Последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение солнечных панелей

Последовательная, параллельная и последовательно-параллельная конфигурация фотогальванических батарей

Что такое солнечная фотоэлектрическая батарея?

Солнечный фотоэлектрический модуль доступен в диапазоне 3 Вт_P до 300 Вт_P . Но часто нам нужна мощность в диапазоне от кВт до МВт. Для достижения такой большой мощности нам нужно соединить N-количество модулей последовательно и параллельно.

Последовательность модулей PV

Когда последовательно соединено N фотомодулей. Вся цепочка последовательно соединенных модулей называется цепочкой фотоэлектрических модулей. Модули соединены последовательно для увеличения напряжения в системе. На следующем рисунке показана схема последовательного, параллельного и последовательно-параллельного соединения фотоэлектрических модулей.

Массив модулей PV

Для увеличения текущего N-го числа фотоэлектрических модулей подключаются параллельно. Такое соединение модулей в последовательном и параллельном сочетании известно как «Солнечная фотоэлектрическая батарея» или «Массив фотоэлектрических модулей». Схема массива солнечных фотоэлектрических модулей, соединенных последовательно-параллельно, показана на рисунке ниже.

Солнечный модуль:

Солнечная батарея представляет собой двухконтактное устройство. Один положительный (анод), другой отрицательный (катод). Солнечная батарея называется солнечным модулем или солнечной панелью, а солнечная панель называется фотогальванической батареей.

Важно отметить, что с увеличением последовательного и параллельного соединения модулей увеличивается и мощность модулей.

Похожие сообщения: 

• Как подключить солнечные панели в последовательно-параллельной конфигурации?
• Последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединение батарей

Последовательное соединение модулей

Иногда системное напряжение, необходимое для электростанции, намного выше, чем может обеспечить один фотоэлектрический модуль. В таких случаях последовательно подключается N фотомодулей для обеспечения необходимого уровня напряжения. Это последовательное соединение фотоэлектрических модулей аналогично соединению N-элементов в модуле для получения требуемого уровня напряжения. На следующем рисунке показаны фотоэлектрические панели, соединенные последовательно.

При таком последовательном соединении увеличивается не только напряжение, но и мощность, генерируемая модулем. Для этого отрицательный вывод одного модуля подключается к положительному выводу другого модуля.

Если модуль имеет напряжение холостого хода V_OC1 20 В, а другие, соединенные последовательно, имеют V_OC2 20 В, то полный разомкнутый контур цепи представляет собой сумму двух напряжений

V_OC =V_OC1 + V_OC2

V_OC =20 В + 20 В =40 В

Важно отметить, что суммирование напряжений в точке максимальной мощности также применимо в случае массива солнечных батарей.

Расчет количества модулей, необходимых в серии, и их общей мощности

Для расчета количества фотоэлектрических модулей, которые должны быть соединены последовательно, необходимо указать требуемое напряжение фотоэлектрической батареи. Мы также увидим общую мощность, вырабатываемую фотоэлектрическим массивом. Обратите внимание, что все модули идентичны и имеют одинаковые параметры модуля.

Шаг 1: Обратите внимание на требования к напряжению фотоэлектрической батареи

Поскольку нам нужно соединить N-количество модулей последовательно, мы должны знать требуемое напряжение от солнечной батареи

• Напряжение холостого хода фотоэлектрической батареи V_OCA
• Напряжение фотоэлектрической батареи в точке максимальной мощности V_MA

Шаг 2: Обратите внимание на параметры фотоэлектрического модуля, который должен быть подключен в последовательной строке

Параметры фотоэлектрического модуля, такие как ток и напряжение в точке максимальной мощности, и другие параметры, такие как V_OC , I_SC, и П_М также следует отметить.

Шаг 3. Рассчитать количество модулей, которые нужно соединить последовательно

Для расчета количества модулей «N» общее напряжение массива делится на напряжение отдельного модуля. Поскольку модуль PV должен работать в режиме STC, отношение напряжения массива в точке максимальной мощности V_MA к напряжению модуля в точке максимальной мощности V_M взято.

