Czy można łączyć panele fotowoltaiczne różnej mocy? Jak łączyć panele fotowoltaiczne? Szeregowo czy równolegle?

W tym wpisie podpowiem Wam, czy można łączyć ze sobą panele fotowoltaiczne różnej mocy? Czy łączyć panele fotowoltaiczne szeregowo czy równolegle? Jakie napięcie i jakie natężenie prądu będzie w stringu paneli połączonych szeregowo a jakie w przypadku połączenia równoległego? Pokażę wam na swoim przykładzie, że można łączyć panele fotowoltaiczne zarówno szeregowo jak i równolegle oraz w konfiguracji mieszanej. Trzeba jednak pamiętać o ograniczeniach związanych z różnym połączeniem paneli fotowoltaicznych.

# Czy można łączyć panele fotowoltaiczne o różnej mocy?

Czasami zdarza się tak, że mamy panele fotowoltaiczne o różnych mocach i charakterystykach prądowo-napięciowych i zastanawiamy się, czy można je połączyć w jeden string czyli łańcuch/obwód? Ja jakiś czas temu kupiłem tzw. ostatki magazynowe, dwa panele fotowoltaiczne o mocy 350 W i jeden o mocy 305 W, ostatnie sztuki, jakie były w sklepie, w dobrej cenie. Poniżej zdjęcia tabliczek znamionowych obydwu typów paneli.

Jak widać, panele fotowoltaiczne mają zbliżone charakterystyki prądowo-napięciowe (podobne I_MPP i V_MPP).

Czy mogę te panele fotowoltaiczne połączyć w jeden string? Jakie będą napięcia i natężenia prądu w przypadku połączenia ich szeregowo a jakie w połączeniu równoległym?

Panele o zbliżonej charakterystyce prądowo-napięciowej można łączyć w jeden string, ale trzeba pamiętać i kilku zasadach:

charakterystyka prądowo-napięciowa wszystkich paneli w stringu powinna być taka sama lub zbliżona
w przypadku połączenia szeregowego paneli fotowoltaicznych napięcie pracy łańcucha będzie równe sumie napięć wszystkich paneli w stringu a natężenie będzie ograniczone do natężenia prądu dla „najsłabszego” panelu w stringu.
w przypadku połączenia równoległego natężenie prądu w obwodzie sumuje się a napięcie pracy wszystkich paneli będzie równe napięciu pracy „najsłabszego” modułu.

Ja na początku miałem wszystkie trzy panele połączone równolegle, a obecnie wszystkie 3 panele (2 x 350 W i 305 W) połączone są szeregowo. Panele są zainstalowane na dachu domu, pod kątem około 30 stopni, zwrócone na południe.

Połączenie szeregowe paneli – sumujemy napięcia, natężenie jest takie, jak dla panelu o najmniejszym natężeniu prądu.

Vmax = 34,07 + 34,07 + 32,68 = 100,82 V – maksymalne napięcie pracy

Imax = 9,33 A – maksymalny prąd płynący w obwodzie

Pmax = 100,82 x 9,33 = 940,65 W – maksymalna moc paneli

Połączenie szeregowe paneli fotowoltaicznych

W tym przypadku maksymalne napięcie w obwodzie paneli fotowoltaicznych to 100,82 V. Maksymalny prąd płynący w obwodzie to 9,33 A. Należy jednak pamiętać, że to wartości dla warunków STC czyli naświetlenie 1000W/m², temperatura paneli 25^oC, światło padające prostopadle na powierzchnię paneli PV. W rzeczywistości, zimą i wiosną, kiedy jest zimno i słonecznie wartości te mogą być nawet o 20% większe. Trzeba brać to pod uwagę kiedy podłączamy panele do falownika. Każdy inwerter/ładowarka/regulator solarny ma określone maksymalne wartości napięcia i natężenia prądu, których nie można przekroczyć bo grozi to uszkodzeniem urządzenia. W powyższym przypadku panele można podłączyć do falownika w którym maksymalne napięcie pracy to 120 V a maksymalny prąd to 12 A. Wtedy będziemy mieli pewność, ze w słoneczne, chłodne dni nie urządzenie nie ulegnie uszkodzeniu.

W mojej instalacji te trzy panele podłączone są do ładowarki MPPT, dla której maksymalne napięcie paneli to 150 V a maksymalny prąd to 30 A.

