Schemat podłączenia paneli fotowoltaicznych do sieci

Istnieje wiele metod podłączenia ogniw fotowoltaicznych do sieci. Podstawowym rozróżnieniem jest wariant planowanej instalacji. W budynkach spotykamy instalacje fotowoltaiczne typu off-grid, instalacje on-grid, a także nieco mniej popularnej instalacje hybrydowe. Co istotne, połączenie ogniw fotowoltaicznych pracujących w wariancie off-grid nie wymaga przyłączania instalacji do sieci. Cały system działa niezależnie od energii dostarczanej z sieci. Nagromadzona energia wymaga zmagazynowania w odpowiedniej pojemności akumulatorach, co może zwiększać ostateczny koszt inwestycji.

W Polsce największą popularnością cieszą się instalacje typu on-grid. Pierwszym elementem systemu są połączone szeregowo lub równolegle panele fotowoltaiczne. Zadaniem ogniw fotowoltaicznych jest przetworzenie energii słonecznej na prąd stały, który zostaje przesłany z generatora fotowoltaicznego do skrzynki przyłączeniowej prądu stałego. Jest to ważny element całej instalacji, w którym znajdują się bezpieczniki i ograniczniki przepięć.

Profesjonalny schemat instalacji fotowoltaicznych obejmuje także inwerter, inaczej zwany falownikiem. Jego zadaniem jest przekształcenie pozyskanego prądu stałego w prąd zmienny. Falownik jest najistotniejszym elementem instalacji i musi być przyłączony do okablowanie elektrycznego prądu stałego. Co istotne, wybór falownika może wpłynąć na wydajność instalacji. Najlepszym rozwiązaniem okazują się nowoczesne inwertery o wysokiej sprawności, które gwarantują minimalną stratę energii.

Prąd zmienny przetworzony w falowniku musi trafić do skrzynki przyłączeniowej prądu. Kolejny element systemu to główna rozdzielnia elektryczna budynku. Co bardzo istotne, w głównej rozdzielni musi znajdować się licznik dwukierunkowy. Jest to niezbędny element, który umożliwia wykorzystanie energii elektrycznej z ogniw fotowoltaicznych w instalacji domowej. Nadmiar energii trafia do sieci.

Schemat podłączenia paneli fotowoltaicznych on-grid do sieci
Schemat podłączenia paneli fotowoltaicznych on-grid do sieci

Podłączenie paneli fotowoltaicznych do instalacji off-grid

Wskazaliśmy już uproszczony schemat podłączenia falownika i innych urządzeń w systemie on-grid. Jednak instalacja ogniw fotowoltaicznych nie zawsze służy do przyłączania do sieci zewnętrznej. Instalacje typu off-grid działają bez dostępu do sieci i są całkowicie uniezależnione od dostaw energii elektrycznej z zewnętrz.

Atutem takiego rozwiązania jest całkowita niezależność, jednak rozwiązanie posiada także pewne wady. Pierwszy, prawdopodobnie jeden z najistotniejszych mankament to znacznie wyższa cena inwestycji, wynikająca z konieczności podłączenia akumulatorów.

Podłączenie paneli fotowoltaicznych do instalacji off-grid wymaga zastosowania regulatora ładowania. Jest to bardzo istotny mechanizm, który zabezpiecza akumulator przed przeładowaniem i uszkodzeniem. Co ważne, bezpośrednio do regulatora podłącza się urządzenia działające na napięcia stałe 12/24V. Jeśli energia pozyskana z ogniw fotowoltaicznych ma podłużyć do zasilania urządzeń o napięciu 230V, należy podłączyć je za inwerterem.

Schemat instalacji fotowoltaicznej typu off-grid
Schemat instalacji fotowoltaicznej typu off-grid

Jak łączyć panele w stringi? Szeregowo czy równolegle?

Równoległe połączenie ogniw fotowoltaicznych – schemat połączeń

Prawidłowe połączenie ogniw fotowoltaicznych wpływa na zoptymalizowanie pracy całego systemu. Warto wiedzieć, że panele łączy się w łańcuchy (tak zwane stringi). Schemat połączeń powinien być dopasowany adekwatnie do specyfiki instalacji. Jak łączyć panele w stringi? Najczęściej stosuje się łączenie szeregowe bądź równoległe.

Nie istnieje jednoznaczna odpowiedź na pytanie, które łączenie jest lepsze. Zarówno pierwsze, jak i drugie rozwiązanie posiada swoje zalety. Schemat połączeń ogniw fotowoltaicznych powinien być dopasowany do charakteru instalacji (off grid, on grid), miejsca montażu, parametrów technicznych instalacji, samego rodzaju ogniw fotowoltaicznych oraz od indywidualnych założeń projektowych.

Łączenie równoległe ogniw fotowoltaicznych wykonuje się poprzez połączenie przewodów dodatnich z dodatnimi i ujemnych z ujemnymi. Umożliwia to uzyskanie takiego samego napięcia na całym obwodzie przy jednoczesnym zsumowaniu natężenia z podłączonych ogniw. Połączenie równoległe znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagane jest zwiększenie wydajności prądu (czyli np. w instalacjach niskonapięciowych z modułem wyposażonym w osobny falownik).

