Скільки сонячних панелей можна підключити до інвертора: розрахунок рядка (стрінга)

Скільки сонячних панелей можна підключити до інвертора послідовно, визначають дві напруги: згори напруга холостого ходу рядка, або стрінга, у найсильніший мороз не повинна перевищувати максимальної вхідної напруги інвертора, знизу напруга стрінга в спеку не повинна опускатися нижче напруги запуску та нижньої межі діапазону MPPT. Скільки стрінгів можна з’єднати паралельно на одному вході, визначає вхідний струм, а загальну потужність панелей обмежує інструкція інвертора. Для умовного інвертора з межею 500 В і модуля LONGi LR5-72HTH-575M розрахунок нижче дає від 4 до 8 модулів у стрінгу й один стрінг на вхід MPPT.

Які дані потрібні для розрахунку стрінга сонячних панелей

Розрахунок стрінга спирається на три джерела: паспорт модуля, інструкцію інвертора та умови місця встановлення. Жодне число не беруть “на око” і не переносять з чужої станції, бо в іншої моделі модуля чи інвертора межі інші.

Умовний інвертор і модуль для прикладу розрахунку

Інвертор у прикладі умовний: його параметри вибрано круглими числами, щоб показати метод, і жодній конкретній моделі вони не відповідають. Модуль справжній, LONGi LR5-72HTH-575M, значення взято з його паспорта версії 20230926V19. Найнижча температура повітря в прикладі мінус 20 °C, найвищу температуру елементів улітку прийнято 65 °C. Обидві температури вибрано для прикладу, а для своєї станції їх беруть за кліматом і умовами встановлення.

Скільки панелей можна підключити послідовно: максимум за напругою

Максимальну кількість модулів у стрінгу обмежує напруга холостого ходу в мороз. Зранку до запуску інвертора стрінг стоїть без навантаження, і на вході опиняється сума Voc усіх модулів, а на морозі Voc вища за паспортну. Інструкція з монтажу модулів LONGi (версія V19) вимагає перераховувати Voc на найнижчу очікувану температуру місця встановлення і не допускати, щоб ця напруга перевищила допустиму. Як робиться перерахунок, докладно розібрано в статті про напругу сонячної панелі. Розрахунок зводиться до двох формул:

Voc мороз = Voc STC × (1 + β / 100 × (Tmin – 25)),

Nmax = максимальна вхідна напруга / Voc мороз, з округленням униз,

де β це температурний коефіцієнт Voc у %/°C зі своїм знаком, а Tmin найнижча температура повітря. Для модуля з прикладу при мінус 20 °C Voc мороз = 52,06 × 1,1035 ≈ 57,4 В, і Nmax = 500 / 57,4 ≈ 8,7, тобто 8 модулів. Стрінг з 8 модулів дає в мороз близько 460 В, а з верхнім паспортним допуском +3 % близько 473 В, і обидва значення нижчі за 500 В. Дев’ятий модуль піднімає напругу до 517 В, що вже вище за межу.

Окремо перевіряють робочу напругу: стрінг з 8 модулів за STC дає Vmp 8 × 43,91 ≈ 351 В, це в межах діапазону MPPT 120-450 В. Максимальна напруга системи самого модуля LONGi, 1500 В, у стрінгу на 500 В не обмежує.

Мінімальна кількість панелей у стрінгу для інвертора

Мінімальну кількість модулів обмежують знизу два значення з інструкції інвертора, і перевіряють їх для спеки, коли напруга найнижча. Напругу запуску порівнюють з напругою холостого ходу стрінга, бо до запуску інвертор струму не бере. Нижню межу діапазону MPPT порівнюють з робочою напругою стрінга. Мінімум дорівнює більшому з двох результатів:

Nmin за запуском = напруга запуску / Voc спека, з округленням угору,

Nmin за MPPT = нижня межа MPPT / Vmp спека, з округленням угору.

Напругу холостого ходу при нагріванні елементів до 65 °C перераховують за тією самою формулою: 52,06 × (1 – 0,0023 × 40) ≈ 47,3 В на модуль. Nmin за запуском = 150 / 47,3 ≈ 3,2, тобто 4 модулі. Стрінг з 3 модулів дає близько 142 В, це нижче за напругу запуску, і в спекотний день інвертор може не запуститися. За прийнятої температури стрінг з 4 модулів дає близько 189 В і виконує умову за напругою запуску. Навіть на верхній межі робочого діапазону модуля за паспортом, плюс 85 °C, у нього виходить близько 180 В.

