Схема подключения солнечных панелей: последовательно, параллельно и расчёт цепочки

Подключение солнечных панелей сводится к трём способам соединения, и разница между ними не в удобстве монтажа, а в том, какое напряжение и какой ток придут на инвертор.

Три способа соединения и что каждый даёт

Соединить модули между собой можно тремя способами, и разница между ними сводится к одному: что складывается, а что остаётся прежним.

Последовательное соединение — это и есть «цепочка», или «стринг». Плюс одного модуля идёт на минус следующего, и так до конца ряда. Ток через все модули течёт общий.

Параллельное — все плюсы вместе, все минусы вместе.

Реальная станция почти всегда комбинированная: несколько последовательных цепочек, соединённых параллельно на входе инвертора.

Почему в домашней станции соединяют последовательно

Инвертору нужно высокое напряжение постоянного тока — из него он и формирует сетевые 230 или 400 вольт. Гибридные модели начинают работать от 125–160 В, промышленные — от 250 В.

Второй довод — потери в кабеле. Мощность в цепи это ток, умноженный на напряжение. Одну и ту же мощность можно передать током в 15 ампер при 400 вольтах или током в 120 ампер при 50 — но потери в кабеле зависят от тока. Подняв напряжение, вы передаёте ту же энергию по тому же кабелю с потерями в разы меньше. Подробнее об этом — в статье про сечение кабеля.

Чисто параллельная схема имеет смысл там, где напряжение поднимать нельзя: в системах на 12 или 24 вольта с контроллером заряда. К инверторам DEYE это отношения не имеет.

Четыре предела, в которые нужно уложиться

Схема массива — это не «сколько панелей поместится на крышу», а решение четырёх неравенств одновременно. Все четыре числа берутся из характеристик вашего инвертора.

Первое — единственное, где ошибка ломает оборудование сразу. С него и начнём.

Главный расчёт: длина цепочки по самому холодному дню

В даташите модуля есть напряжение холостого хода, измеренное при 25 °C, и температурный коэффициент напряжения — обычно от −0,20 до −0,25 % на градус. Знак минус означает: чем холоднее, тем напряжение выше.

Считается в одну строку: паспортное напряжение умножается на поправку за отклонение от 25 °C. Вот что получается у модулей из нашего каталога при минус тридцати:

Теперь пример, ради которого написана вся статья. Берём SUN-5K-SG04LP1 с максимальным напряжением PV 500 В и модули Jinko на 655 Вт.

Как считают неправильно. 500 делим на паспортные 50,44 — выходит 9,9, берём девять модулей. Летом всё работает, инвертор показывает около 380 В, никаких претензий.

Что происходит в январе. Девять модулей при минус тридцати дают 9 × 57,10 = 514 В. Предел инвертора превышен. Это не «на четырнадцать вольт больше нормы» — это выход за паспортный предел изоляции входных ключей.

Как считают правильно. 500 делим на 57,10 — выходит 8,7, берём восемь модулей. Зимой цепочка даст 457 В, летом в рабочей точке — около 342 В, что попадает в диапазон трекера 150–425 В.

Одна панель разницы. Именно на ней и горят входы.

Для более холодных регионов считайте по минус сорока: у того же Jinko напряжение вырастет до 58,31 В, и предел по восьми модулям сохранится с меньшим запасом. Для Якутска и севера Красноярского края расчёт нужно делать по местному абсолютному минимуму, а не по «средней зиме».

Нижняя граница: цепочка может быть слишком короткой

Об этом почти не пишут, а сталкиваются с этим все, кто начинает с двух-трёх панелей «на попробовать».

У инвертора есть напряжение запуска и рабочий диапазон трекера. У SUN-5K это 125 В и 150–425 В соответственно. Три модуля Jinko в рабочей точке дают 3 × 42,70 = 128 В: инвертор проснётся, но окажется ниже рабочего диапазона и будет искать точку максимальной мощности там, где её нет. В пасмурный день напряжение просядет ещё, и станция просто выключится.

Практический минимум — цепочка, рабочее напряжение которой попадает в середину диапазона трекера. Для 5-киловаттной модели это 5–8 модулей.

Сколько цепочек вешать параллельно

Когда одной цепочки не хватает по мощности, добавляют вторую. Здесь ограничение уже не по напряжению, а по току: токи параллельных цепочек складываются.

В характеристиках это две строки — «Макс. рабочий ток PV» и «Макс. ток КЗ на входе PV», записанные через плюс по числу трекеров. Считать нужно по току короткого замыкания модуля, а не по рабочему: именно он течёт при аварии.

Обратите внимание на запись входов. «1+1» означает по одному входу на каждый трекер — параллелить там нечего и не нужно. «2+2» — по два. Это прямо ограничивает схему: на SUN-5K вы физически не соберёте две цепочки на один трекер без внешней распределительной коробки, и делать этого не стоит.

