Łączenie paneli fotowoltaicznych krok po kroku - instrukcja

Opublikowano: 01.12.2023Autor: Ewa PietrykaDrukujUdostępnij

Łączenie paneli fotowoltaicznych – podstawowe informacje

Instalacje fotowoltaiczne składają się z pojedynczych modułów, które łączy się ze sobą w specjalne łańcuchy. Owe łańcuchy nazywa się stringami. Sposoby łączenia ogniw w stringu nigdy nie są dziełem przypadku i powinny być przewidziane na etapie projektu.

Sposób połączenia paneli fotowoltaicznych wpłynie na wartość napięcia oraz natężenia prądu stałego, który dociera do inwertera. O możliwości wyboru pomiędzy sposobami łączenia ogniw decyduje ich specyfikacja techniczna oraz indywidualne warunki montażowe. Ważnym parametrem jest także oczekiwana wydajność i charakterystyka pracy całej instalacji fotowoltaicznej.

Łączenie paneli słonecznych odbywa się szeregowo bądź równolegle. Są to podstawowe sposoby łączenia, które spotykamy w instalacjach fotowoltaicznych. Sposób łączenia paneli o różnej mocy powinien być odpowiednio dopasowany do specyfikacji technicznej falownika. Jakie są podstawowe zasady łączenia ogniw? Poniżej odpowiadamy krok po kroku.

Równoległe łączenie paneli słonecznych – charakterystyka, zasady łączenia

Równoległe łączenie paneli fotowoltaicznych przynosi wiele korzyści. Zasady łączenia można sprowadzić do jednej uproszczonej reguły. Wszystkie bieguny dodatnie łączy się z biegunami dodatnimi, z kolei bieguny ujemne zostają połączone z biegunami ujemnymi. W efekcie uzyskujemy napięcie prądu o przybliżonej wartości napięcia pojedynczego ogniwa. Z kolei natężenie wszystkich ogniw zostaje zsumowane.

Dla przykładu przyjmijmy, że instalacja została wyposażona w trzy ogniwa o napięciu 10 V oraz natężeniu 5A. Wykorzystano połączenie równoległe, które pozwoli na uzyskanie większego natężenia. W tym przypadku na połączeniu w stringu otrzymamy napięcie 10 V oraz natężenie zsumowane z trzech ogniw fotowoltaicznych (razem 15A). Zasady łączenia prezentujemy na poniższej grafice.

Szeregowe łączenie ogniw fotowoltaicznych

Łączenie paneli słonecznych można wykonać szeregowo. Tego rodzaju sposoby łączenia w stringu dają zupełnie inne możliwości (w porównaniu z połączeniami równoległymi). Czym charakteryzuje się połączenie szeregowe? W tego typu połączeniu scala się biegun dodatni ogniwa z biegunem ujemnym ogniwa kolejnego. 

Przy szeregowym łączeniu paneli znajduje zastosowanie drugie prawo Krichhoffa, które traktuje, iż każdy panel wpinany do łańcucha powoduje wzrost napięcia na końcach stringu przy jednoczesnym zachowaniu wartości natężenia prądu poszczególnego modułu. A zatem natężenie prądu w połączonym szeregowo stringu będzie takie samo, jak natężenie prądu w jednym ogniwie. Z kolei napięcie będzie efektem zsumowania wartości we wszystkich przyłączonych szeregowo ogniwach.

Dla przykładu weźmy pod uwagę trzy ogniwa fotowoltaiczne o napięciu 9V oraz natężeniu 5A. Załóżmy, że w instalacji połączono poszczególne moduły szeregowo. Co dało takie łączenie paneli słonecznych? W efekcie połączenia szeregowego w stringu pojawiło się napięcie 27V przy zachowanym natężeniu 5A. Poniżej znajduje się schemat ogniw łączonych szeregowo.

Równoległe łączenie paneli fotowoltaicznych czy połączenia szeregowo? Wady i zalety rozwiązań

Znamy już podstawowe sposoby łączenia ogniw fotowoltaicznych, jednak nadal nie ustaliliśmy zalet owych rozwiązań. Decyzja o sposobie łączenia paneli fotowoltaicznych stringach powinna być podyktowana charakterystyką instalacji.

Równoległe łączenie ogniw fotowoltaicznych sprawdza się w instalacjach, od których oczekuje się zwiększenia wydajności prądu. Będzie to idealne rozwiązanie w instalacjach niskonapięciowych z modułem wyposażonym w osobny falownik.

