Series Connected Solar Panels

Panele słoneczne z połączonymi panelami z serią

Jak panele słoneczne połączone szeregowo zwiększają napięcie

Zrozumienie, jak połączone szeregowo panele słoneczne mogą generować wyższe napięcie wyjściowe, jest ważnym elementem każdego projektowania systemu solarnego, a znajomość kilku podstawowych zasad łączenia różnych paneli słonecznych znacznie ułatwi projektowanie i instalację systemu fotowoltaicznego zasilającego Twój dom.

Panele fotowoltaiczne to urządzenia półprzewodnikowe, które zasłoniają światło słoneczne (napromieniowanie) na energię stałą elektryczną, ale to panele fotowoltaiczne – poszczególne ogniwa słoneczne odpowiadają za przekształcanie światła słonecznego w energię elektryczną. Jednak moc wyjściowa dowolnego typu panelu fotowoltaicznego w dużej mierze zależy od intensywności promieniowania słonecznego padającego na jego powierzchnię, a także od jego orientacji, temperatury roboczej i podłączonego obciążenia.

Ogniwa słoneczne wykonane są ze specjalnie impregnowanego krzemu i zaprojektowane tak, aby pochłaniać jak najwięcej światła słonecznego. Ogniwa fotowoltaiczne są połączone elektrycznie w szeregu i równolegle w ramach panelu (modułu), aby uzyskać pożądane napięcie wyjściowe i/lub wartości prądu dla tego panelu. Zazwyczaj panele fotowoltaiczne składają się z 36, 60 lub 72 połączonych ze sobą ogniw słonecznych.

Większość krzemowych ogniw słonecznych generuje około 0,5 do 0,6 V DC, co jest główną cechą złącza pn, gdy nie ma podłączonego zewnętrznego obciążenia. Jeśli nie podłączone jest obciążenie lub zapotrzebowanie na prąd jest bardzo niskie, ogniwo fotowoltaiczne generuje maksymalne napięcie wyjściowe, powszechnie nazywane napięciem otwartym obwodu (VOC).

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na prąd obciążenia z ogniwa, do uzyskania pełnego napięcia wyjściowego potrzebne jest jaśniejsze światło słoneczne (podawane w watach na metr kwadratowy, W/m2). Jednak istnieje maksymalny limit ilości prądu, jaki może wygenerować ogniwo słoneczne, niezależnie od jasności i intensywności naświetlenia światła.

Podczas gdy poszczególne ogniwa słoneczne mogą być połączone w ramach jednego panelu fotowoltaicznego, panele fotowoltaiczne mogą być połączone szeregowo i/lub równolegle, tworząc tablicę, zwiększając całkowitą dostępną moc dla konkretnego zastosowania w porównaniu do pojedynczego panelu.

Panele słoneczne z połączonymi panelami z serią

Series Connected Solar Panels

Panele fotowoltaiczne oceniane są według całkowitej mocy wyjściowej, czyli szczytowej mocy WP. Na przykład 50 watów, 100 watów, 245 watów itd., więc kilka paneli połączonych razem może wytwarzać znaczną ilość energii słonecznej zdolną do zasilenia domu. Łączenie paneli słonecznych to prosty i skuteczny sposób na zwiększenie możliwości zasilania słonecznego, ale ważne jest, aby zrozumieć, jak zachowują się panele połączone szeregowo.

Jak łączyć panele słoneczne szeregowo

Wszystkie panele fotowoltaiczne generują napięcie wyjściowe pod wpływem światła słonecznego i możemy zwiększyć napięcie wyjściowe paneli, łącząc je szeregowo. To znaczy, łączenie paneli słonecznych szeregowo zwiększa napięcie w systemie, więc dwa panele połączone szeregowo generują podwójne napięcie w porównaniu do jednego, ale podczas sumowania napięcia prąd każdego panelu pozostaje taki sam, czyli prądy szeregowe się nie sumują.

Gdy panele fotowoltaiczne są połączone elektrycznie szeregowo, ujemny (-) zacisk pierwszego panelu jest połączony z dodatnim (+) zaciskiem następnego (drugiego) panelu, a ujemny (-) drugiego panelu z dodatnim (+) trzeciego panelu, i tak dalej, aż wszystkie panele zostaną połączone razem.

Panele słoneczne połączone szeregowo nazywane są sznurkiem, stąd użycie słowa "struna" oznacza, że panele są połączone szeregowo. Należy zauważyć, że szeregi paneli PV można łączyć równolegle, aby zwiększyć całkowity prąd, a tym samym większą moc wyjściową.

