Как подключить солнечные панели последовательно: безопасные шаги, схемы и расчеты

Когда вы подключаете солнечные панели последовательно, вы подключаете положительный ( ) одной панели на отрицательный (-) следующего. В строке серии напряжения добавляют пока ток остается (примерно) таким же как единая панель. Это наиболее распространенный метод, когда вам нужно более высокое напряжение для уменьшения потерь в проводах или для удовлетворения входных требований контроллера заряда MPPT или сетевого инвертора.

Последовательное подключение обычно является правильным выбором, если вы хотите:

• Увеличьте напряжение массива, чтобы система могла использовать провод меньшего сечения на большие расстояния с меньшими потерями.
• Соответствуют требованиям контроллера/инвертора, таким как минимальное напряжение MPPT (особенно в холодную погоду).
• Создайте строки для инвертора, который ожидает более высокого входного постоянного тока (часто сотни вольт постоянного тока в сеточных конструкциях).

Основной компромисс: в последовательной строке затенение или слабая панель могут снизить выход всей строки. Обходные диоды помогают, но хорошая компоновка и предотвращение частичного затенения остаются важными.

Правила последовательного подключения: математические расчеты напряжения, которые необходимо проверить в первую очередь

Прежде чем что-либо подключать, убедитесь, что напряжение цепочки будет оставаться в безопасных пределах вашего оборудования при экстремальных температурах. Две ключевые характеристики панели: Вок (напряжение холостого хода) и ВМП (напряжение при максимальной мощности). Вы должны убедиться, что строка холодная погода не превышает максимальное входное напряжение контроллера/инвертора.

Быстрый расчет для серийных строк

Для последовательного подключения: Струнный вокал ≈ сумма Voc каждой панели. и Строка ВМП ≈ сумма Vmp каждой панели. . Ток остается близким к току одной панели (Imp/Isc), поэтому серия влияет на напряжение гораздо сильнее, чем на ток.

Пример с действительными числами

Предположим, что на каждой метке панели указано Вок = 38.0V и ВМП = 31.5V . С 3 панели последовательно : Струна Voc ≈ 114,0 В и Струна Vmp ≈ 94,5 В .

Если максимальный вход вашего контроллера MPPT 150 В , 114 В выглядит безопасным при комнатной температуре, но на холоде может повыситься Voc. Во многих технических описаниях панелей указан температурный коэффициент Voc (часто около от –0,28% до –0,35%/°C ). Если у вас нет под рукой коэффициента, рассматривайте Voc в холодную погоду как потенциально на 10–20% выше чем значение метки, и сверьтесь с таблицей данных, прежде чем окончательно определить длину строки.

Ключевой вывод: спроектируйте ряд последовательностей от контроллера/инвертора задом наперед. Максимальное входное напряжение является жестким пределом. ; превышение этого значения может привести к необратимому повреждению оборудования.

Инструменты и компоненты, необходимые для чистого и надежного последовательного соединения.

Правильная сборка серии в основном зависит от использования правильных разъемов и защиты. Избегайте импровизации с деталями бытовой электропроводки; Фотоэлектрические цепочки могут нести опасное напряжение постоянного тока, и для них требуются компоненты, рассчитанные на использование постоянного тока.

Основные предметы

• Разъемы с номинальным значением PV (обычно типа MC4), которые сопоставьте свои выводы на панели и are from compatible families.
• Фотоэлектрический провод (обычно 10 AWG или 12 AWG, рассчитанный на солнечный/УФ-излучение), размер которого соответствует вашему току и расстоянию.
• Мультиметр, рассчитанный на постоянный ток, с щупами в хорошем состоянии.
• Разъединитель или прерыватель постоянного тока (часто рядом с контроллером/инвертором) для безопасного обслуживания.

Защита и объединение (по необходимости)

• Струнные предохранители или прерыватели, если у вас есть две или более струны параллельно (только для последовательной однорядной цепи часто не требуются предохранители, но необходимо следовать местным нормам и инструкциям по оборудованию).
• Поле объединения, если объединяются несколько строк.
• Защита от перенапряжения (SPD) там, где это необходимо или рекомендуется, особенно для открытых массивов.

