Эффекты соединения. Последовательное соединение солнечных панелей
Трекеры - системы ориентации солнечных батарей
Так как в большинстве ФЭ модулей элементы соединены последовательно, несоотвествие при их последовательном соединении является наиболее распространенным из встречающихся несоответствий. Из двух простейших видов несоответсвия (несоответствие тока короткого замыкания и напряжения холостого хода) более часто происходит несоответствие тока короткого замыкания, так как оно может произойти из-за затенения части модуля. Этот вид несоответствия является и наиболее значительным.
Несоответствие напряжения холостого хода при последовательном соединении относительно выгодно. Как показано на следующей анимации в точке короткого замыкания общий ток модуля остается неизменным. Мощность модуля в точке максимальной мощности уменьшается из-за более низкой производительности «плохого» солнечного элемента. Так как два элемента подключеные последовательно, через них течет одинаковый ток, а результирующее напряжение можно найти, сложив напряжения на каждом их двух элементов.
На рисунке выходное напряжение второго элемента меньше, чем у первого.
Несоответствие тока короткого замыкания у элементов, соединенных последовательноНесоответсвие тока короткого замыкания при последовательном соединении в зависимости от рабочей точки модуля и степени несоотвествия может оказыавть очень сильное негативное влияние на ФЭ модуль. Как показано на анимации ниже, в точке напряжения холостого хода влияние снижения тока короткого замыкания относмительно не велико. Напряжение холостого хода уменьшается лишь незначительно, так как оно логарифмически зависит от тока короткого замыкания. Однако, так как ток, текущий через два элемента, должен быть одним и тем же, суммарный ток не может привышать ток от плохого элемента. Поэтому ток от двух элементов не может быть больше, чем ток короткого замыкания плохого элемента. При низком напряжении, при котором вероятно выполнится это условие, дополнительно сгенерированный ток хорошего элемента будет рассеиваться не в каждом элементе (как это обычно происходит при коротком замыкании), а тольков плохом элементе.
В общем, несоотвествие тока при последовательном соединении может вызвать значительное падение вырабатываемой мощности, если плохой элемент производит меньший ток, чем ток точки максимальной мощности хорошего элемента, а также, если модуль работает на низких напряжениях или в режиме короткого замыкания, высокое рассеяние энергии в плохом элементе может вызвать необратимые разрушения в модуле. Два этих эффекта покзааны на рисунках ниже.
Несоответствие тока последователно соединенных элементов случается довольно часто и может иметь серьезные последствия. Isc соединения ограничено Isc самого плохого элемента.
Последователно соединенный солнечные элементы с одинаковыми токами короткого замыкания. Элементы схемы, объединенные синей пункитрной лининей представляют собой модель солнечного элемента. Источником тока является световой ток, Isc. Солнечные элементы находятся в режиме короткого замыкания, поэтому ток прямого смещения, текущий через солнечные элементы, равен нулю и напряжение тоже равно нулю. Несоответствующие токи кортокого замыкания. Максимальным током, который может течь через контур, является ток короткого замыкания плохого элемента. Поэтому дополнительный ток через хороший элемент, равный Isc1 — Isc2 вынужден течь через хороший элемент, смещая его в прямом направлении и создавая напряжение. На рисунке выходное напряжение второго элемента меньше, чем у первого.
Перегрев на активном участке происходит, когда один солнечный элемент с низким током короткого замыкания соединяется последовательно с несколькими элементами с высоким током короткого замыкания, как показано на изображении ниже.
