Łączenie paneli fotowoltaicznych - w jaki sposób?

Łączenie paneli fotowoltaicznych - sposoby

System fotowoltaiczny zwykle składa się z jednego lub kilku szeregów modułów. W ujęciu technicznym, również są one spięte w łańcuchy, określane stringami.

To, jakie napięcie i natężenie prądu będzie docierać do przetwornika prądu (czyli falownika lub mikrofalownika) w znacznym stopniu zależy od tego, jak połączone są w stringu poszczególne panele. Oczywiście, oprócz tego znaczenie mają też warunki atmosferyczne, a mianowicie temperatura (napięcie prądu zmienia się o kilka procent wraz z jej wahaniami), a także ilość słońca (nasłonecznienie wpływa zarówno na napięcie jak i natężenie prądu w instalacji PV).

Biorąc pod uwagę te kwestie oraz właściwości obwodów elektrycznych (o których mówią I i II prawo Kirchhoffa), zwykle stosuje się dwa sposoby łączenia modułów fotowoltaicznych:

• łączenie równoległe paneli fotowoltaicznych,
• łączenie szeregowe paneli fotowoltaicznych.

To, który ze sposobów należy wykorzystać, zależy m.in. od tego, jaki rodzaj falownika chcemy później użytkować, ale też od naszych dalszych planów rozbudowy czy warunków pracy systemu. Oba sposoby łączenia paneli PV mają bowiem swoje wady oraz zalety, przez co mogą się sprawdzić w różnych warunkach.

Bardzo ważne jest również, aby przy ustaleniu sposobu łączenia paneli fotowoltaicznych wziąć pod uwagę zalecenia producenta, które można znaleźć m.in. w instrukcji montażu. Dla przykładu, w przypadku modułów Jinko dopuszczalne jest zarówno łączenie równoległe, jak i szeregowe, z zachowaniem maksymalnych dopuszczalnych wartości granicznych.

Źródło: Instrukcja montażowa modułów Jinko

Łączenie równoległe paneli fotowoltaicznych - charakterystyka

W przypadku równoległego łączenia paneli fotowoltaicznych, napięcie w obwodzie jest równe napięciu deklarowanemu pojedynczego modułu PV. Sumuje się natomiast natężenie prądu.

Źródło: opracowanie własne enerad.pl

Moc w powyższej instalacji będzie iloczynem sumy natężeń oraz stałej napięcia modułów. Po przeliczeniu wyniesie 150 W.

Równoległe łączenie paneli fotowoltaicznych to opcja, którą stosuje się tam, gdzie wymagane jest zwiększenie wydajności prądowej. Układ tego typu wykorzystuje się przede wszystkim w fotowoltaice niskonapięciowej, ale oprócz tego w systemach fotowoltaicznych off-grid (wyspowych) z regulatorami ładowania PWM. To również typ łączenia stosowany w instalacjach fotowoltaicznych o dużej mocy, gdzie istnieje konieczność połączenia wielu łańcuchów i zastosowania falowników o szerszych zakresach prądów wejściowych.

Optymalnym uzupełnieniem systemu PV on-grid, w którym panele są połączone równolegle mogą być mikrofalowniki. Dzięki oddzielnym układom MPPT (algorytmom śledzenia punktu mocy maksymalnej), mikroinwertery są w stanie pozytywnie wpływać na ogólną wydajność instalacji. Pozwalają także na jednoczesną kontrolę każdego modułu z osobna, co ułatwia wyłapanie ewentualnych problemów. Jest to możliwe, gdyż mikroinwertery (w zależności od modelu i marki) zarządzają pracą od jednego do kilku paneli PV połączonych równolegle.

Równoległe łączenie paneli fotowoltaicznych - zalety i wady

Wiemy już, jak równoległe łączenie paneli PV wpływa na charakterystykę napięciowo-prądową obwodu. Jak to przekłada się na ogólną wydajność instalacji? Jakie są plusy i minusy tego rozwiązania?

