Схема подключения солнечных панелей: последовательно, параллельно и к инвертору

Коротко: три правила

1. Последовательно соединяют, чтобы поднять напряжение: оно складывается, ток остаётся током одной панели.
2. Параллельно соединяют, чтобы поднять ток: складываются токи, напряжение остаётся напряжением одной цепочки.
3. Напряжение цепочки считают по самому холодному утру, а не по паспорту: на морозе напряжение панели растёт, и именно оно чаще всего сжигает входы инверторов.

Последовательное соединение

Плюс одной панели соединяют с минусом следующей — получается цепочка (стринг). Напряжения панелей складываются:

• 8 панелей с рабочим напряжением 44,3 В дают около 355 В;
• ток цепочки равен току одной панели — около 13,8 А.

Высокое напряжение при небольшом токе — ровно то, что нужно современному инвертору: потери в кабеле зависят от тока, поэтому цепочку на 350 В можно вести от крыши до котельной кабелем 4–6 мм² почти без потерь.

Ограничение последовательного соединения — тень. Ток цепочки задаёт самая слабая панель. Если одну панель затенила ветка, проседает вся цепочка. Частично спасают обходные диоды в распределительной коробке (в современных модулях их обычно три) и половинчатые ячейки: затенённая часть панели отключается, остальные продолжают работать. Но лучшее решение — не ставить в одну цепочку панели с разной тенью или ориентацией.

Параллельное соединение

Плюсы соединяют с плюсами, минусы с минусами. Складываются токи:

• две цепочки по 13,8 А дают 27,6 А на входе;
• напряжение остаётся напряжением одной цепочки.

Параллельно соединяют цепочки одинаковой длины из одинаковых панелей с одинаковой ориентацией — иначе цепочки работают в разных рабочих точках и теряют мощность. Если параллельно больше двух цепочек, каждую защищают своим предохранителем для солнечных систем (gPV): при замыкании в одной цепочке остальные иначе погонят в неё суммарный ток.

В чистом виде параллельная схема встречается в небольших системах на 12–24 В с контроллером заряда. В домашних станциях с гибридным инвертором используют последовательно-параллельную: несколько цепочек, каждая — на свой вход MPPT.

Что такое MPPT и почему входов несколько

MPPT (отслеживание точки максимальной мощности) — узел инвертора или контроллера, который подбирает напряжение так, чтобы снять с панелей максимум мощности при текущем солнце и температуре. У гибридных инверторов для дома обычно два–три независимых входа MPPT. Это удобно:

• скаты крыши с разной ориентацией подключают на разные входы, и восточный скат не тянет вниз западный;
• цепочки разной длины тоже можно подключить на разные входы.

Правило простое: одна ориентация и одна длина цепочки — один вход MPPT.

Расчёт цепочки: по шагам на реальной модели

Возьмём гибрид Deye SUN-6K-SG05LP1 (два входа MPPT, до 500 В, массив до 12 кВт) и панели LONGi Hi-MO 7 на 610 Вт.

1. Максимальное напряжение — по морозу

Из паспорта панели: напряжение холостого хода Voc = 52,44 В, температурный коэффициент напряжения −0,23 %/°C. Паспортное значение измерено при 25 °C. При −30 °C температура ниже на 55 градусов, и напряжение вырастет на 0,23 % × 55 ≈ 12,7 %:

52,44 × 1,127 ≈ 59,1 В на панель.

Делим предел инвертора на это значение: 500 ÷ 59,1 ≈ 8,46 — в цепочке не больше 8 панелей (около 473 В на морозе). Девятая панель дала бы 532 В и вывела бы вход из строя в первое ясное морозное утро.

Какую температуру брать: минимальную для вашего региона. Для Москвы обычно считают по −30 °C; при −40 °C те же 8 панелей дают около 482 В — ещё в пределах.

2. Минимальное напряжение — по жаре

Летом ячейки нагреваются до 60–70 °C, и рабочее напряжение цепочки падает. Для 8 панелей Hi-MO 7 в жару выйдет порядка 320 В. Оно должно оставаться выше нижней границы диапазона MPPT инвертора — её указывают в паспорте. Слишком короткая цепочка летом выпадет из диапазона, и инвертор недоберёт мощность в самые солнечные дни.