Примечание о совместимости: многие установщики избегают смешивания марок разъемов, поскольку «MC4» часто используется как общий термин. Для обеспечения максимальной надежности и безопасности используйте подходящие типы разъемов или одобренные производителем эквиваленты.

Пошагово: как подключить солнечные панели последовательно (практическая процедура)

Эта процедура предполагает идентичные панели и типичные фотоэлектрические разъемы. Работайте методично и относитесь к массиву как к живому, когда он подвергается воздействию света. Если вам неудобно работать с источником постоянного тока, наймите квалифицированного установщика.

1) Определите положительные и отрицательные стороны каждой группы.

Проверьте полярность на этикетке панели и маркировке выводов. Если что-то неясно, проверьте мультиметром при дневном свете. Правильная идентификация предотвращает обратную полярность, которая может привести к срабатыванию защиты или повреждению оборудования.

2) Подключите панель 1 ( ) к панели 2 (−).

Плотно подсоедините разъемы до щелчка/фиксации. Это создаст вашу первую ссылку на серию. Продолжайте ту же схему вниз по линии.

3) Повторяйте, пока строка не будет завершена.

Для трех панелей: от панели 1 ( ) до панели 2 (−), затем от панели 2 ( ) до панели 3 (−). Остальные свободные концы станут выходами вашей строки: Строка отрицательная панель 1 (-) и Строка положительная Панель 3 ( ).

4) Измерьте напряжение струны перед подключением к электронике.

Отсоединив шнур от контроллера/инвертора, измерьте напряжение на последних положительном и отрицательном концах. Ожидайте показаний, близких к расчетным String Voc на ярком солнце. Если измеренное значение сильно отличается, остановитесь и еще раз проверьте каждое соединение и полярность.

5) Подключите шнур к разъединителю постоянного тока, затем к контроллеру/инвертору.

Используйте разъединитель/прерыватель постоянного тока, чтобы изолировать массив. Следуйте порядку подключения, указанному производителем; Многие контроллеры заряда предписывают сначала подключать батарею, чтобы контроллер мог включить питание и безопасно настроиться до подачи фотоэлектрического входа. Ключевой результат тот же: не выполнять горячее подключение непредсказуемо — используйте разъединитель и следуйте инструкциям.

• Следите за тем, чтобы последовательная проводка была аккуратной, надежно закрепленной и защищенной от острых краев.
• Соблюдайте правильную полярность на всем протяжении цепи до клемм PV и PV-.
• Отметьте напряжение на цепочке и укажите место отсоединения для будущего обслуживания.

Последовательное и параллельное: что меняется электрически и почему это важно

Во многих системах используются последовательные цепочки, поскольку более высокое напряжение снижает ток при той же мощности. Это часто снижает потери в проводах и может уменьшить размер и стоимость проводника (в рамках ограничений норм).

Практическая иллюстрация потери мощности

Предположим, вы хотите передать 600 Вт из массива в контроллер. В 60В , ток составляет около 10А (600Вт ÷ 60В). В 120 В , ток составляет около 5А . Поскольку потери в резистивном проводе масштабируются как I²R Уменьшение тока примерно вдвое может значительно снизить падение напряжения и нагрев при длительной эксплуатации.

На практике многие массивы используют строки серии чтобы достичь целевого напряжения, затем соедините несколько струн в параллельный для увеличения общего тока и мощности. Целью проекта является размещение в пределах диапазона напряжения оборудования, при этом сбалансировав риск затенения, стоимость проводки и безопасность.

Основы безопасности и соответствия нормам для серийных строк

Последовательное соединение может быстро создать опасное напряжение постоянного тока. Даже относительно небольшие массивы могут превышать 100 В постоянного тока , что увеличивает риск поражения электрическим током и потенциал дуги. Используйте оборудование, рассчитанное на работу с фотоэлектрическими модулями постоянного тока, и следуйте местным электротехническим нормам и инструкциям производителя.