Panele słoneczne połączone z serią tego samego typu
Series Connected Solar Panels of the Same Type

Tutaj WSZYSTKIE panele fotowoltaiczne mają ten sam typ i moc. Całkowite napięcie wyjściowe staje się sumą napięcia wyjściowego każdego panelu, ale prąd szeregowego ciągu jest równy prądom panelu, jak pokazano.

Series Connected Solar Panels of the Same Type

Używając tych samych trzech paneli PV 12 V 5,0 amper, co pokazano powyżej, widzimy, że gdy są wyraźnie połączone w szeregowy ciąg, łączny ciąg generuje łącznie 36 woltów (12 + 12 + 12) przy 5,0 amperach, co daje łączną moc ciągu 180 watów (wolty x ampery), w porównaniu do 60 watów jednego panelu.

Tak więc, jeśli ciąg szeregowy składałby się z "n" liczby paneli fotowoltaicznych o dokładnie tych samych cechach, to napięcie szeregowe wynosiłoby V1 razy "n" (V*n) woltów, a prąd wyjściowy równy byłby I1. W związku z tym całkowita moc wyjściowa struny będzie równa V*I*n watom.

Teraz przyjrzyjmy się połączeniu paneli słonecznych szeregowo o różnych napięciach nominalnych, ale o identycznych prądach.

Panele słoneczne połączone z szeregiem o różnych napięciach

Series Connected Solar Panels of Different Voltages

W tej metodzie wszystkie panele słoneczne są różnych typów, a więc mocy, ale mają wspólny prąd. Gdy panele są połączone szeregowo, napięcia nadal sumują się tak samo jak wcześniej, więc przeciąg generuje 36 V DC przy 5,0 ampera, co daje 180 watów. Ponownie, napięcie wyjściowe zależy od liczby połączonych paneli, ale natężenie struny pozostaje takie samo na poziomie 5,0 ampera.

Series Connected Solar Panels of Different Voltages

Należy zauważyć, że podczas gdy producenci podają standardowe napięcie panelowe (6, 12, 24, 48 V itd.), które zmienia się bardzo niewiele wraz z nasłonecznieniem panelowym, napięcie w otwartym obwodzie, VOC (czyli napięcie mierzone przy I = 0) panelu, może być nawet o 25% wyższe niż nominalne napięcie panelu, co skutkuje nadmiernym przepięcieniem dla dużych przewodów.

Wtedy, choć nasz prosty przykład ma nominalne napięcie 36 woltów, potencjalnie może być wyższe przy 45 woltach (36*1,25). To właśnie ten poziom napięcia należy wziąć pod uwagę przy łączeniu szeregów do regulatorów ładowania baterii, inwerterów, przetworników napięcia czy obciążeń DC itd.

Przyjrzyjmy się połączeniu paneli słonecznych szeregowo o tych samych napięciach, ale o różnych prądach.

Połączone panele słoneczne o różnych prądach

Series Connected Solar Panels of Different Currents

W tej metodzie wszystkie panele słoneczne mają inny prąd, ale mają takie samo napięcie nominalne. Napięcia poszczególnych paneli nadal sumują się jak wcześniej, ale tym razem natężenie prądu jest ograniczone do wartości najniższego panelu w ciągu szeregowym, w tym przypadku 1 ampera. Wtedy szeregowy ciąg generuje 36 woltów tylko przy 1,0 ampera.

Wtedy, niezależnie od faktycznej maksymalnej mocy podłączonych paneli, to panel PV o najniższym prądzie decyduje o całkowitej mocy przewodu szeregowego. Na przykład, nasze trzy powyższe panele mają indywidualne wskaźniki mocy:

Series Connected Solar Panels of Different Currents-2

Całkowita oczekiwana moc trzech paneli PV wynosi więc 108 watów, ale moc dostępna dla podłączonego obciążenia to tylko 36 (36 woltów razy 1 amper) watów, co wyraźnie zmniejsza rzeczywistą moc przewodu do około 33% maksymalnej mocy, przez co traci pieniądze na zakup paneli słonecznych o wyższej mocy. Łączenie paneli słonecznych szeregowo o różnych prądach powinno być stosowane tylko tymczasowo, ponieważ jak widzieliśmy, panel fotowoltaiczny o najniższym prądzie nominalnym decyduje o prądzie wyjściowym całej instalacji.

Teraz spójrzmy na połączenie paneli słonecznych szeregowo o różnych mocach mocy, ponieważ to najczęstszy scenariusz.