3. Ток — по паспорту входа

Рабочий ток Hi-MO 7 на 610 Вт — 13,76 А, ток короткого замыкания — 14,65 А. В паспорте инвертора для каждого входа MPPT указаны два значения: максимальный рабочий ток и максимальный ток короткого замыкания. Если рабочий ток панели больше допустимого, инвертор просто ограничит его и недоберёт часть мощности — это не опасно. А вот ток короткого замыкания массива обязан быть не выше предельного для входа.

4. Мощность массива

Две цепочки по 8 панелей — 16 × 610 Вт = 9,76 кВт при допустимых 12 кВт. Схема: цепочка 1 на MPPT1, цепочка 2 на MPPT2.

Та же проверка для других панелей

* У Jinko 54HL4R-B максимальное напряжение системы — 1000 В по паспорту самого модуля. Цепочка не должна превышать ни предел инвертора, ни предел панели.

В карточке каждой панели в нашем каталоге этот расчёт уже сделан: указано, сколько модулей встанет в цепочку для входов на 500 и 1000 В.

Схемы для разных систем

Гибридный или сетевой инвертор

Панели → цепочки → вход MPPT инвертора. Контроллер заряда не нужен: он встроен в гибридный инвертор, который сам заряжает батарею от панелей. Батарея подключается к своим клеммам инвертора, сеть — к входу сети, резервная нагрузка — к выходу резервной линии. Между панелями и инвертором ставят разъединитель постоянного тока — во многих инверторах он встроен.

Автономный инвертор с низковольтным солнечным входом

У части автономных инверторов солнечный вход рассчитан на невысокое напряжение. Пример — MUST PV18-3524 VPM II: до 160 В и до 1600 Вт панелей. С модулями LONGi Hi-MO X10 на 485 Вт в цепочку встаёт 3 панели (около 135 В в мороз) — 1455 Вт, почти ровно предел входа. Для таких инверторов крупные панели на 700 Вт неудобны: уже две в последовательном соединении дают на морозе больше 110 В, а три — выходят за 160 В.

Контроллер заряда и аккумулятор

Для небольших систем без инвертора или с простым инвертором «от аккумулятора» панели подключают к контроллеру заряда, контроллер — к батарее, нагрузку — к батарее или инвертору.

Порядок подключения контроллера важен: сначала батарея, потом панели — иначе контроллер не определит напряжение системы. Отключают в обратном порядке.

Кабель, разъёмы и защита

Кабель. Для солнечных цепочек используют специальный кабель с двойной изоляцией, стойкий к ультрафиолету. Сечение подбирают так, чтобы потери не превышали 1–2 %. Пример: цепочка из 8 панелей Hi-MO 7 (около 355 В, 13,8 А) на расстоянии 25 м от инвертора — это 50 м провода туда и обратно. С медным кабелем 4 мм² потери около 3 В, меньше 1 %; с 6 мм² — около 2 В.

Разъёмы. Коннекторы MC4 и совместимые с ними обжимают специальным инструментом. Соединять разъёмы разных производителей не рекомендуется: небольшая разница в размерах со временем даёт нагрев контакта.

Защита:

• разъединитель постоянного тока между массивом и инвертором (если не встроен);
• предохранители gPV на каждую цепочку, если параллельно больше двух;
• устройство защиты от импульсных перенапряжений для постоянного тока — особенно при длинных линиях от крыши;
• заземление рам панелей и корпуса инвертора.

Порядок подключения

1. Смонтировать панели и заземлить рамы.
2. Собрать цепочки, не подключая их к инвертору.
3. Мультиметром проверить напряжение и полярность каждой цепочки — значение должно совпасть с расчётом для текущей температуры.
4. Подключить батарею и сеть по схеме производителя инвертора.
5. Подключить цепочки к входам MPPT при выключенном разъединителе.
6. Включить систему в порядке, который указан в инструкции инвертора.

Работы с цепочками на сотни вольт постоянного тока опасны даже в пасмурный день: панель вырабатывает напряжение, пока на неё падает свет. Подключение гибридного инвертора к домашней сети выполняет электрик.

Частые ошибки

1. Цепочка по паспортному Voc без поправки на мороз — вход инвертора выходит из строя первой морозной зимой, и это не гарантийный случай.
2. Разные панели или разная ориентация в одной цепочке — вся цепочка работает по худшей панели.
3. Перепутанная полярность — часть инверторов переносит её без последствий, часть нет.
4. Скрутки и «родные» разъёмы разных марок — нагрев и потери.
5. Параллельные цепочки без предохранителей — при повреждении кабеля ток всех цепочек идёт в одну.

Вопросы