Połączenie równoległe przynosi kilka istotnych korzyści. Pierwszą jest możliwość łatwej rozbudowy instalacji w przyszłości. Łączenia równoległe umożliwiają również łatwość wymiany poszczególnego modułu zawsze wtedy, gdy zajdzie taka potrzeba. Jest to związane z faktem, że każde przyłączone ogniwo fotowoltaiczne działa niezależnie od pozostałych. Taka specyfika pracy nabiera szczególnego znaczenia w przypadku awarii jednego modułu bądź zabrudzenia jego powierzchni. Warto także zauważyć, że równoległe łączenie paneli słonecznych zmniejsza ryzyko pojawienia się łuku elektrycznego w instalacji.

Szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych wiąże się z większym ryzykiem pojawienia się łuku elektrycznego w instalacji, jednak przynosi wiele korzyści. Każdy kolejny panel przyłączony w stringu zwiększa napięcie. Dzięki temu można uzyskać wysoką sprawność całej instalacji. Zwiększone napięcie w połączeniach szeregowych wpływa na zwiększenie efektywności przetwarzania prądu w falowniku. Pozyskana, czysta energia elektryczna może szybko zasilić domowe odbiorniki elektryczne, trafić do sieci lub akumulatorów (stosowanych w systemach off-grid). Co istotne, szeregowe łączenie paneli fotowoltaicznych charakteryzuje się mniejszymi stratami na przesyle (w porównaniu z połączeniem równoległym). Połączenia szeregowe znajdują wiele możliwości zastosowania, jednak nie umożliwiają tak łatwej wymiany modułu jak przy łączeniu szeregowym. Dodatkowym mankamentem może okazać się mniejsza wydajność działania w przypadku zabrudzenia któregoś z ogniw. Jeśli szukasz więcej porad i informacji, sprawdź także zebrane w tym miejscu artykuły na temat fotowoltaiki.

Czy można łączyć różne panele fotowoltaiczne? Ogniwa o różnej mocy

Wiemy już, na czym polega łączenie paneli fotowoltaicznych w stringach. Kolejnym pytaniem jest to, czy można łączyć panele fotowoltaiczne o różnej mocy. W teorii można, jednak nie jest to zalecane rozwiązanie.

Połączenie paneli o różnej mocy może wpłynąć na zmniejszenie wydajności całej instalacji. Ogniwa fotowoltaiczne o mniejszej mocy mogą obniżać wydajność ogniw o mocy wyższej. W tej sposób nastąpi pogorszenie parametrów wydajnościowych i ograniczenie sprawności działania całej instalacji. Rozwiązaniem tego problemu może być zastosowanie połączenia równoległego z oddzielnymi mikrofalownikami. Każdy moduł instalacji powinien być wyposażony w oddzielny mikrofalownik, dzięki czemu panele o różnej mocy nie będą na siebie wzajemnie oddziaływać.

Jak widzimy, połączenie ogniw o różnej mocy jest możliwe (w połączeniu równoległym). Jednak zamiast podłączania ogniw o różnej mocy, znacznie częściej stosowanym pomysłem okaże się podłączenie paneli o takich samych parametrach. Dotyczy to zarówno instalacji łączonych w sposób szeregowy, jak i równoległy.

Ile paneli może być w jednym stringu?

Nie istnieje jednoznaczna odpowiedź na tak postawione pytanie. Maksymalna ilość paneli w jednym stringu (podłączenie równoległe bądź szeregowe) będzie uzależniona od specyfiki inwertera oraz od ilości mocy potrzebnej do poprawnego działania całej instalacji fotowoltaicznej..

Ilość modułów w jednym stringu powinna być dopasowana do wartości MPP. Jest to oznaczenie Maximum Power Point czyli maksymalny pobór mocy. Parametr oznacza moc modułu osiągany w optymalnych warunkach. Ilość paneli fotowoltaicznych powinna zostać dobrana tak, by deklarowana wartość MPP instalacji nie została przekroczona.

Niektóre obwody MPPT umożliwiają podłączenie kilku paneli słonecznych. W innych przypadkach będzie to nawet ponad 20 paneli na jednym stringu. Zarówno sposoby łączenia, jak i ilość oraz moc paneli powinny być starannie rozplanowane przez doświadczonego wykonawcę.