З робочою напругою в спеку складніше: температурного коефіцієнта для Vmp у паспорті LONGi немає, є лише коефіцієнти Voc, Isc і потужності, а коефіцієнт Voc до робочої напруги не застосовують. Паспорт дає Vmp 40,07 В за NOCT, але це значення стосується температури елементів близько 45 °C і слугує тут лише контрольною точкою, а не розрахунком Vmp при 65 °C. Стрінг з 4 модулів за NOCT дає близько 160 В, на третину вище за нижню межу MPPT 120 В. Улітку елементи бувають гарячішими, ніж за NOCT, і робоча напруга тоді нижча, тому стрінг, у якого Vmp за NOCT ледве вища за нижню межу MPPT, краще подовжити. Точне гаряче значення Vmp дає виробник модуля або програма розрахунку стрінгів, якщо її надає виробник інвертора. Як напруга поводиться при нагріванні, розібрано в розділі про мінімальну напругу сонячної панелі.

Скільки стрінгів можна підключити паралельно: перевірка за струмом

При паралельному з’єднанні стрінгів на одному вході MPPT струми стрінгів додаються, а напруга залишається тією самою. Тому кількість паралельних стрінгів обмежує вхідний струм інвертора. У багатьох інструкціях вказано дві різні межі. Максимальний робочий вхідний струм показує, який струм інвертор здатен прийняти й перетворити, з ним порівнюють Imp. Максимальний струм короткого замикання на вході визначає допустимість підключення, з ним порівнюють найбільший можливий струм короткого замикання стрінга. Що відбувається, коли робочий струм панелей вищий за робочу межу, і чи це допустимо, вирішує інструкція конкретного інвертора.

Паспортного Isc і поправки на температуру для другої перевірки замало. Струм панелі зростає пропорційно опроміненню, а опромінення може бути вищим за 1000 Вт/м², за яких виміряно паспорт. Тому IEC 60364-7-712 вводить окрему величину ISC MAX, найбільший струм короткого замикання, і дає методику його розрахунку в додатку B, а інструкція інвертора може задавати свої вимоги. У прикладі паспортний Isc одного стрінга 14,14 А, з нагріванням до 65 °C і верхнім допуском близько 14,9 А, і в умовного входу з межею 22 А лишається запас на підвищене опромінення. Робочий струм Imp 13,10 А нижчий за робочу межу 14 А.

Два стрінги паралельно дали б близько 28 А струму короткого замикання вже за паспортом і близько 26 А робочого струму, і обидва значення вищі за межі входу. Другий стрінг такого інвертора підключають лише до другого входу MPPT, якщо він є. Якщо паралельних стрінгів більше двох, інструкція з монтажу модулів LONGi вимагає ставити на кожен стрінг захист від надструму. Як з’єднують стрінги послідовно і паралельно, показано в статті про схему підключення сонячних панелей до інвертора.

На одному вході MPPT зазвичай об’єднують стрінги однакової довжини з однакових модулів з однаковою орієнтацією, бо так їхні напруги збігаються і трекер MPPT працює в спільній для них точці. Якщо стрінги відрізняються, допустимість такого поєднання перевіряють за вимогами інвертора і модулів, а стрінги з помітно різною напругою чи освітленням розносять по окремих входах MPPT.

Перевірка загальної потужності панелей

Остання перевірка порівнює сумарну потужність модулів з максимальною потужністю панелей з інструкції інвертора. Стрінг з 8 модулів по 575 Вт дає 4600 Вт, це менше за 5000 Вт умовного інвертора. Чи допускає конкретний інвертор перевищення цієї потужності і наскільки, вказує лише його інструкція, і без такої вказівки потужність панелей тримають у межах паспортного значення.

Підсумок прикладу: для умовного інвертора підходить один стрінг від 4 до 8 модулів LONGi LR5-72HTH-575M. Стрінг з 8 модулів дає найбільшу встановлену потужність у розрахованих межах, 4,6 кВт.

Типові помилки під час розрахунку кількості панелей для інвертора

• Ділити максимальну напругу інвертора на паспортну Voc. За 25 °C у приклад вміщується 9 модулів (500 / 52,06 ≈ 9,6), а в мороз стрінг з 9 модулів дає 517 В. Рахують за Voc за найнижчої температури.
• Ділити на Vmp замість Voc. Робоча напруга нижча за напругу холостого ходу, і стрінг, розрахований за Vmp, перевищить межу входу зранку до запуску.
• Округлювати кількість модулів угору. 8,7 модуля означає 8, а не 9.
• Перевіряти лише максимум. Надто короткий стрінг у спеку не дотягує до напруги запуску або до нижньої межі MPPT.
• Порівнювати з межею входу лише паспортний Isc. Струм зростає з опроміненням і температурою, і найбільший струм стрінга рахують за методикою стандарту та вимогами інструкції інвертора.
• З’єднувати стрінги паралельно, не додавши їхні струми. Струм двох стрінгів удвічі більший, і вхід, розрахований на один стрінг, буде перевантажено.
• Переносити розрахунок на інший модуль чи інвертор. В іншої моделі інші Voc, коефіцієнти і межі входу, і кількість модулів у стрінгу змінюється.

Норми і документи для розрахунку стрінга