Zalety łączenia równoległego paneli PV:

Większa moc i wydajność w przypadku częściowego zacienienia - w łączeniu równoległym, każdy moduł działa niezależnie od pozostałych. Zabrudzenie czy uszkodzenie nie będzie więc obniżać produkcji w pozostałych panelach stringu, co jest dużą zaletą w przypadku każdej instalacji PV.

Łatwiejsza wymiana modułów i rozbudowa systemu - niezależna praca wszystkich paneli PV sprawia, że gdy pojawi się konieczność wymiany uszkodzonego modułu, dobór urządzenia nie powinien stanowić większego problemu.

Niższe ryzyko wystąpienia łuku elektrycznego i pożaru instalacji fotowoltaicznej - systemy PV łączone równolegle, ze względu na niższe napięcie wykazują się mniejszą podatnością na występowanie łuku elektrycznego, prowadzącego do zapłonu instalacji PV.

Wady łączenia równoległego paneli PV:

Możliwe większe straty - zwiększenie prądu (wyrażonego w amperach), nie pozostaje bez wpływu na generalną sprawność systemu. By uniknąć strat związanych z przesyłem, trzeba więc zastosować odpowiednią grubość, ale i długość przewodów, dostosowaną do miejsca montażu.

Jak wygląda szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych?

Jeśli chodzi o szeregowe łączenie paneli PV to w tym przypadku, każdy kolejny moduł będzie zwiększał napięcie w stringu, zaś prąd łańcucha będzie zbliżony do natężenia w pojedynczym module.

Źródło: opracowanie własne enerad.pl

Moc modułu to iloczyn napięcia i natężenia. Dlatego, gdy w powyższym przykładzie wszystkie moduły posiadają taką samą charakterystykę napięciowo-prądową, uzyskujemy moc rzędu 150 W.

Zupełnie inaczej będzie, gdy podłączymy szeregowo lub równolegle moduły o różnych parametrach - ale o tym napiszemy nieco później.

Łączenie szeregowe paneli fotowoltaicznych to opcja najbardziej powszechnie stosowana w przydomowych elektrowniach fotowoltaicznych, ale także w większych inwestycjach fotowoltaicznych dla firm. W układzie tym, sercem instalacji jest najczęściej pojedynczy falownik stringowy, który zarządza pracą wszystkich modułów. Im większa liczba paneli wpiętych w szereg, tym większe napięcie dociera do falownika stringowego. A to przekłada się na lepszą sprawność samego urządzenia (układ MPPT przy wyższym napięciu skuteczniej wyszukuje punkty mocy maksymalnej, przy zróżnicowanych warunkach nasłonecznienia), ale też instalacji. Transformacja wysokiego napięcia DC (o wartości rzędu kilkuset V) do napięcia przemiennego 230 V może też odbywać się z większą sprawnością oraz przy mniejszych stratach.

Łączenie szeregowe paneli fotowoltaicznych - plusy i minusy rozwiązania

W przypadku szeregowego łączenia modułów fotowoltaicznych, każdy z modułów wpływa na pozostałe, co wiąże się z pewnymi konsekwencjami. Jakimi? Jakie są plusy i minusy łączenia szeregowego paneli fotowoltaicznych?

Zalety szeregowego łączenia paneli PV:

Wyższa sprawność systemu - jak już było wspominane, wyższe napięcie DC pozytywnie wpływa na sprawność systemu PV wyposażonego w falownik stringowy. Do falownika dostarczane jest bowiem napięcie DC o wartości kilkuset woltów. W domowej instalacji elektrycznej mamy natomiast napięcie rzędu ok. 230 V AC. Zmianę napięcia z wyższego na niższe, można przeprowadzić szybciej.

Mniejsze straty w przesyłach - szeregowy typ łączenia pozwala również zastosować mniejsze przekroje przewodów oraz ogranicza straty związane z przesyłem.

Niższy koszt przetwornic - szeregowe łączenie modułów pozwala zastosować tylko jeden falownik, który będzie zarządzał pracą kilkunastu czy nawet kilkudziesięciu modułów. Rozwiązanie to jest zwykle nieco tańsze od stosowania np. mikroinwerterów do modułów łączonych równolegle.