W pochmurne dni panele fotowoltaiczne nie produkują zbyt dużo energii elektrycznej ale może pojawić się na nich maksymalna wartość napięcia, tzw. maksymalne napięcie obwodu otwartego, czyli maksymalne napięcie paneli kiedy nie płynie przez nie prąd elektryczny. Falownik, do którego podłączymy panele musi pracować z napięciem wyższym niż ta wartość napięcia. Jeśli tak nie będzie, może dojść do uszkodzenia urządzenia.

Maksymalne napięcie obwodu otwartego w przypadku moich paneli podłączonych szeregowo to:

Voc= 40,73+40,73+40,08 = 121,54 V

2. Połączenie równoległe paneli– sumujemy natężenia prądu, napięcie pracy takie jak dla najsłabszego modułu.

Imax = 10,27+10,27+9,33 = 29,87 A – maksymalne natężenie prądu w obwodzie

Vmax=32,68 V – maksymalne napięcie obwodu

Pmax= 32,68×29,87 = 976,16 W – maksymalna moc paneli

W przypadku połączenia równoległego prądy się sumują a napięcie pracy jest równe napięciu jakie generuje najsłabszy moduł w stringu. W przypadku naszych paneli maksymalne napięcie pracy to niecałe 33 V a maksymalne natężenie prądu to niemal 30 A. Równoległe połączone panele miałem podłączone do falownika, dla którego maksymalne napięcie paneli PV to 102 V. W tym przypadku każdy moduł pracuje indywidualnie i generuje prąd zgodnie ze swoją charakterystyką prądowo-napięciową. Minusem takiego połączenia jest to, że od każdego modułu do falownika musi być poprowadzona osobna para przewodów fotowoltaicznych, co podnosi koszt i złożoność instalacji. Gdybyśmy chcieli tak połączone panele fotowoltaiczne podłączyć do falownika, który pracuje z magazynem energii o napięciu 48 V to byłby kłopot, bo napięcie paneli PV powinno być większe od napięcia magazynu energii.

Maksymalne napięcie obwodu otwartego w przypadku moich paneli połączonych równolegle, to:

Voc = 40,08 V

Jak widać na powyższych przykładach, z życia wziętych, maksymalna moc paneli jest większa w przypadku połączenia równoległego modułów, ale wtedy mamy wyższe wartości natężenia prądu, potrzebujemy większej ilości przewodów solarnych lub przewodów o większych przekrojach.

W przypadku połączenia szeregowego modułów PV natężenie prądu jest niższe, napięcie wyższe, straty w przepływnie energii mniejsze i przewody solarne mogą być o mniejszym przekroju. Połączenie szeregowe to wyższe napięcie, więc możemy tak połączone panele podłączyć do falownika pracującego z magazynem energii o wyższym napięciu.

# Przykład drugi, połączenie szeregowo-równoległe paneli fotowoltaicznych.

Do mojej małej, hybrydowej instalacji fotowoltaicznej z magazynem energii, poza powyżej opisanymi panelami fotowoltaicznymi zainstalowanymi na dachu domu mam podłączone jeszcze cztery panele, zainstalowane pod ścianami budynku. Są to dwa panele fotowoltaiczne o mocy 460 W i dwa o mocy 480 W. Te o mocy 460 W skierowane są na południe a te dwa o mocy 480 W na zachód. Dzięki tak skierowanym modułom niemal przez cały dzień korzystam z energii produkowanej przez promienie słoneczne. Dwa panele o mocy 460 W połączone są szeregowo, podobnie jak dwa moduły o mocy 480 W. Obydwie pary połączone są równolegle. Na moim kanale na YouTube znajdziesz film z montażu tych paneli fotowoltaicznych.

Poniżej przedstawiam prosty, prymitywny rysunek poglądowy połączenia tych paneli.

Połączenie szeregowo-równoległe paneli PV

Te cztery panele podłączone są do małego falownika hybrydowego, dla którego maksymalne napięcie modułów PV to 102 V.

String górny:

Vmax = 34,89 + 34,89 = 69,78 V

Imax = 13,19 A

Pmax = 920,4 W

Voc = 41,78 + 41,78 = 83,56 V

String dolny:

Vmax = 37,13 + 37,13 = 74,26 V

Imax = 12,93 A

Pmax = 960,19 W

Voc= 43,68 + 43,68 = 87,36 V

Parametry całego układu:

Imax = 13,19 + 12,93 = 26,12 A

Vmax = 69,78 V

Pmax = 1822,7 W

Powyższe wartości prądu i napięcia maksymalnego całego układu mogłyby wystąpić, gdyby wszystkie cztery panele fotowoltaiczne skierowane były w jednym kierunku. W praktyce, w naszej instalacji nigdy takie wartości się nie pojawią, bo pary paneli skierowane są w dwóch różnych kierunkach.