Аналогичный расчет можно выполнить и для напряжения холостого хода фотоэлектрических модулей, т. е. отношения напряжения массива при холостом ходе V_OCA к напряжению модуля при разомкнутой цепи V_OC . Обратите внимание, что значение «N» может быть не целым числом, поэтому мы должны взять следующее большее целое число, и поэтому значение V_MA и V_ОСА также увеличится, чем мы хотели.

Шаг 4. Расчет общей мощности фотоэлектрической батареи

Общая мощность фотоэлектрического массива представляет собой сумму максимальной мощности отдельных модулей, соединенных последовательно. Если P_M — максимальная мощность одного модуля, а «N» — количество модулей, соединенных последовательно, тогда общая мощность солнечной батареи P_MA равно N × P_M .

Мы также можем рассчитать мощность массива как произведение напряжения фотоэлектрического массива и тока в точке максимальной мощности, т.е.

V_MA × I_MA

Пример:

А теперь рассмотрим эти шаги более математически. Возьмем в качестве примера электростанцию ​​мощностью 2 МВт, в которой последовательно соединено большое количество фотоэлектрических модулей. Инвертор мощностью 2 МВт может принимать входное напряжение от 600 В до 900 В.

Определите количество модулей, которые должны быть соединены последовательно, чтобы получить максимальное напряжение в точке питания 800 В. Также определите мощность, выдаваемую этой фотоэлектрической батареей. Параметры одиночного фотоэлектрического модуля следующие:

• Напряжение холостого хода, В_OC =35 В
• Напряжение в точке максимальной мощности V_M =29 В
• Ток короткого замыкания I_SC =7,2 А
• Ток при максимальной мощности I_M =6,4 А

Шаг 1: Обратите внимание на требования к напряжению фотоэлектрической батареи

• Напряжение холостого хода фотоэлектрической батареи V_OCA =Не указано
• Напряжение фотоэлектрической батареи в точке максимальной мощности V_MA =800 В

Шаг 2: Обратите внимание на параметры фотоэлектрического модуля, который должен быть подключен в последовательной строке

Напряжение холостого хода, В_OC =35 В

Напряжение в точке максимальной мощности V_M =29 В

Ток короткого замыкания I_SC =7,2 А

Ток при максимальной мощности I_M =6,4 А

Максимальная мощность P_M

P_M =В_М х I_М

=29 В x 6,4 А

P_M =185,6 Вт

Шаг 3. Рассчитать количество модулей, которые нужно соединить последовательно

N =V_MA / В_М

N =800/29

N =27,58 (большее целое значение 28)

Возьмите большее целое значение 28 модулей. Из-за большего целочисленного значения N значение V_MA и V_ОСА также увеличится.

V_MA =В_М × Н

=29 × 28

=812 В

Шаг 4. Расчет общей мощности фотоэлектрической батареи

P_MA =N × P_M

=28 × 185,6

=5196,8 Вт

Итак, нам нужно 28 фотоэлектрических модулей, которые нужно соединить последовательно имея общую мощность 5196,8 Вт, чтобы получить желаемое максимальное напряжение фотоэлектрической батареи 800 В.

Несоответствие в последовательно соединенных фотоэлектрических модулях

Максимальная мощность фотоэлектрического модуля – это произведение напряжения и тока при максимальной мощности. Когда модули не соединены последовательно, мощность, производимая отдельным модулем, различна. Возьмем пример таблицы 1, приведенной ниже.

Таблица 1

Модули	ВМ в вольтах	IМ в амперах	ПМ в ваттах
Модуль А	16	4.1	65,6
Модуль B	15,5	4.1	63,55
Модуль C	15,3	4.1	62,73
Всего	Последовательно =46,8	Последовательно =4,1	191,88

Если три модуля в таблице 1 соединены последовательно, их напряжение добавляется, но ток остается прежним, учитывая, что все модули идентичны и имеют одинаковое значение I_M. =4,1 А.