Panele słoneczne w serii o różnych mocach

Solar Panels in Series of Different Wattage’s

Załóżmy, że mamy trzy panele fotowoltaiczne o mocy 40 watów, 100 watów i 180 watów, każdy połączony w szeregowy ciąg. Możesz zakładać, że całkowita moc PT będzie wynosić 320 watów (40 + 100 + 180), ale tak nie jest. Ponieważ znamy nominalne napięcie każdego panelu, możemy użyć prawa Ohma, aby określić natężenie prądu każdego panelu i określić rzeczywistą moc wyjściową ciągu szeregowego.

Parametry prądu paneli słonecznych

Solar Panel Current Ratings-2


Tak więc dla panelu 1.

P1 = 40 watów, V1 = 6 woltów, I1 = 6,67 amperów

oraz dla panelu 2.

P2 = 100 watów, V2 = 12 woltów, I2 = 8,33 amperów

oraz Panel 3.

P3 = 180 watów, V3 = 24 wolty, I3 = 7,50 amperów

Jak już wcześniej widzieliśmy, napięcia sumują się, tworząc całkowite napięcie wyjściowe, VT, wynosi 42 wolty (6 + 12 + 24). Jednak prąd wyjściowy jest ograniczony przez panel o najniższym prądzie wyjściowym, czyli panel nr 1 o mocy 6,67 ampera. Wtedy szeregowy układ generuje maksymalną moc wyjściową tylko 280 watów (42 x 6,67), co jest o 12,5% mniej niż oczekiwane 320 watów, więc układ fotowoltaiczny działa tylko z 87,5% sprawnością przy pełnym słońcu.

Połączenie smyczkowe ostatniej serii

Final Series String Connection

Podsumowanie połączonych paneli słonecznych z serii

Widzieliśmy tutaj, że połączone panele słoneczne z serią zwiększają napięcie struny. Tak więc "panele słoneczne połączone szeregowo są mniej więcej napięciem", ponieważ VT = V1 + V2 + V3 + V4 itd., a zatem okablowanie szeregowe = więcej napięcia. Liczba paneli fotowoltaicznych podłączonych na ciąg szeregowy zależy od napięcia, które chcesz osiągnąć, lub liczby dostępnych paneli słonecznych, ale MUSISZ zawsze brać pod uwagę możliwe napięcie na otwartym obwodzie i wartość VOC przy podłączaniu do regulatorów i sterowników baterii.

Chociaż napięcie może wzrosnąć, prąd struny będzie równy najniższemu natężeniu panelu. Jeśli wszystkie panele słoneczne mają takie same właściwości elektryczne, to sznur będzie produkował 100% dostępnej mocy przy pełnym słońcu (1000 W/m2). Jeśli szeregowo połączone panele fotowoltaiczne mają różną moc i moc, prąd struny jest ograniczony do najniższego prądu panelowego, co zmniejsza efektywność przewodu nawet przy maksymalnym napromieniowaniu.

Panele różnych typów, monokrystalicznych lub polikrystalicznych, lub o różnych wartościach WP, na przykład 40 watów razem z 50 watami, nie powinny być połączone szeregowo, ponieważ nie generowałyby oczekiwanej mocy wyjściowej 90 watów (40 + 50), gdyż dolny panel kontrolowałby strunę, co oznaczałoby marnowanie pieniędzy na większy panel 50 watów.

Panele fotowoltaiczne to świetny sposób na bezpłatną produkcję energii elektrycznej i dostępne są w zakresie mocy od mniej niż 10 watów do ponad 200 watów, co odpowiada wielu aplikacjom solarnym. Aby jednak osiągnąć najwyższą efektywność z szeregu, pozycjonowanie, kąt słońca i ilość nierozpromieniania są równie ważne jak użycie tego samego modelu panelu słonecznego. Oznacza to, czy są połączone szeregowo, czy są połączone równolegle panelami słonecznymi. Trochę przemyślenia pozwoli Ci zaoszczędzić pieniądze.

Aby uzyskać więcej informacji o panelach słonecznych połączonych szeregowo, dowiedzieć się więcej o różnych typach dostępnych paneli słonecznych lub poznać zalety i wady korzystania z paneli połączonych szeregowo do zasilania domu, kliknij tutaj, aby zamówić egzemplarz na Amazon już dziś i dowiedzieć się więcej o projektowaniu, okablowaniu i instalacji paneli słonecznych połączonych z siecią offline, aby stworzyć systemy fotowoltaiczne dla Twojego domu.

Niektóre wysokiej jakości panele słoneczne, które mogą Cię zainteresować, można ze sobą łączyć i używać w panelach słonecznych.

 

Odpowiedz