Один затененный элемент в цепи уменьшает ток через хорошие солнечные элементы, в результате чего они создают более высокое напряжение, которое может сместить плохой элемент в обратном направлении.Если результирующий ток, текущий в цепи, приближается к току короткого замыкания плохого элемента, то он становится ограниченным током плохого элемента. Дополнительный ток, производимый хорошими элементами, смещает их в прямом направлении. Если цепь замкнута, то прямое смещение на хороших элементах смещает обратный элемент в обратном направлении. Нагревание на активном участке происходит, когда большое количество последовательно соединенных солнечных элементов создают обратное смещение на затененном элементе, в результате чего на нем рассеивается большое количество энергии. По существу, на нем рассеивается вся энергия, производимая хорошими элементами. Большое рассеяние энергии на маленькой площади приводит к перегреву, который в свою очередь может вызвать различные разрушения, такие как растрескивание стекла, расплавление припоя или повреждение самого солнечного элемента.
Тепло, рассеянное на затененном элементе привело к растрескиванию модуля.
Обводные диодыРазрушительное действие локального перегрева можно снивелировать с помощью обводного диода. Обводной диод соединяется параллельно с солнечным элементом, так, чтобы их полярности были противоположны, как показано ниже. В нормальных условиях каждый солнечный элемент будет смещен в прямом направлении, а обводной диод — в обратном, то есть будет в состоянии холостого хода. Однако, когда солнечный элемент в результате несоответствия токов короткого замыкания между несколькими последовательно соединенным элементами сместится в обратном направлении, обводной диод станет проводящим, позволяя току от хороших элементов течь во внешней цепи не изменяя напряжение на каждом хорошем элементе. Максимальное обратном напряжение на плохом элементе уменьшается на величину напряжений на каждом из диодов, уменьшая ток и предотвращая перегрев. Работа обводного диода и влияние на вольт-амперную характеристику показаны на изображениях ниже.
Действие обводного диода можно показать на вольт-амперной характеристике сначала получив вольт-амперную характеристику одного солнечного элемента с обводным диодом, и потом объединив ее с вольт-амперными характеристиками всех элементов. Обводной диод влияет на солнечный элемент только при обратном смещении. Если обратное смещение становится больше, чем угловое напряжение солнечного элемента, диод смещается в прямом направлении и проводит ток. Объединенная вольт-амперная характеристика показана ниже.
Вольт-амперная характеристика солнечного элемента с обводным диодом.
Предотвращение локального перегрева с помощью обводного диода. Для наглядности тут используется всего 10 элементов, один из которых затенен. Обычно модуль состоит из 36 элементов и несоответствие токов в отсутствие обводного диода приводит к еще более плохим последствиям, но при наличии обводного диода они становятся несущественными.Как бы то ни было, на практике использовать обводной диод для каждого элемента слишком дорого, поэтому их обычно включают сразу для нескольких элементов. Напряжение на затененном элементе, или любом элементе, вырабатывающим низкий ток, равно напряжению прямого смещения остальных последовательно соединенных элементов плюс напряжение на обводном диоде, который с ними соединен. Это показано на изображении ниже. Напряжение на не затененных солнечных элементах зависит от степени затенения плохих элементов. Например, если элемент полностью затенен, то не затененные элементы будут смещены в прямом направлении их токами короткого замыкания и напряжение будет равно примерно 0.6В. Если плохой элемент затенен лишь частично, то часть тока от хороших элементов может течь через цепь, а оставшийся ток сместит каждый солнечный элемент в прямом направлении, приводя к более низкому напряжению прямого смещения на каждом элементе. Максимальное рассеяние энергии на затененном элементе приблизительно равно энергии, производимой оставшимися элементами в цепи. Максимальное количество элементов, которое можно обезопасить от локального перегрева с помощью одного обводного диода равно 15. Поэтому в обычном модуле из 36 элементов для этого используется 2 обводных диода.
В небольших модулях все элементы соединены последовательно и параллельное несоответствие не является проблемой. В солнечных батареях модули обычно соединены параллельно, поэтому параллельное несоответствие обычно является проблемой для батарей а не для модулей.
Параллельно соединенные элементы. Напряжение в цепи всегда одинаково, а результирующий ток равен сумме токов от каждого элемента.
