągnąć ciąg w dół. Umieszczaj panele w tej samej płaszczyźnie i unikaj mieszania modułów narażonych na różne odcienie (kominy, drzewa, lukarny) w ramach tego samego łańcucha serii.

Zminimalizuj spadek napięcia podczas pracy domowej

Wyższe napięcie szeregowe pomaga, ale nadal powinieneś dążyć do niskiego spadku napięcia. Z reguły wielu projektantów celuje ≤ 3% spadku napięcia do okablowania szeregowego. Osiągnięcie tego może wymagać krótszych przebiegów, większego drutu lub łańcucha o wyższym napięciu w ramach ograniczeń sprzętowych.

Użyj dopasowanych paneli w każdym ciągu

Aby uzyskać przewidywalne wyniki, zbuduj każdy ciąg serii z tego samego modelu i podobnego wieku. Mieszanie paneli o różnych wartościach prądu może zmusić cały ciąg do pracy bliżej możliwości najsłabszego panelu.

Konkluzja: jeśli chcesz mieć mniej niespodzianek, ustal priorytety prawidłowy projekt napięcia , stałe natężenie promieniowania na strunę , i pomiary weryfikacyjne przed włączeniem zasilania sterownika lub falownika.