Разница в напряжениях модулей A, B и C, соединенных последовательно, не приводит к потере мощности, вырабатываемой массивом фотоэлектрических модулей, учитывая, что все модули идентичные, имеющие одинаковое значение I_M =4,1 А.

Но если токовая мощность последовательно соединенных модулей не одинакова, то ток, протекающий через последовательно соединенные фотомодули, будет равен наименьшему току, производимому модулем в строке. Возьмем пример таблицы 2, приведенной ниже.

Таблица 2

Модули	ВМ в вольтах	IМ в амперах	ПМ в ваттах
Модуль А	16	4.1	65,6
Модуль B	15,5	3.2	49,6
Модуль C	15,3	4.1	62,73
Всего	В ряду =46,8	Последовательно =3,2	177,93

Если все модули в таблице 2 соединены последовательно, то ток, протекающий через последовательно соединенные модули, определяется модулем с наименьшим током. В этом случае модуль B имеет самый низкий ток 3,2 А по сравнению с модулями A и C.

Итак, ток, протекающий через эти три последовательно соединенных модуля, составляет 3,2 А. Теперь сравните таблицы 1 и 2 и общую мощность, вырабатываемую ими обоими. Из-за неидентичных токовых модулей в таблице 2 общая вырабатываемая мощность составляет 177,93 Вт, что меньше общей мощности, вырабатываемой модулями в таблице 1, т. е. 191,88 Вт.

Мы видим, что из-за несоответствия токов выходная мощность, создаваемая последовательно соединенными модулями, сильно зависит. Таким образом, при последовательном соединении модулей несоответствие по напряжению не является проблемой, а несоответствие по току приводит к потере мощности. Следовательно, модули с разными номиналами тока не следует соединять последовательно.

Параллельное соединение модулей

Иногда для увеличения мощности солнечной фотоэлектрической системы вместо увеличения напряжения путем последовательного соединения модулей ток увеличивается путем параллельного соединения модулей. Ток в параллельном соединении массива фотоэлектрических модулей представляет собой сумму токов отдельных модулей.

Напряжение при параллельном соединении модулей остается таким же, как и напряжение отдельного модуля, учитывая, что все модули имеют одинаковое напряжение.

Параллельная комбинация достигается путем соединения положительной клеммы одного модуля с положительной клеммой следующего модуля и отрицательной клеммы с отрицательной клеммой следующего модуля, как показано на следующем рисунке. фигура. На следующем рисунке показаны солнечные панели, соединенные параллельно.

Если текущий I_M1 - максимальный ток в точке питания одного модуля и I_M2 максимальный ток точки питания другого модуля, тогда общий ток параллельно подключенного модуля будет I_M1 + I_M2 . Если мы продолжим добавлять модули параллельно, ток будет увеличиваться. Это также применимо для тока короткого замыкания Isc.

Расчет количества модулей, необходимых для параллельного подключения, и их общей мощности

Для расчета количества фотоэлектрических модулей, которые должны быть подключены параллельно, необходимо указать требуемый ток фотоэлектрической батареи. Мы также увидим общую мощность, вырабатываемую фотоэлектрическим массивом. Обратите внимание, что все модули идентичны и имеют одинаковые параметры модуля.

Шаг 1: Обратите внимание на текущие требования массива PV

Поскольку нам нужно соединить N-количество модулей параллельно, мы должны знать требуемый ток от солнечной батареи

• Ток короткого замыкания фотоэлектрической батареи I_SCA
• Ток фотоэлектрической батареи в точке максимальной мощности I_MA

Шаг 2: Обратите внимание на параметры фотоэлектрического модуля, который должен быть подключен параллельно

Параметры фотоэлектрического модуля, такие как ток и напряжение в точке максимальной мощности, и другие параметры, такие как V_OC , I_SC, и П_М также следует отметить.