На рисунке выходной ток второго элемента ниже, чем у первого. При сложении токов проблем не возникает не смотря на то, что общий ток всегда выше, чем ток каждого элемента.
Несоответствие напряжений двух параллельно соединенных элементов. Второй элемент уменьшает Voc хорошего элемента.
Легкий способ расчета результирующего напряжения холостого хода несоответствующих элементов, соединенных параллельно. Кривая вольт-амперной характеристики одного элемента отражается от оси напряжения и точка пересечения с кривой второго элемента (в которой I1+I2=0) дает результирующее напряжение холостого хода.Эффекты несоответствия в батареяхВ больших фотоэлектрических батареях модули соединяются как последовательно, так и параллельно. Последовательно соединенный набор элементов или модулей называется «рядом». Объединение последовательно и параллельного соединений может привести к некоторым проблемам в ФВ батареях. Одна проблема, например, может возникнуть с напряжением холостого хода в одном из рядов. Ток через параллельно соединенные ряды (которые часто называют «блоком») будет меньше, чем ток через остальные блоки в батарее. С электрической точки зрения это аналогично случаю, когда один из последовательно соединенных солнечных элементов затенен, что приводит к потере вырабатываемой мощности. Этот эффект показан ниже.
Возможное несоответствие в больших ФВ батареях. Не смотря на то, что все модули могут быть абсолютно одинаковыми, а затенение может отсутствовать, несоответствие и локальный перегрев все равно могут иметь место. Ток при таком параллельном соединении уменьшается в четыре раза. Батарея слева электрически экивалентна цепи справа, в которой напряжение на каждом солнечном элементе в 72 раза больше, чем у обычного элемента, а ток в 4 раза больше.Параллельное соединение в сочетании с эффектом несоответствия также может привести к проблемам, если обводящий диод не рассчитан на то, чтобы выдержать ток всей параллельно соединенной батареи. Например в параллельных рядах с последовательно соединенными модулями обводящий диод подключенный параллельно с модулями оказывается подключенным параллельно, как показано на изображении ниже. Несоответствие в последовательно соединенных модулях вызовет ток через обводной диод, нагревая его. Однако, нагревание обводного диода уменьшает ток насыщения и эффективное сопротивление, при чем дополнительный ряд модулей частично затеняется. Теперь ток может течь через обводные диоды в каждом модуле, но он также должен течь через один ряд обводных диодов. Эти обводные диоды становятся еще горячее, их сопротивлении еще больше уменьшается, увеличивая ток. Если обводные диоды не рассчитаны на такой ток, они могут сгореть, что приведет к повреждению ФВ модулей.
Обводные диоды в параллельно соединенных модулях. Обычно в каждом модулей из 36 элементов есть два обводных диода. В одном наборе могут быть обводные диоды с более низким сопротивлением. Через диоды с более низким сопротивлением течет больший ток.В дополнение к обводным диодам для уменьшения потерь, вызванных несоответствием, может использоваться дополнительный диод, который называют блокирующим. Блокирующий диод, показанный ни изображении ниже, обычно используется в автономных системах для того, чтобы ночью ток от аккумуляторов не тек через ФВ батарею. При параллельном соединении модулей, каждый ряд модулей должен иметь блокирующий диод. Это не только уменьшает нагрузку на отдельный диод, но и не позволяет току из одного параллельно соединенного ряда течь в ряд с меньшим током, что снижает потери, вызванные несоответствием при параллельном соединении рядов в батарее.
ust.su
Как правильно подключать солнечные панели разной мощности и напряжения
Солнечные панели — это уже не будущее, а реалии настоящего времени. При установкесолнечных панелей разной мощности следует быть внимательным и знать тонкости.
Партнёры «ООО Компания ИТР» — компания "Вега МСК"—даёт рекомендации,как правильноподключить солнечные панели разной мощности и разного напряжения. Основной вопрос—последовательное или параллельноесоединение?