Минимальные меры безопасности

• Обесточите питание, где это возможно: накройте модули или работайте на рассвете/сумерках, используйте Отключение постоянного тока .
• Никогда не отсоединяйте разъемы под нагрузкой. Дуги постоянного тока являются постоянными; сначала открой разъединитель.
• Проверьте полярность с помощью измерителя перед подключением проводников к клеммам PV/PV-.
• Используйте фотоэлектрическую прокладку кабеля, защиту от натяжения и защиту от атмосферных воздействий, чтобы предотвратить повреждение изоляции и попадание воды.

Защита от сверхтоков: когда предохранители имеют значение

В одной последовательной цепочке, питающей один вход контроллера, ток каждого модуля ограничивается током цепочки, поэтому предохранитель цепочки может не потребоваться. Однако, когда у вас есть несколько строк параллельно , одна цепочка может передавать ток повреждения в другую, поэтому струнные предохранители/прерыватели обычно используются. Всегда следуйте руководству по эксплуатации контроллера/инвертора и действующим электротехническим нормам и правилам вашей юрисдикции.

Устранение неполадок: распространенные ошибки при последовательном подключении и быстрые проверки

Если система работает неэффективно после последовательного подключения солнечных панелей, причиной часто является простое соединение, полярность или несоответствие ожиданий. Используйте эти проверки для быстрого выявления проблем.

Контрольный список на основе симптомов

• Измеренное напряжение струны близко к нулю: вероятно, неправильное соединение, создающее замыкающую петлю, разъем не полностью вставлен или сломан провод.
• Напряжение правильное, но мощность низкая: проверьте частичное затенение, загрязненность или неисправность панели с обходным диодом; Подтвердите, что все панели имеют одинаковую модель/спецификацию.
• Контроллер показывает перенапряжение фотоэлектрической системы: струна имеет слишком много последовательно соединенных панелей для данных температурных условий; уменьшите количество серий или используйте оборудование с более высоким входным номиналом.
• Периодические неисправности: подозрение на ослабление разъема, попадание воды или натяжение кабеля в распределительных коробках модулей.

Простая процедура проверки

1. Измерьте Voc каждой панели индивидуально при одинаковом солнечном свете; обратите внимание на любую панель, которая значительно отклонена.
2. Подключите последовательную строку и измерьте общее количество Voc; убедитесь, что она соответствует ожидаемой сумме в разумных пределах.
3. Если возможно, используйте дисплей/приложение контроллера, чтобы убедиться, что рабочее напряжение близко к расчетному. String Vmp во время хорошего солнца.

Если ваши показания не соответствуют основным математическим расчетам, остановитесь и исправьте проводку перед подключением к дорогой электронике. Большинство неисправностей можно предотвратить с помощью проверки напряжения перед подключением.

Практические советы по проектированию для повышения производительности при использовании серийных струн.

Хорошая производительность последовательной струны зависит как от компоновки, так и от проводки. Эти практические шаги уменьшают потери и позволяют избежать снижения мощности, которого можно было бы избежать.

Храните модули в одинаковых солнечных условиях

В строке серии одна затененная панель может перетаскивать строку вниз. Размещайте панели в одной плоскости и избегайте смешивания модулей, подверженных разным оттенкам (дымоходы, деревья, мансардные окна) в одной цепочке серий.

Минимизируйте падение напряжения на ходу

Более высокое последовательное напряжение помогает, но вам все равно следует стремиться к низкому падению напряжения. Как правило, многие дизайнеры нацелены на падение напряжения ≤ 3% для проводки массива. Для достижения этого могут потребоваться более короткие участки, провод большего размера или линия с более высоким напряжением в пределах возможностей оборудования.

Используйте соответствующие панели в каждой строке

Для получения предсказуемых результатов создавайте каждую строку серии на основе одной и той же модели и одинакового возраста. Смешивание панелей с разными номиналами тока может привести к тому, что вся цепочка будет работать ближе к возможностям самой слабой панели.

Итог: если вы хотите меньше сюрпризов, расставьте приоритеты правильный расчет напряжения , постоянное излучение на струну и проверочные измерения перед подачей питания на контроллер или инвертор.