W godzinach przedpołudniowych panele będą generowały energię równą mniej więcej wartościom dla górnego łańcucha paneli, a w godzinach popołudniowych dla dolnego. Kiedy panele skierowane na południe będą pracować z coraz mniejszą mocą, te skierowane na zachód z coraz większą.

Jak widać, połączenie szeregowo-równoległe paneli jest jak najbardziej możliwe i działa bez zarzutów. Napięcie pracy naszego układu to około 70V a natężenie prądu to około 13A. Wartości nie są może imponujące, ale jeśli mamy słoneczny dzień to panele generują taką moc przez cały dzień. A że są zainstalowane pod dużym kątem (około 70-80 stopni), są szczególnie wydajne w słoneczne, zimowe i wiosenne dni, kiedy słońce wędruje nisko nad horyzontem.

# Kiedy nie powinno się łączyć modułów o różnych charakterystykach prądowo-napięciowych?

W mojej małej instalacji fotowoltaicznej mam 7 modułów fotowoltaicznych o różnych mocach. Jeden string, złożony z trzech połączonych szeregowo paneli podłączony jest do ładowarki solarnej MPPT. Cztery pozostałe panele fotowoltaiczne, w połączeniu szeregowo-równoległym pracują z falownikiem hybrydowym. W moim przypadku, kiedy mamy mało paneli fotowoltaicznych w stringu, można połączyć moduły o różnych mocach, pod warunkiem że ich charakterystyki prądowo-napięciowe są zbliżone (Imax i Vmax wszystkich modułów są zbliżone).

Nie ma sensu podłączać np. jednego czy dwóch dodatkowych modułów o mocy np. 450 W do stringu złożonego np. z 20 paneli, każdy o mocy 280 W. Te dwa dodatkowe moduły i tak będą pracować z mocą najsłabszego modułu w łańcuchu, czyli 280 W. Charakterystyki prądowo-napięciowe jednego i drugiego typu modułów fotowoltaicznych różnią się zbyt mocno i ilość energii generowana przez te dwa dodatkowe moduły będzie mocno ograniczona.

Małe instalacje, z małą ilością modułów, łatwiej jest rozbudować o dodatkowe panele fotowoltaiczne, nawet nieco innej mocy niż już zainstalowane. Duże instalacje, z dużą ilością modułów fotowoltaicznych nie powinny być rozbudowywane o dodatkowe, nowe, większej mocy panele fotowoltaiczne bo zysk z takiej modernizacji będzie niewielki. Lepiej w takim przypadku zamienić np. 20 modułów do mniejszej mocy na 15 nowych paneli fotowoltaicznych o większej mocy.

# O czym należy pamiętać podczas planowania sposobu połączenia paneli fotowoltaicznych w stringu?

Jak już wiesz, panele fotowoltaiczne można łączyć szeregowo, równolegle lub w sposób mieszany. Można też łączyć moduły o nieco różnych mocach ale zbliżonych charakterystykach prądowo-napięciowych. Nie jest to połączenie zalecane i optymalne, ale możliwe to zrealizowania w małych instalacjach PV. Przy planowaniu sposobu połączenia paneli należy ZAWSZE brać pod uwagę bezpieczeństwo pracy instalacji oraz parametry falownika lub ładowarki, z którą te panele fotowoltaiczne będą pracowały.

W żadnym przypadku nie można przekroczyć maksymalnych wartości napięcia i natężenia prądu z jakimi może pracować falownik fotowoltaiczny lub ładowarka solarna. Wartości maksymalne generowanego przez panele fotowoltaiczne napięcia i natężenia prądu należy powiększyć o co najmniej 20%, bo w zimne, zimowe i wiosenne dni moduły fotowoltaiczne mogą wygenerować o wiele więcej energii elektrycznej niż deklarowane przez producenta w warunkach STC.

W przypadku połączenia szeregowego paneli PV możemy zastosować przewody solarne o mniejszych przekrojach, straty w przepływie prądu są mniejsze, natężenie płynącego prądu jest mniejsze a napięcie pracy łańcucha wyższe.

Kiedy moduły połączymy równolegle to przewodów solarnych potrzebujemy więcej lub musimy zastosować przewody o większych przekrojach, straty energii są nieco większe, napięcie łańcucha paneli jest niższe ale płynie prąd o większym natężeniu.