Специалисты"Вега МСК" объясняют на примере. Имеетсясистема с контроллером VICTRON MPPT 75/15, к нему подключена одна солнечная панель мощностью 100 Вт (рабочее напряжение 20В и максимальный ток 5А). Другая солнечная батарея с выходной мощностью 130 Вт (рабочее напряжение 24В и выходной ток 5,4А). Необходимо помнить, что последовательно соединять панели можно до тех пор, пока суммарное напряжение холостого хода панелей не достигнет максимального допустимого входного напряжения контроллера (для данного примера — это 75В, на что указывает первая цифра в названии контроллера). Иначе необходимопараллельное соединение. Важно:напряжение ХХ выбирается для самых низких температур вашего региона. Эта информация всегда представлена в справочной документации на солнечную панель. Напоминаем, что повреждение MPPT-контроллера высоким напряжением не является гарантийным случаем. Поэтому подбор оборудования для солнечных панелей имеет первостепенное значение.
Варианты подключения панелей.
- Последовательное соединении солнечных батарей даёт большую мощность, поскольку напряжение складывается, а максимальный ток системы ограничен модулем с меньшим током. По этой схеме видно, что выходнаямощность220 Вт.
- При параллельном подключении расчет суммируются токи 2-х панелей, а максимальное выходное напряжение будет ограничено панелью с меньшим напряжением на выходе. Выходная мощность — 208 Вт. Зато есть один плюс — если при параллельным соединении суммарный выходной ток панелей превысит максимальный входной ток MPPT контроллера, это не приведет к выходу из строя последнего. Контроллер просто ограничит зарядный ток до своего максимального допустимого уровня. Поэтому правильно оценивайте варианты наращивания вашей системы.
Предупреждение: помните, что это работа с электричеством, правило безопасности: ни в коем случае не проводить подключений к РАБОТАЮЩЕЙ системе!При последовательном соединении солнечных батарей в системе появляется опасное для жизни высокое напряжение!Обязательно отсоедините АКБ и сами панели от контроллера и, если необходимо, от нагрузки перед подключением дополнительных панелей.
А лучше всего доверить подключение солнечных панелейпрофессионалам. По всем вопросам обращайтесь в"ООО Компания ИТР". Наши телефоны: 8903 351 70 12 и 8 (347) 286 15 75.
www.itdufa.ru
Cоединение солнечных элементов
Для умелых рук
Все кремниевые солнечные элементы генерируют электрическое напряжение около 0,5 В. Что касается тока, то он зависит от интенсивности света и от размера элемента.
На рис.1 показано характеристика солнечного элемента (ток показан в условных единицах).
Уровень освещенности 100 мВт /см2 соответствует прямому потоку солнечного излучения в полдень. Из характеристики следует, что при увеличении тока нагрузки напряжение на выходе элемента уменьшается, пока при некотором токе не упадет до нуля. Этот ток называется током короткого замыкания. В отличие от других источников питания, короткое замыкание солнечного элемента не приводит к выходу его из строя.
Для повышения напряжения солнечные элементы соединяют последовательно. Понятно, что при этом ток гирлянды определяется элементом с наименьшим током.
Для повышения тока солнечные элементы соединяют параллельно. При этом выходное напряжение определяется элементом с наименьшим напряжением.
Таким образом, для реальных применений солнечные элементы приходится соединять как параллельное соединение последовательных цепочек. Такая комбинация называется батареей.
При работе с солнечными батареями сталкиваются с явлением, не имеющим места при использовании обычных источников питания. Это явление называется обратным смещением. Предположим, что имеется набор из последовательно включенных солнечных элементов, нагруженных на резистор. На резисторе выделяется суммарное напряжение, и по нему течет ток. Если один из элементов при этом затемнить, то произойдет следующее. Солнечный элемент, который не производит электрической энергии, превращается в звено с большим сопротивлением Теперь все напряжение цепочки прикладывается не к нагрузке, а к затемненному элементу. В результате элемент разогревается и может выйти из строя (взорваться).
