Схема підключення сонячних панелей до інвертора

Схема підключення сонячних панелей до інвертора починається з рядка, або стрінга: модулі з’єднують послідовно, а плюс першого і мінус останнього модуля сонячним кабелем ідуть через роз’єднувач постійного струму на вхід MPPT інвертора; до цього кола паралельно підключають ПЗІП (пристрій захисту від імпульсних перенапруг). Вихід інвертора підключається до щита через автомат і ПЗВ (пристрій захисного вимкнення, який спрацьовує від струму витоку), а рами панелей, конструкція і корпус інвертора приєднуються до заземлення. У гібридного інвертора до цієї схеми додаються акумулятор зі своїм захистом і окремий вихід на резервні лінії. Скільки панелей ставити в рядок, які автомати і яке ПЗВ потрібні, визначає інструкція конкретного інвертора, а схеми нижче показують, з чого складається коло і для чого потрібен кожен його елемент.

Схема підключення мережевого інвертора: що стоїть між панелями і щитом

Інвертор перетворює постійний струм панелей на змінний. Мережевий інвертор працює паралельно з мережею і віддає енергію в домашню проводку, а в разі вимкнення мережі припиняє роботу. Так діє захист від острівного режиму, за якого інвертор і далі живив би відключену лінію та міг би подати напругу туди, де працюють електрики. Під час випробування за стандартом IEC 62116 інвертор має відключитися від зниклої мережі не пізніше ніж за 2 секунди. Акумулятора в цій схемі немає, тому під час вимкнення світла будинок залишається без живлення навіть у сонячний день.

Параметри конкретної моделі далі наведено для прикладу за інструкцією Deye SUN-3-6K-SG04LP1-EU (версія 20260427), яка описує гібридні інвертори від 3 до 6 кВт. Цифри для 6 кВт стосуються моделі SUN-6K-SG04LP1-EU, в інверторів інших виробників вони будуть своїми.

Запобіжники рядків за IEC 60364-7-712:2017 (пункт 712.430.3.103) потрібні, якщо (Ns – 1) × Isc max більше за номінал запобіжника з паспорта модуля. Тут Ns означає кількість паралельних рядків під одним захистом, Isc max позначає максимальний струм короткого замикання рядка, який стандарт розраховує за своїм додатком B із запасом до паспортного Isc, а паспортний номінал (maximum series fuse rating) показує, який зворотний струм модуль витримує. Умова відповідає лише на питання, чи потрібні запобіжники, а їхній номінал вибирають за іншими пунктами стандарту.

Роз’єднувач ставлять саме на постійний струм, бо звичайний автомат для змінного струму розриває дугу в момент, коли струм проходить через нуль, а в постійного струму такого моменту немає. Стандарт на електроустановки із сонячними станціями IEC 60364-7-712 вимагає вимикач-роз’єднувач на боці постійного струму інвертора. Інструкція Deye, наприклад, приписує встановити окремий автомат постійного струму між інвертором і панелями, навіть якщо роз’єднувач вбудовано в інвертор.

Тип ПЗВ теж задає інструкція. За IEC 60364-7-712:2017 (пункт 712.531) ПЗВ у колі інвертора має бути типу B, крім випадків, коли інвертор забезпечує щонайменше просте розділення кіл, тобто коло панелей відокремлене від мережі хоча б основною ізоляцією, як в інверторі з трансформатором, між ПЗВ та інвертором стоїть трансформатор або виробник інвертора зазначає, що тип B не потрібен. Багато інструкцій користуються останнім винятком: та сама інструкція Deye допускає ПЗВ типу A зі струмом спрацювання не менше 300 мА. Таке ПЗВ захищає лінію інвертора і не замінює додатковий захист людей: за IEC 60364-4-41 (пункт 411.3.3 у редакції зміни 2017 року) розетки загального призначення на струм до 32 А захищають ПЗВ зі струмом спрацювання не більше 30 мА, і сонячна станція цієї вимоги не змінює.

Підключення сонячних панелей до інвертора своїми руками потребує досвіду роботи з електроустановками, вміння користуватися мультиметром і читати схеми з інструкції. Ця робота має небезпеку, якої немає в побутовій проводці: панель на світлі завжди під напругою, і вимикача в неї немає. Тому роз’єми рядка з’єднують за вимкненого роз’єднувача постійного струму, а інструкція Deye додатково приписує перед підключенням накрити панелі непрозорим матеріалом.

Схема підключення гібридного інвертора: панелі, акумулятор, мережа і резервна лінія

Гібридний інвертор поєднує мережевий інвертор, зарядний пристрій акумулятора і джерело резервного живлення. Бік панелей у нього такий самий, як у мережевого: рядок, роз’єднувач постійного струму, ПЗІП і вхід MPPT. Крім нього до інвертора підключено ще три кола зі своїм захистом: акумулятор, мережу і резервну лінію.

Під час вимкнення мережі гібридний інвертор живить лише те, що підключено до виходу резерву. Тому резервні лінії виносять в окрему секцію щита: холодильник, котел, освітлення, роутер і насос. Решта ліній будинку в разі вимкнення мережі знеструмлюється, а сумарна потужність резервної секції не повинна перевищувати потужність виходу інвертора. Розетки резервної секції захищають ПЗВ на 30 мА так само, як решту розеток будинку. У режимі резерву таке ПЗВ працює як задумано, лише якщо нейтраль виходу інвертора з’єднана з PE. Поки є мережа, нейтраль пов’язана із землею через мережу, а коли мережа зникає, нейтраль виходу і PE з’єднує реле. Залежно від моделі і навіть від апаратної версії це реле буває вбудованим або зовнішнім, тому схему такого з’єднання беруть лише з інструкції свого інвертора. Постійну перемичку між N і PE на виході резерву самостійно не ставлять: після розділення PEN нейтраль і PE повторно не з’єднують.