Шаг 3. Рассчитайте количество модулей, которые необходимо соединить параллельно

Для расчета количества модулей N общий ток массива делится на ток отдельного модуля. в точке максимальной мощности I_MA к току модуля в точке максимальной мощности I_M взято.

Аналогичный расчет можно выполнить и для тока короткого замыкания фотоэлектрических модулей, т.е. отношение тока короткого замыкания массива I_SCA к току короткого замыкания модуля I_SC .

Обратите внимание, что значение N может быть нецелым числом, поэтому мы должны взять следующее большее целое число, поэтому значение I_MA и я_SCA также увеличится, чем мы хотели.

Шаг 4. Расчет общей мощности фотоэлектрической батареи

Общая мощность массива солнечных батарей представляет собой сумму максимальной мощности отдельных модулей, подключенных параллельно. Если P_M — максимальная мощность одного модуля, а «N» — количество модулей, соединенных параллельно, тогда общая мощность солнечной батареи P_MA равно N × P_M . мы также можем рассчитать мощность массива как произведение напряжения и тока фотоэлектрического массива в точке максимальной мощности, т. е. V_MA × I_MA .

Похожие сообщения: 

• Какая лампочка светится ярче при последовательном и параллельном подключении и почему?
• Подключены ли батареи последовательно или параллельно?

Пример:

В качестве примера рассчитаем количество модулей, необходимых для параллельного подключения, чтобы получить максимальный ток точки питания I_MA 40 А. Требуемое системное напряжение 14 В. Параметры одного фотоэлектрического модуля следующие:

• Напряжение холостого хода, В_OC =18 В
• Напряжение в точке максимальной мощности V_M =14 В
• Ток короткого замыкания I_SC =6,5 А
• Ток при максимальной мощности I_M =6 А

Шаг 1: Обратите внимание на текущие требования массива PV

• Ток короткого замыкания фотоэлектрической батареи I_SCA =Не указано
• Ток фотоэлектрической батареи в точке максимальной мощности I_MA =40 А

Шаг 2: Обратите внимание на параметры фотоэлектрического модуля, который должен быть подключен параллельно

Напряжение холостого хода, В_OC =18 В

Напряжение в точке максимальной мощности V_M =14 В

Ток короткого замыкания I_SC =6,5 А

Ток при максимальной мощности I_M =6 А

Максимальная мощность:

P_M =В_М х I_М

П_М =14 В x 6 А

P_M =84 Вт

Шаг 3. Рассчитайте количество модулей, которые необходимо соединить параллельно

N =I_MA / Я_М

=40 / 6

N =6,66 (большее целое значение 7)

Возьмите более высокое целочисленное значение 7 модулей. Из-за более высокого целочисленного значения N значение I_MA и я_SCA также увеличится.

Я_MA =Я_М × Н

=6 × 7

Я_МА =42 А

Шаг 4. Расчет общей мощности фотоэлектрической батареи

P_MA =N × P_M

=7 × 84

P_MA =588 Вт

Итак, нам нужно 7 фотоэлектрических модулей, соединенных параллельно, общей мощностью 588 Вт, чтобы получить желаемый максимальный ток солнечной батареи 40 А.

Несоответствие в параллельно подключенных фотоэлектрических модулях

При параллельном соединении несоответствие тока не является проблемой, но несоответствие напряжения является проблемой. В параллельно соединенных модулях напряжение останется прежним, если модули имеют одинаковые номиналы напряжения.

Но если номинальное напряжение параллельно соединенных модулей отличается, то напряжение системы определяется модулем с наименьшим номинальным напряжением, что приводит к потере мощности.

Влияние несоответствия напряжения не так серьезно, как несоответствие тока, но при выборе модулей необходимо соблюдать осторожность. Рекомендуется, чтобы для последовательных комбинированных модулей одного и того же номинального тока и для параллельных комбинированных модулей одного и того же номинального напряжения было предпочтительнее.