Рис. 1 характеристика солнечного элемента
Рис. 2
Для решения этой проблемы необходимо параллельно каждому элементу подключать диод так, чтобы при работе элемента он был заперт (рис.2).Если теперь затенить один из элементов, то параллельный ему диод начинает проводить ток в обход неисправного элемента. Выходное напряжение цепочки уменьшится, но затененный элемент из строя не выйдет.
На практике нецелесообразно шунтировать каждый элемент батареи. Достаточно использовать 4-5 диодов на 1/4 или на 1/5 часть батареи. Тогда при затенении напряжение уменьшится на 20-25%.
Смотрите также: Солнечная батарея своими руками
allpowr.su
подключение аккумуляторов на 24 вольта, панели загородного дома, как подключить
При подключении солнечной батареи сперва следует детально ознакомиться со специальной схемой подключенияВ настоящее время, стало достаточно распространенно использование автономных систем электроснабжения. Одной из таких систем, является солнечные батареи. Но стоит отметить, что оптимальная работа всей системы, зависит не только от правильного выбора всех элементов, но и правильного подключения. В зависимости от того, какие устройства подключаются, выбирается и схема подключения солнечных батарей.
Что нужно и как правильно подключить солнечную батарею
Схемы подключения солнечных батарей, достаточно типичны. Они состоят из отдельных элементов, который в совокупности, обеспечивают бесперебойную подачу электроэнергии к потребителям.
Основные элементы схемы:
- Солнечная панель;
- Контроллер;
- Инвертор;
- Аккумулятор (АКБ).
В зависимости от типа производства солнечных панелей, они делятся на два вида (поли и монокристаллические). Данные панели отличаются не только внешним видом, но и способом производства и материалом, из которого они сделаны.
Для обеспечения необходимого уровня заряда и разряда аккумуляторов, в схему солнечной батареи, встраивают контроллер. Существует несколько разновидностей контроллеров. Основными их отличиями являются, возможность осуществлять контроль по нескольким направлениям.
Обратите внимание! При отсутствии одного из элементов схемы, добиться ее оптимальной работы невозможно.
Любая бытовая техника, работает в основном от переменной сети 220 Вольт. В свою очередь, солнечные батареи производят постоянный ток с напряжением 12 или 24 Вольта. Поэтому для преобразования постоянного тока в переменный используют инвертор (преобразователь).
Так как солнечные батареи не способны работать круглосуточно, для накопления заряда используют аккумуляторные батареи.
Подключение всех элементов производится следующим образом. В первую очередь подключаются аккумуляторы к контроллеру. Затем, к нему подключаются солнечные панели. И после этого, производится подключение к аккумуляторной батарее инвертора. Так как схема работает на основе постоянного тока, обязательно соблюдение полярности подключения проводников.
Схема подключения солнечных батарей: примеры
В зависимости от различных факторов, для обеспечения нормальной работы солнечных батарей, существует несколько распространенных способов их подключения между собой. Каждый способ, подходит для определенных потребностей.
Найти примеры схем подключения солнечных батарей с легкостью можно в интернете
Как лучше соединять солнечные панели в автономной электростанции:
- Последовательное подключение;
- Параллельное подключение;
- Смешанное подключение.
Важно понимать, что в первую очередь, необходимо правильно расположить солнечные панели. Делать это следует на открытых участках, которые не затемнены деревьями или кустами. Если подходящего места на участке нет, то панели располагаю на южной стороне крыши, например загородного дома или на стене.
Последовательное соединение солнечных панелей производится следующим образом. Плюсовой контакт, идущий от одной панели, подключаем к минусовому контакту следующей. Таким образом, панели соединяются в цепь. После, минусовой контакт от первой панели и плюсовой контакт последней, подключаются к контроллеру.
Обратите внимание! При последовательном подключении панелей, увеличивается исходное напряжение.