Wady szeregowego łączenia paneli PV:

Gorsza praca w cieniu - w instalacji połączonej szeregowo, panele będą działać z mocą najsłabszego ogniwa, co oczywiście niesie duże straty w produkcji w przypadku np. zacienienia czy zabrudzenia jednego z modułów (wyjątek od tej reguły stanowi sytuacja, gdy panele zostały wyposażone w optymalizatory mocy).

Wyższe napięcie, to wyższe ryzyko - wysokie napięcie DC może prowadzić do powstania łuku elektrycznego, szczególnie w sytuacji, gdy popełniono błędy montażowe (np. nie zastosowano złączek MC4 tego samego producenta czy dopuszczono do fizycznego uszkodzenia przewodów).

Czy można łączyć różne panele fotowoltaiczne?

Co do zasady, nie zaleca się łączenia modułów o różnej charakterystyce prądowo-napięciowej, bo bez względu na typ łączenia, moduł o najgorszych parametrach będzie oddziaływał na pozostałe. Dlaczego? Aby wyjaśnić to możliwie jak najbardziej obrazowo, rozważmy dwie sytuacje:

• Przypadek 1: instalację łączoną szeregowo, na którą składają się moduły o różnym napięciu i natężeniu.
• Przypadek 2: instalację łączoną równolegle, na którą składają się panele o różnym napięciu i natężeniu.

Przypadek 1

Źródło: opracowanie własne enerad.pl

W pierwszym przypadku, gdy panele są łączone szeregowo, zgodnie z zasadą, napięcie się sumuje. Jednakże natężenie prądu dla całego systemu przyjmuje wartość najsłabszego modułu, co przekłada się na radykalne pogorszenie parametrów instalacji.

Ponieważ moc modułu to iloczyn natężenia i napięcia, w powyższym przykładzie osiągniemy moc na poziomie 23 W.

Przypadek 2

Źródło: opracowanie własne enerad.pl

W przypadku niedopasowania prądowego paneli PV w łączeniu równoległym, zgodnie z zasadami natężenie prądu się zsumuje, natomiast wartość napięcia w stringu dostosuje się do napięcia najsłabszego modułu. Tym samym wydajność systemu PV znów ulegnie pogorszeniu, jednak nie tak radykalnie, jak w przypadku łączenia szeregowego. W powyższym przykładzie moc wyniesie bowiem 45 W.

Łączenie paneli fotowoltaicznych różnej mocy - kiedy jest to możliwe?

Jak widać w przykładach powyżej, co do zasady, odpowiedź na pytanie “czy można łączyć różne panele fotowoltaiczne” brzmi: nie.

Nieco inaczej może być, jednak gdy postanowimy połączyć panele równolegle, z wykorzystaniem mikrofalowników oddzielnie dla każdego modułu. W takim przypadku, każdy z nich będzie funkcjonował jak oddzielna, mini elektrownia, a zatem nawet gdy zastosujemy moduły o różnej mocy, nie będą one miały wpływu na pracę pozostałych.

Przykładowo, wykorzystując mikroinwertery i łącząc równolegle moduły o mocy: 350 W, 400 W i 550 W, uzyskamy system o mocy 1.300 W. Jednocześnie łącząc szeregowo moduły o różnych mocach, wszystkie ograniczą się do mocy najsłabszego. A zatem, całość będzie dostarczać nam 1.050 W.

Zwykle stosuje się jeden z dwóch sposobów łączenia paneli fotowoltaicznych - szeregowy oraz równoległy. To, który z nich będzie odpowiedni, uzależnione jest od kilku zmiennych, związanych m.in. z warunkami montażowymi oraz projektem instalacji fotowoltaicznej. Każda z metod łączenia paneli PV ma swoje zalety i wady, oraz wiąże się z różnymi konsekwencjami. Dlatego, dobór warto pozostawić profesjonalistom. których znajdziecie m.in. w naszym rankingu firm fotowoltaicznych. Tylko dzięki temu będziecie mieć pewność, że wasza instalacja działa z maksymalną możliwą mocą i że bezproblemowo posłuży Wam przez lata.