• Публикация по теме:Как спроектировать водяной насос постоянного тока на солнечных фотоэлектрических батареях?

Серии – Параллельное соединение модулей – Смешанная комбинация

Когда нам нужно генерировать большую мощность в диапазоне гигаватт для крупных фотоэлектрических систем, нам необходимо подключать модули последовательно и параллельно. На больших фотоэлектрических установках сначала модули соединяются последовательно, так называемая «цепочка фотоэлектрических модулей», чтобы получить требуемый уровень напряжения.

Затем множество таких строк соединяются параллельно, чтобы получить требуемый текущий уровень для системы. На следующих рисунках показано последовательное и параллельное соединение модулей. Чтобы упростить это, взгляните на правую часть следующего рисунка.

Модуль 1 и модуль 2 соединены последовательно, назовем это строкой 1. Напряжение холостого хода цепочки 1 В_OC1 добавляется, т.е.

V_OC1 =V_ОС + V_ОС =2 В_OC

Принимая во внимание, что ток короткого замыкания строки 1 I_SC1 то же самое, т.е.

I_SC1 =Я_SC

Подобно цепочке 1, модули 3 и 4 составляют цепочку 2. Напряжение холостого хода цепочки 2 В_OC2 добавляется, т.е.

V_OC2 =V_ОС + V_ОС =2 В_OC

Принимая во внимание, что ток короткого замыкания строки 2 I_SC2 то же самое, т.е.

Я_SC2 =Я_SC

Теперь строка 1 и строка 2 соединены параллельно, нигде напряжение не остается прежним, но добавляется ток, т.е. напряжение холостого хода массива фотоэлектрических модулей

V_OCA =V_OC1 =V_OC2 =2 В_OC

И ток короткого замыкания массива фотоэлектрических модулей

Я_SCA =Я_SC1 + я_SC2 =Я_SC + Я_СК =2I_СК

Тот же расчет применим для напряжения и тока при максимальном значении PowerPoint.

• Похожая статья:Параметры солнечной батареи и характеристики фотоэлектрической панели

Расчет количества модулей, необходимых последовательно — параллельно, и их общей мощности

Здесь для расчета количества модулей, необходимых для последовательного и параллельного подключения, и мощности мы исходили из того, что все модули имеют одинаковые параметры. Обратите внимание, что;

• N_S =Количество модулей в серии
• N_P =Количество модулей, подключенных параллельно

Шаг 1: Обратите внимание на требования к току, напряжению и мощности фотоэлектрической батареи

• Мощность солнечной батареи P_MA
• Напряжение фотоэлектрической батареи в точке максимальной мощности V_MA
• Ток фотоэлектрической батареи в точке максимальной мощности I_MA

Шаг 2: Обратите внимание на параметры модуля PV

Параметры фотоэлектрического модуля, такие как ток и напряжение в точке максимальной мощности, и другие параметры, такие как V_OC , I_SC, и П_М также следует отметить.

Шаг 3. Рассчитайте количество модулей, которые необходимо соединить последовательно и параллельно

Для расчета количества модулей в ряду N_s общее напряжение массива делится на напряжение отдельного модуля. Поскольку предполагается, что фотоэлектрический модуль работает в режиме STC, соотношение напряжения массива в точке максимальной мощности V_MA к напряжению модуля в точке максимальной мощности V_M взято.

Аналогично для расчета количества модулей параллельно N_p общий ток массива делится на ток отдельного модуля. Поскольку предполагается, что фотоэлектрический модуль работает в режиме STC, коэффициент тока массива в точке максимальной мощности I_MA к току модуля в точке максимальной мощности I_M взято.

Аналогичные расчеты можно выполнить для напряжения холостого хода и тока короткого замыкания. Обратите внимание, что значение N_s и N_P может быть нецелым числом, поэтому мы должны взять следующее большее целое число и, таким образом, значение I_MA , я_SCA , В_MA и V_ОСА также увеличится, чем мы хотели.