Для того чтобы соединить панели параллельно, необходимо соблюсти полярность. Для этого между собой необходимо соединить плюс с плюсом, и минус с минусом. Выходное напряжение при данном типе подключения не изменяется и составляет 12 Вольт.
Смешанный вид подключения, состоит из сочетания параллельного и последовательного подключения. Таким образом, подключаются отдельные группы солнечных батарей. Например, панели отдельной группы, подключены параллельно. И для соединения отдельных групп, используется последовательное подключение.
Правильная схема подключения аккумуляторов на 12 и 24 Вольта
Одним из важных показателей оптимальной работы системы солнечных батарей, является правильное подключение аккумуляторов в одну цепь. Существую два основных способа (параллельное и последовательное подключение), которых необходимо придерживаться.
Для чего нужны данные виды подключения:
- Увеличение емкостных показателей;
- Повышение выходного напряжения.
При параллельном подключении аккумуляторов, соблюдается полярность подключения контактов (плюс к плюсу, минус к минусу). После чего, два данных полярных контакта, подключаются к остальному оборудованию.
Важно понимать, что при параллельном соединении, увеличивается общая емкость аккумуляторов, но неизменным останется выходное напряжение. Для определения общей емкости (при условии, что аккумуляторы одной емкости), необходимо умножить емкость одного элемента на количество устройств.
Для увеличения выходного напряжения, используют последовательное подключение аккумуляторных батарей. При данном виде подключения, сохраняется емкость. Такое подключение обусловлено подключение контактов разной полярности. Отрицательный контакт первого аккумулятора, подключается к положительному контакту второго. К оборудованию подключаются положительный контакт первого аккумулятора и отрицательный контакт второго.
Стоит отметить, что главной особенностью при последовательном подключении аккумуляторов, является обязательное соблюдение равности значение по емкости отдельного устройства.
Важно понимать, что данные виды подключения аккумуляторных батарей используют по различным причинам. Например, если определенный проводник обладает высокими показателями сопротивления, то для придачи определенной мощности используют последовательное соединение.
Если нужен ток с высокими показателями, то аккумуляторы подключают параллельно.
Контроллер солнечной батареи: особенности и схема
Для обеспечения оптимальной работы аккумуляторов в составе солнечных батарей, используют контроллеры. В зависимости от параметров устройства, они подразделяются на несколько видов.
При подключении солнечной батареи особое внимание нужно уделить выбору контроллера
Виды контроллеров:
- Простейшие;
- ШИМ контроллеры;
- МРРТ контроллеры.
Простейшие устройства, представляют собой обычный компаратор, который работает по принципу включения и выключения. Данное устройство, способно только включать или выключать зарядную цепь. Эти параметры определяются значениями исходного напряжения на аккумуляторных клеммах.
Являясь самым простым по устройству и дешевым, данный контроллер производит заряд аккумуляторов самым ненадежным способом. Обусловлено то тем, что такой контроллер, обеспечивает зарядку аккумуляторов, до определенного уровня, который составляет 90%.
Контроллеры на основе ШИМ (широтно – импульсная модуляция), обладают более совершенной начинкой. Помимо дискретных элементов, они оснащаются различной электроникой.
Обратите внимание! ШИМ контроллеры, способны заряжать аккумуляторы ступенчато, что позволяет продлить срок службы данных устройств.
Для того чтобы произвести полную зарядку аккумуляторной батареи, контроллер способен автоматически повысить напряжение и понизить силу тока, что дает возможность заряжать аккумуляторы полностью.
Контроллеры типа МРРТ, способны для обеспечения оптимального заряда аккумуляторов, отыскивать точку, при которой мощность солнечного модуля максимальна.
Подключение и схемы солнечных батарей (видео)
Основываясь на данную информацию, вы легко сможете не только выбрать подходящее для вас оборудование, но и полностью собрать электрическую схему автономной электростанции своими руками.
Добавить комментарий
6watt.ru