Два ската — два трекера

Правило, которое экономит проценты выработки каждый день.

Трекер ищет одну точку максимальной мощности на всё, что к нему подключено. Если на нём висят южный и восточный скаты, утром восточный даёт больше, днём южный, а инвертор всё время держит компромисс, теряя на обоих.

Поэтому:

• разные скаты — на разные трекеры;
• разный угол наклона — тоже на разные;
• участок, который в течение дня притеняется, — обязательно на отдельный, иначе он потянет вниз весь трекер.

Число независимых трекеров — параметр, по которому стоит выбирать инвертор, если крыша сложная. Двух хватает для типового дома с одним-двумя скатами, для вальмовой кровли или наземной конструкции с несколькими рядами нужно больше.

Смешивать разные модули нельзя

В одну цепочку — только одинаковые модули: одна модель, одна мощность, в идеале одна партия.

Причина в том же общем токе. Ток цепочки равен току самого слабого модуля: поставив рядом панель на 655 Вт и на 515 Вт, вы получите цепочку, работающую по 515-ваттной, а разницу просто потеряете.

Что допустимо: разные модули в разных цепочках на разных трекерах. Каждый трекер найдёт свою точку, и обе группы отработают полностью. Так можно достраивать станцию через год-другой, когда прежней модели уже нет в продаже.

Панель напрямую к аккумулятору: почему так нельзя

Один из самых частых вопросов — как подключить солнечную панель к аккумулятору. Схема кажется очевидной: плюс к плюсу, минус к минусу, батарея заряжается. На практике так делать нельзя, и причина не в полярности.

Заряд ничем не ограничен. Между панелью и батареей нет никого, кто скажет «хватит». Напряжение холостого хода современного модуля в несколько раз выше напряжения свинцовой батареи на 12 вольт — точная цифра в даташите модуля, — и при ярком солнце батарея уходит в перезаряд: свинцовая кипит и теряет электролит, литиевая упирается в защиту BMS и отключается.

Ночью ток идёт обратно. Без развязки батарея разряжается через панель в темноте. У готовых модулей есть обратные диоды в распаечной коробке, но полагаться на них как на систему заряда нельзя.

Между панелью и батареей всегда стоит устройство, управляющее зарядом. Их два вида:

Отдельный контроллер нужен не всегда. Если в системе стоит гибридный инвертор, трекеры максимальной мощности у него уже внутри: у DEYE SUN-5K-SG04LP1-EU-SM2, например, два независимых MPPT. Подключение контроллера солнечной панели в такой схеме не нужно — панели идут прямо в инвертор, а он сам управляет и зарядом батареи. Отдельный контроллер покупают для автономных сборок на 12 и 24 вольта без инвертора такого класса.

Чем физически соединяют

Полярность проверяют мультиметром до подключения к инвертору, а не после. Ошибка полярности цепочки — вторая по частоте причина обращений в сервис после превышения напряжения.

Шесть ошибок

1. Считать длину цепочки по паспортному напряжению. Разобрано выше: расчёт ведут по минимальной температуре региона.

2. Собирать цепочку из разных модулей. Ток пойдёт по слабейшему.

3. Вешать два ската на один трекер. Потери каждый день, без единого сообщения об ошибке.

4. Параллелить цепочки, не проверив ток. Складывать нужно токи короткого замыкания, а не рабочие.

5. Делать цепочку из трёх модулей. Ниже рабочего диапазона трекера.

6. Подключать массив к инвертору под напряжением. Сначала разъединитель в положение «выключено», потом соединения, потом подача.

Чек-лист перед сборкой

• Из даташита модуля выписаны Voc, Isc и температурный коэффициент напряжения.
• Из характеристик инвертора выписаны максимальное напряжение PV, диапазон MPPT, напряжение запуска и ток КЗ на трекер.
• Длина цепочки посчитана по минимальной температуре вашего региона.
• Рабочее напряжение цепочки попадает в середину диапазона трекера.
• Сумма токов параллельных цепочек не превышает допустимый ток входа.
• Скаты с разной ориентацией разведены по разным трекерам.
• В каждой цепочке модули одной модели.
• Полярность проверена мультиметром до подачи напряжения.

Что дальше

Какие параметры модуля важны при выборе и откуда берутся Voc и температурный коэффициент — какие солнечные панели выбрать. Как посчитать сечение и не потерять выработку на трассе — сечение кабеля для солнечных панелей. Что подключается к инвертору кроме массива и в каком порядке подавать напряжение — как подключить гибридный инвертор. Сколько модулей нужно именно вам — расчёт количества.

Частые вопросы