Łączenie paneli fotowoltaicznych - 3 ważne zasady

Sposoby łączenia paneli fotowoltaicznych

System fotowoltaiczny zwykle składa się z jednego lub kilku szeregów modułów. 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.

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.

Łączenie równoległe

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.

Łączenie szeregowe

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.

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 do napięcia przemiennego AC może też odbywać się z większą sprawnością oraz przy mniejszych stratach.

Łączenie mieszane (szeregowo-równoległe)

Łączenie szeregowo-równoległe paneli fotowoltaicznych pozwala na optymalizację parametrów systemu poprzez kombinację obu metod łączenia. W praktyce wygląda to tak, że grupy paneli są najpierw łączone szeregowo, co zwiększa napięcie. Następnie te łańcuchy są łączone równolegle, co podnosi całkowity prąd systemu. Takie podejście umożliwia dostosowanie instalacji do wymagań inwertera i optymalizację wydajności przy różnych warunkach nasłonecznienia. Jest to elastyczne rozwiązanie, które pozwala na lepsze wykorzystanie energii słonecznej i spełnienie specyficznych potrzeb instalacji PV.

Zalety i wady różnych sposobów łączenia paneli fotowoltaicznych

Jak łączyć panele fotowoltaiczne? Szeregowo, równolegle czy w sposób mieszany?

To, który ze sposobów łączenia paneli fotowoltaicznych będzie odpowiedni, uzależnione jest od kilku zmiennych, związanych m.in. z warunkami montażowymi oraz projektem instalacji fotowoltaicznej.

Szeregowe łączenie paneli PV jest korzystne, gdy chcemy uzyskać wyższe napięcie, co pozytywnie wpływa na sprawność systemu z falownikiem stringowym. Pozwala ono na zastosowanie mniejszych przekrojów przewodów, ograniczając straty przesyłowe. Jednakże, w przypadku zacienienia lub uszkodzenia jednego z paneli, cała instalacja będzie działać z mocą najsłabszego ogniwa, co może prowadzić do znacznych strat produkcji energii.

Równoległe łączenie modułów PV sprawdzi się tam, gdzie istnieje ryzyko częściowego zacienienia. Systemy te są bardziej elastyczne w rozbudowie i wymianie modułów, a także charakteryzują się niższym ryzykiem wystąpienia łuku elektrycznego, co zmniejsza ryzyko pożaru. Zwiększone natężenie prądu wymaga jednak zastosowania odpowiednich przewodów, aby uniknąć strat przesyłowych.

Metoda mieszana, czyli szeregowo-równoległe łączenie paneli, łączy zalety obu powyższych metod. Jest to najbardziej elastyczne rozwiązanie, pozwalające na maksymalizację wydajności przy różnych warunkach nasłonecznienia, choć wymaga bardziej skomplikowanego projektowania i montażu.

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.

Szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych o różnym napięcie i natężeniu

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 poniższym przykładzie osiągniemy moc na poziomie 23 W.

Źródło: opracowanie własne enerad.pl

Równoległe łączenie paneli fotowoltaicznych o  różnym napięciu i natężeniu

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.

Źródło: opracowanie własne enerad.pl

FAQ - łączenie paneli fotowoltaicznych

1. Czy można łączyć panele różnych producentów? Sama marka paneli fotowoltaicznych nie ma większego wpływu na możliwość ich łączenia. Ważne jest jednak, aby panele miały zbliżone wartości napięcia oraz natężenia prądu. Różnice w wydajności i charakterystykach mogą prowadzić do obniżenia efektywności całego systemu. Z tego powodu zaleca się konsultację z ekspertem przed podjęciem decyzji o łączeniu paneli od różnych producentów.
2. Czy można łączyć panele fotowoltaiczne o różnej mocy? Łączenie paneli o różnej mocy jest możliwe, ale jedynie w określonych przypadkach. W praktyce można je wykonać tylko wtedy, gdy stosujemy optymalizatory mocy lub mikroinwertery, które pozwalają na lepsze zarządzanie różnicami w wydajności paneli.
3. Jak uniknąć pętli indukcyjnej przy łączeniu paneli fotowoltaicznych? Pętle indukcyjne mogą powstawać, gdy przewody są prowadzone w sposób tworzący zamknięte obwody, co może indukować prądy zakłócające pracę systemu. Aby uniknąć pętli indukcyjnej, należy starannie zaprojektować układ okablowania. Kluczowe jest prowadzenie przewodów w prostych, równoległych liniach i unikanie krzyżowania kabli. Zastosowanie odpowiednich złączek oraz przestrzeganie norm i wytycznych dotyczących instalacji może pomóc w minimalizacji ryzyka powstania pętli indukcyjnych.
4. Ile paneli może być w jednym stringu? Liczba paneli w jednym stringu zależy od specyfikacji inwertera oraz napięcia systemu. Każdy inwerter ma określony zakres napięcia wejściowego, który musi być przestrzegany, aby system działał poprawnie. Zwykle w jednym stringu można połączyć od 8 do 20 paneli, w zależności od ich napięcia nominalnego i maksymalnego napięcia wejściowego inwertera. Przed podłączeniem paneli warto dokładnie przeanalizować specyfikacje inwertera i skonsultować się z producentem lub specjalistą, aby upewnić się, że konfiguracja stringu będzie optymalna.