Якщо віддавати енергію в мережу не можна або не потрібно, гібридний інвертор обмежує віддачу за сигналом трансформатора струму або лічильника на вводі. За цим сигналом інвертор бачить, що струм пішов у мережу, і знижує потужність. У Deye такий режим називається Zero Export To CT, і трансформатор струму ставлять на фазний провід вводу за схемою з інструкції.

Струм у колі акумулятора набагато більший, ніж у колі панелей: в інвертора на 6 кВт з батареєю 48 В він перевищує сто ампер. Переріз кабелю батареї, момент затягування клем і номінал захисту задає інструкція, а переріз додатково перевіряють за довжиною кабелю і способом прокладання. За такого струму погано затягнута клема або тонкий кабель швидко нагріваються.

Послідовне і паралельне підключення сонячних панелей до інвертора

У разі послідовного з’єднання плюс одного модуля з’єднують з мінусом наступного, і напруги модулів складаються, а струм рядка залишається таким самим, як в одного модуля. У разі паралельного з’єднання з’єднують однойменні виводи, тому складаються струми, а напруга не змінюється. Рядкові мережеві та гібридні інвертори, яких стосується ця стаття, розраховані на вхідну напругу в сотні вольтів, тому основа схеми в них послідовний рядок, а паралельно з’єднують уже готові однакові рядки, якщо це дозволяє вхідний струм MPPT. Таке змішане з’єднання застосовують, коли один рядок за напругою вже впирається в межу інвертора, а панелей потрібно більше.

Послідовний рядок має слабке місце: струм усього рядка обмежений найслабшим модулем, і тінь на одній панелі знижує вироблення всього рядка. Частину втрат знімають обхідні діоди всередині модуля, які пропускають струм в обхід затіненої групи елементів. Рядки на різних схилах даху або з різною тінню зазвичай підключають до різних трекерів MPPT, якщо в інвертора їх два і більше. У SUN-6K-SG04LP1-EU два трекери, і до кожного підключається один рядок. Деякі виробники дозволяють з’єднати на одному трекері рядки з різних схилів, бо напруга модуля мало залежить від освітленості. SMA, наприклад, допускає це за однакової кількості й типу модулів у паралельних рядках і однакової орієнтації модулів усередині кожного рядка. Чи можна так підключити конкретний інвертор, зазначає його інструкція.

Скільки панелей можна підключити до інвертора

Кількість панелей у рядку обмежують три параметри з інструкції інвертора, і рядок має пройти перевірку за кожним. Загальну кількість панелей обмежує ще максимальна потужність масиву, зазначена в інструкції. У багатьох інверторів повну потужність дають лише за напруги рядка у верхній частині діапазону MPPT, і цю межу виробник зазначає окремо.

Напруга холостого ходу зростає, коли панель охолоджується: температурний коефіцієнт Uoc зазначено в паспорті модуля, наприклад -0,265 %/°C у LONGi Hi-MO 5 і -0,2 %/°C у LONGi Hi-MO X10. Як перерахувати напругу на мороз і спеку з урахуванням допуску паспорта, розібрано в статті про напругу сонячної панелі. Модуль з Uoc 49,5 В і коефіцієнтом -0,265 %/°C за -20 °C дає 49,5 × (1 + 0,00265 × (25 – (-20))) ≈ 55,4 В замість 49,5 В за 25 °C. Дев’ять таких модулів дадуть близько 499 В, тобто впритул до межі 500 В інвертора Deye, і сильніший мороз цю межу перевищить. Приклад показує порядок величин, а для свого рядка беруть паспорт свого модуля і найнижчу температуру своєї місцевості. Перевищення максимальної вхідної напруги може вивести інвертор з ладу.

Часті помилки під час підключення сонячних панелей до інвертора

• Переплутати полярність рядка. Чи має вхід захист від зворотної полярності, зазначено в характеристиках інвертора, і без такого захисту помилка може пошкодити вхід. Тому до підключення напругу і полярність кожного рядка перевіряють мультиметром на роз’ємах.
• Рахувати рядок за напругою при 25 °C. У мороз напруга вища за паспортну, і рядок, який проходить за паспортом, може перевищити максимальну вхідну напругу інвертора.
• Поставити автомат змінного струму в коло панелей. Він не розрахований на розрив постійного струму: дуга під час вимкнення може не згаснути.
• З’єднувати роз’єми різних виробників. Роз’єми з написом “сумісний з MC4” відрізняються допусками і матеріалами, і таке з’єднання гріється. IEC 62548 та IEC 60364-7-712 вимагають, щоб вилка і розетка були одного типу від одного виробника.
• З’єднати паралельно на одному трекері MPPT рядки з різною кількістю модулів. Такі рядки мають різну напругу, і трекер не підбере точку максимальної потужності для обох.
• Роз’єднувати роз’єми під навантаженням. Спочатку вимикають інвертор і роз’єднувач постійного струму, і лише потім розмикають роз’єми рядка, інакше на контактах виникає дуга.
• Залишити рами без заземлення. Станція працює, але в разі пробою ізоляції рами опиняються під напругою рядка. Чим це небезпечно і чому після цього інвертор показує помилку ізоляції, розібрано в статті про сонячні панелі без заземлення.
• З’єднати вихід резерву з мережевими лініями щита. На схемах підключення гібридних інверторів вхід мережі і вихід навантаження підключаються до різних клем і в різні секції щита, перемичок між ними схеми не передбачають.

Норми для підключення сонячної станції