Równoległe podłączenie paneli fotowoltaicznych do instalacji może przynieść pewne korzyści. Łączenie równolegle umożliwia łatwą rozbudowę instalacji, a jeśli zajdzie taka potrzeba, również możliwość wymiany poszczególnych modułów. Wynika to z faktu, iż każdy moduł pracuje w sposób niezależny od pozostałych. Dzięki łączeniu równoległemu można także uzyskać większą wydajność następującą w sytuacji częściowego zacienienia jednego z ogniw lub jego zanieczyszczenia. Atutem jest także zmniejszenie ryzyka powstania łuku elektrycznego w instalacji. Niestety rozwiązanie nie jest w pełni wolne od wad. Równoległe łączenie ogniw fotowoltaicznych może zwiększać ryzyko straty energii podczas przesyłu prądu. Rozwiązaniem tego problemu staje się wykorzystanie grubszych przewodów.

Jak wygląda schemat podłączenia paneli fotowoltaicznych przy łączeniu równoległym? Załóżmy, że nasza instalacja składa się z trzech ogniw fotowoltaicznych o napięciu 10 V i natężeniu 5A. Napięcie ogniw fotowoltaicznych w obwodzie jest takie samo, jak napięcie pojedynczego ogniwa. Z kolei natężenie ulega zsumowaniu. Zatem nasza podłączona równolegle instalacja będzie posiadała na wyjściu 10 V/15A. Sytuację ilustruje poniższy schemat połączeń. Jeśli szukasz więcej porad i informacji, sprawdź także zebrane w tym miejscu artykuły na temat fotowoltaiki.

Równoległe podłączenie paneli fotowoltaicznych do instalacji
Równoległe podłączenie paneli fotowoltaicznych do instalacji

Szeregowe podłączenie paneli fotowoltaicznych do instalacji

Drugim rodzajem jest połączenie szeregowe. W tym przypadku każde kolejne ogniwo zwiększa napięcie w stringu. Drugą cechą połączenia szeregowego jest fakt, że natężenie prądu w łańcuchu będzie niemal takie samo jak natężenie prądu w pojedynczym ogniwie. W tego typu połączeniach znajduje zastosowanie drugie prawo Kirchhoffa. Według niego, każdy panel wpinany do łańcucha będzie powodował wzrost napięcia na końcach stringu przy zachowaniu wartości natężenia prądu poszczególnego modułu.

Szeregowy schemat podłączenia paneli fotowoltaicznych można uprościć do stwierdzenia, że bieguny dodatnie ogniw zostają połączone z biegunami ujemnymi następnego ogniwa. Tego typu rozwiązanie jest powszechnie stosowane i może przynosić istotne korzyści. Po pierwsze, szeregowe łączenie ogniw zapewnia większą sprawność całego systemu. Wyższe napięcie docierające do falownika umożliwia szybkie przetworzenie prądu przeznaczonego do odbiorników lub do sieci. Atutem będzie także mniejsza strata w przesyle.

Materiały sponsorowane
Najpopularniejsze panele fotowoltaiczne

Planujesz montaż paneli fotowoltaicznych w swoim domu i zastanawiasz się, jakie będą najlepsze? Dobrze trafiłeś! Sprawdź koniecznie najczęściej kupowane panele fotowoltaiczne przez internautów.

Instalacja nie jest jednak w pełni wolna od wad. Pewnym mankamentem jest większe ryzyko powstania łuku elektrycznego, spowodowane wyższym napięciem w instalacji. Pewnym mankamentem okazuje się także mniejsza skuteczność pracy w warunkach zacienienia czy zabrudzenia jednego z modułów. Trudniejsza będzie także ewentualna modernizacja instalacji oraz wymiany pojedynczego ogniwa fotowoltaicznego.

Jak wygląda szeregowe podłączenie paneli fotowoltaicznych do instalacji? Dla przykładu weźmiemy trzy ogniwa o napięciu 9V i natężeniu 5A. Przypomnijmy, że w łączeniu szeregowym, każde kolejne ogniwo zwiększa napięcie. Z kolei natężenie w instalacji jest zbliżone do natężenia w jednym ogniwie. Sytuację obrazuje poniższy schemat połączeń

Szeregowy schemat połączeń ogniw fotowoltaicznych
Szeregowy schemat połączeń ogniw fotowoltaicznych

Schemat podłączenia falownika

Schemat podłączenia falownika do paneli fotowoltaicznych będzie uzależniony od charakteru całej instalacji. Podłączenie odbywa się na złączach DC+ oraz DC-. Niektóre falowniki podłącza się za pomocą jednego MPP trackera, inne są rozwiązaniami multi, co umożliwia na połączenie dwoma MPP trackerami.