Шаг 4. Расчет общей мощности фотоэлектрической батареи

Общая мощность массива солнечных батарей представляет собой сумму максимальной мощности отдельных модулей, соединенных последовательно и параллельно.

Если P_M максимальная мощность одного модуля, а N_S количество последовательно соединенных модулей и N_P количество модулей, соединенных параллельно, затем общая мощность массива фотоэлектрических модулей

P_MA =Н_P × Н_С × П_М

Мы также можем рассчитать мощность массива как произведение напряжения фотоэлектрического массива и тока в точке максимальной мощности, т.е.

V_MA × I_MA

• Похожая статья:Как спроектировать и установить солнечную фотоэлектрическую систему?

Пример:

Теперь давайте возьмем пример для микса — комбинации. Нам необходимо определить количество модулей, необходимых для массива солнечных батарей со следующими параметрами;

• Мощность массива P_MA =40 кВт
• Напряжение в точке максимальной мощности массива V_MA =400 В
• Ток в точке максимальной мощности массива I_MA =100 А
• Модуль оформления массива имеет следующие параметры;
• Напряжение в точке максимальной мощности модуля V_M =70 В
• Ток при максимальной мощности модуля I_M =17 А

Шаг 1: Обратите внимание на требования к току, напряжению и мощности фотоэлектрической батареи

• Мощность солнечной батареи P_MA =40 кВт
• Напряжение фотоэлектрической батареи в точке максимальной мощности V_MA =400 В
• Ток фотоэлектрической батареи в точке максимальной мощности I_MA =100 А

Шаг 2: Обратите внимание на параметры модуля PV

Напряжение в точке максимальной мощности модуля V_M =70 В

Ток при максимальной мощности модуля I_M =17 А

Максимальная мощность P_M :

P_M =В_М х I_М

П_М =70 В x 17 А

P_M =1190 Вт

Шаг 3. Рассчитайте количество модулей, которые необходимо соединить последовательно и параллельно

N_S =V_MA / В_М

N_S =400/70

N_S =5,71 (большее целое значение 6)

Возьмите более высокое целочисленное значение 6 модулей. Из-за большего целочисленного значения N_S , значение V_MA и V_ОСА также увеличится.

V_MA =В_М × N_S

=70 × 6

V_MA =420 В

Теперь

N_P =Я_MA / Я_М

N_P =100/17

N_P =5,88 (большее целое значение 6)

Возьмите более высокое целочисленное значение 6 модулей. Из-за большего целочисленного значения N_P , значение I_MA and I_SCA will also increase.

I_MA =I_M × N_P

I_MA =17 × 6

I_MA =102 A

Step 4: Calculating the total power of the PV array

P_MA =N_S × N_P × P_M

=6 × 6 × 1190

P_MA =42840 W

Thus, we need 36 PV modules . A string of six modules connected in series and six such strings connected in parallel, having a total power of 42840 W to obtain the desired maximum PV array current of 100 A and voltage of 400 V.

Note that due to higher integer value of 6 the maximum PV array current and voltage is 102 A and 420 V respectively.

• Related Post:Blocking Diode and Bypass Diodes in a Solar Panel Junction Box

Conclusion

In this article, an in-depth study of the solar photovoltaic module and array was carried out. The need, structure, and design of the modules for higher power level was studied. It also included a procedure for parameter measurement and explanation of bypass diode and blocking diode for the safety of the module.

We also saw an explanation of the PV module array along with its need and connection combination. Calculation and procedure for the design of series, parallel, and mix connections were done in detail along with the study of mismatch in voltage and current of the modules. Such a study of Photovoltaic module and array is a must requirement for a designer of the PV system.

The article gives a significant design understanding of important components (modules and array) in the PV system, which can be utilized to make a proper, efficient, and reliable design in a PV system.