Схема підключення сонячних панелей - особливості та базові принципи

У нас на сайті ви також можете дізнатися - як визначити правильно кут нахилу сонячної панелі. А також більше дізнатися про особливості та окупність СЕС на 10 кВт на базі панелей Talesun 310W та інвертора Fronius.

Встановлення сонячних панелей - загальні принципи 

Загалом монтаж сонячної електростанції слід проводити фахівцям, особливо якщо її необхідно здавати в експлуатацію з реєстрацією та можливістю продажу надлишків. Навіть якщо є тільки міні сонячна панель в декількох екземплярах, з'єднана в єдиний ланцюг. Кріплення для сонячних панелей своїми руками не варто робити, є низка особливостей, які ви майже напевно не зможете врахувати, що негативно позначиться на роботі і довговічності обладнання. 

Загальні принципи будуть схожі, але перш ніж переходити до електричних схем, важливо правильно встановити панелі на конструкції, дотримуючись кількох ключових умов:

1. Орієнтація - для північної півкулі оптимальною є орієнтація модулів суворо на південь з нахилом, що дорівнює географічній широті встановлення (±10° - коригування за сезонами).
2. Відсутність затінення - навіть часткове затінення одного модуля може викликати різке зниження загальної потужності в послідовному ланцюзі, (це питання дерев поруч або інших будівель у зоні).
3. Тепловідведення і вентиляція - необхідно передбачити зазор під панелями для природного охолодження - підвищення температури призводить до зниження ККД (у середньому - 0,4 - 0,5% на кожний °C вище за 25°C).
4. Надійне кріплення - панелі монтуються на стійкі опори з антикорозійних матеріалів. При покрівельній установці враховуються вітрові та снігові навантаження.
5. Безпека прокладання кабелю - всі з'єднання захищаються UV-стійкими гофрами або кабель-каналами, обов'язково заземлюються металеві елементи конструкції.

Потужність СЕС буде завжди відрізнятися. Якщо йдеться про домашні станції або навіть якщо це просто сонячні панелі на балкон, то кількість панелей буде обмеженою. Сонячна панель 1000 Вт в сумі, це 2 - 3 фотоелементи, (залежить від виробника і моделі), а сонячна панель 2000 Вт в сумі, це близько 4-5 фотоелементів в одному ланцюзі. Також тут важлива схема підключення, про це якраз нижче.

Як підключити сонячну панель - паралельне з'єднання 

Електричні роз'єми для сонячних панелей з'єднуються кількома способами. Тут важливо не тільки знати, де плюс і мінус на сонячній панелі, але і як їх можна з'єднати в ланцюг. Почнемо з паралельного варіанту. 

Паралельне з'єднання реалізується об'єднанням всіх позитивних виводів в одну шину і всіх мінусів - в іншу. Ця схема використовується, коли необхідно збільшити силу струму за постійної напруги.

Електротехнічні характеристики:

• Напруга системи залишається рівною напрузі одного модуля (зазвичай 18-21В для 12-вольтових систем).
• Сила струму системи дорівнює сумі струмів усіх підключених панелей.

Що більше фотоелектричних блоків у ланцюзі паралельного типу, то вищою буде сила струму на виході при підключенні системи до інвертора. 

Технічні аспекти такого з'єднання є. Тут потрібне встановлення байпасних діодів (by-pass diodes) для запобігання струмового блокування затінених модулів. Через високий сумарний струм необхідно використовувати кабелі збільшеного перетину і передбачати струмовий захист (запобіжники, автоматичні вимикачі, реле).

Загальна схема підключення послідовна

Що буде, якщо роз'єм для сонячних панелей з'єднати послідовно? Таке з'єднання передбачає подачу позитивного виходу однієї панелі на мінус - вхід наступної. Напруги підсумовуються, а струм залишається на рівні одного модуля.

Електротехнічні характеристики, якщо робиться послідовне підключення сонячних панелей:

• напруга всього ланцюга пропорційна кількості модулів;
• сила струму однакова для всього ланцюжка і дорівнює струму одного модуля.

У цьому випадку робиться підключення сонячних панелей до інвертора з високою вхідною напругою (до 600-1000В DC), що вимагає строго однакових характеристик у всіх підключених модулів. Затінення одного елемента істотно знижує продуктивність всього ланцюга, це важливо враховувати, рівномірність освітленості на всю систему повинна бути однаковою. 

На практиці є системи, які використовують змішаний тип схеми з наявністю і того, і іншого типу з'єднань.

Схеми підключення сонячних панелей - переваги та недоліки

Кожна схема підключення має свої технічні переваги та обмеження. Нижче наведено структурований список для оцінки трьох основних типів з'єднань.

Паралельне з'єднання - переваги та недоліки:

• Висока стійкість до часткового затінення - вихід з ладу однієї панелі майже не впливає на загальну систему.
• Зручність розширення системи шляхом додавання нових модулів.
• Необхідність використання кабелів великого перетину через високий струм.
• Збільшена вартість компонентів захисту (запобіжників, автоматів).
• Підвищені втрати на лінії за великої довжини кабелю.

Послідовне з'єднання - переваги та недоліки:

• Висока загальна напруга за однакового струму дає змогу використовувати дроти меншого перерізу.
• Менші струми - нижчі втрати на опір.
• Проста електрична топологія.
• Повна залежність від найменш продуктивного модуля (затінення, забруднення, деградація).
• Вимагає точної узгодженості параметрів усіх панелей.
• Вихід з ладу одного модуля призводить до порушення роботи всього ланцюга.

Комбіноване (змішане) з'єднання - переваги та недоліки:

• Баланс між напругою і струмом - можна підігнати параметри під конкретні інвертори та акумулятори.
• Підвищена відмовостійкість порівняно з суто послідовними ланцюгами.
• Хороша масштабованість і гнучкість конфігурації.
• Підвищена складність схеми.
• Потрібна більш продумана система захисту і балансування ланцюгів.
• Подорожчання проєкту за рахунок складнішого контролера заряду і проводки.

Вибір схеми підключення сонячних панелей має ключовий вплив на роботу всієї фотоелектричної системи. Електричні характеристики системи (напруга, струм), сумісність з контролером заряду, інвертором і акумуляторною групою - все це визначається типом з'єднання модулів. Це відображається в проєкті, який робиться під конкретне завдання. 

Незалежно від обраної схеми, необхідно суворо дотримуватися стандартів безпеки, використовувати якісні компоненти і проєктувати систему з урахуванням усіх електричних навантажень і умов експлуатації. Тут у будь-якому разі рекомендується залучення кваліфікованих інженерів-електриків.