Czym jest MPP tracker? To skrót od angielskich słów Maximum Power Point (maksymalny punkt mocy). MPP oznacza moc modułu, który osiąga w warunkach optymalnych (inaczej moc maksymalną). Każdy MPP tracker może posiadać kilka wejść, które oznacza się liczbowo. W przypadku instalacji z dwoma MPP trackerami stosuje się oznaczenie trackera (np. A, B) oraz oznaczenia liczbowe na zaciski DC. Załóżmy, że nasz schemat podłączenia falownika został wyposażona w jedno ogniwo. Zaciski znajdują się wewnątrz falownika. Każde wejście DC zostaje przeznaczone na kolejne ogniwa połączone w stringi. W przypadku naszego przykładowego falownika, istnieje możliwość podłączenia maksymalnie trzech stringów (oznaczenia 1,2,3). Przewody pierwszego stringu z ogniwa fotowoltaicznego podłączamy do odpowiednich zacisków DC-1 oraz DC+1. W przypadku kolejnych stringów, podłączamy je pod złącza 2 i 3. Schemat podłączenia falownika może także zawierać większą liczbę stringów. W takiej sytuacji stosuje się dodatkową skrzynkę zbiorczą wyposażoną w bezpieczniki modułów.

Prosty schemat podłączenia falownika z jednym ogniwem fotowoltaicznym (instalacja w jednym stringu)
Prosty schemat podłączenia falownika z jednym ogniwem fotowoltaicznym (instalacja w jednym stringu)

Jak podłączyć panele fotowoltaiczne do bojlera?

Prosty schemat instalacji fotowoltaicznej zawiera łączenie ogniw fotowoltaicznych, inwertera DC/AC, licznika oraz przyłączenia do sieci i urządzeń domowych. Zadaniem typowej instalacji fotowoltaicznej on grid jest produkcja czystej energii elektrycznej. Jednak nic nie stoi na przeszkodzie, by fotowoltaika posłużyła do ogrzewania wody w bojlerze. Jak wygląda taki schemat instalacji fotowoltaicznej?

Jedyną istotną różnicą jest zastosowanie inwertera fotowoltaicznego z dodatkowym stykiem sterującym załączaniem urządzeń elektrycznych. Dodatkowa funkcja w inwerterze umożliwi uruchamianie bojlera elektrycznego. Co istotne, grzanie wody będzie odbywało się wyłącznie w trakcie produkcji energii elektrycznej. W momencie optymalnego nasłonecznienia, inwerter może przekierować część wyprodukowanej energii do bojlera. W efekcie następuje ogrzanie ciepłej wody użytkowej do temperatury zadanej. Dzięki temu następuje ograniczenie kosztów ogrzewania ciepłej wody użytkowej, a zapotrzebowanie na energię z sieci ulega zmniejszeniu.

Schemat instalacji fotowoltaicznej z inwerterem zawierającym dodatkowy styk sterujący załączaniem urządzeń elektrycznych zasługuje na uwagę. Zaletą tego rozwiązania jest lepsza możliwość wykorzystania wyprodukowanej energii elektrycznej oraz wysoki komfort użytkowania. Mankamentem jest natomiast fakt, że podgrzewanie wody użytkowej działa jedynie w okresie pełnego nasłonecznienia. Pewnym mankamentem może okazać się również nieco wyższy koszt inwestycji. Systemy paneli fotowoltaicznych z przyłączeniem do bojlera na ogół posiadają większą moc. To z kolei pociągnie za sobą większą cenę ogniw fotowoltaicznych.

Przykładowe źródła:

  • https://ekofachowcy.pl/blog/fotowoltaika/schemat-instalacji-fotowoltaicznej-praktyczne-porady/
  • https://blog.maciejdolata.com/fotowoltaika/schemat-mikroinstalacji-fotowoltaicznej-10-niezbednych-elementow/
  • https://fotowoltaika.ecocomfort.pl/schemat-podlaczenia-paneli-fotowoltaicznych-do-sieci/
  • https://www.fotowoltaika.belos.com.pl/pl/n/Schemat-podlaczenia-instalacji-fotowoltaicznej-2-kW-na-inwerterze-Sunshine/3
  • https://budujemydom.pl/instalacje/kolektory-sloneczne-i-fotowoltaika/porady/21219-instalacje-fotowoltaiczne-system-on-grid-czy-off-grid
  • https://www.fachowyelektryk.pl/technologie/zasilanie/2860-regulatory-ladowania-w-instalacjach-pv-typu-off-grid.html
  • https://solar-distribution.baywa-re.pl/pl/blog/2022/09/grzanie-wody-z-paneli-fotowoltaicznych-jak-to-zrobic/
  • https://fwinstal.pl/blog/fotowoltaika-ogrzewania-wody-uzytkowej.html
  • https://enerad.pl/aktualnosci/laczenie-paneli-fotowoltaicznych-w-jaki-sposob/
  • https://instsani.pl/technik-urzadzen-i-systemow-energetyki-odnawialnej/vademecum-energetyki-odnawialnej/energia-sloneczna/panele-fotowoltaiczne/instalacje-fotowoltaiczne/falowniki/montaz-falownikow/
Czy ten artykuł był dla Ciebie pomocny?
Oceń
Dla 97,1% czytelników artykuł okazał się być pomocny

Powiązane artykuły

Zobacz wszystkie artykuły z kategorii fotowoltaika