Напряжение стринга на морозе: как посчитать число панелей, чтобы не превысить вход инвертора в −35 °C
Число панелей в стринге считают по самому холодному утру, а не по паспортному напряжению. Паспортное напряжение холостого хода Voc измерено при температуре элементов 25 °C, а на морозе оно растёт: при −35 °C — примерно на 16 %. Если набрать стринг «по паспорту», в ясное морозное утро вход инвертора получит напряжение выше допустимого. Ниже — формула, расчёт на примере и таблица для разных температур.
Почему мороз повышает напряжение
У кремниевой панели напряжение с ростом температуры падает, а с понижением растёт. Изменение задаёт температурный коэффициент по напряжению холостого хода — в паспорте он обычно записан как «Temperature coefficient of Voc» и измеряется в %/°C. Для распространённых кремниевых панелей это значение отрицательное и лежит около −0,25…−0,30 %/°C; точное число берите из паспорта своей панели. Как читать остальные строки паспорта — в статье «Как читать характеристики солнечной панели». А как тот же коэффициент работает в жару и почему летом панели дают меньше, разобрано в отдельной статье.
Опасно именно сочетание холода и света. Ночью напряжения нет вообще. А ясным морозным утром элементы ещё холодные, солнце уже светит, ток минимален, и панели стоят практически на холостом ходу — как раз при максимальном напряжении. Падать оно начнёт, только когда подключится нагрузка и элементы прогреются.
Формула и пример на −35 °C
Для оценки достаточно линейного пересчёта:
Voc(t) = Voc × (1 + |β| × (25 − t) / 100), где Voc — паспортное напряжение, β — температурный коэффициент в %/°C (по модулю), t — расчётная минимальная температура в °C.
Пример. Панель с паспортным Voc 49,5 В и коэффициентом −0,27 %/°C, расчётная температура −35 °C:
- разность температур: 25 − (−35) = 60 °C;
- рост напряжения: 0,27 × 60 / 100 = 0,162, то есть +16,2 %;
- Voc при −35 °C: 49,5 × 1,162 ≈ 57,5 В.
Теперь стринг для инвертора, у которого максимальное входное напряжение 500 В (число условное, у вашей модели оно в паспорте). По паспорту 10 панелей дают 10 × 49,5 = 495 В — кажется, что влезает. На морозе те же 10 панелей дадут 575 В, и вход получит напряжение на 75 В выше предела. Допустимо только 8 панелей: 8 × 57,5 ≈ 460 В. Девятая добавила бы ещё 57,5 В и дала бы 517 В — снова выше предела.
Таблица: сколько панелей в стринге
Те же расчёты для панели Voc 49,5 В и коэффициента −0,27 %/°C. Число панелей округляется вниз, до целого, так, чтобы суммарное напряжение не превысило предел входа.
| Расчётная температура | Voc одной панели | Максимум панелей при входе 500 В | Максимум панелей при входе 550 В |
|---|---|---|---|
| 25 °C (по паспорту) | 49,5 В | 10 (495 В) | 11 (545 В) |
| −20 °C | 55,5 В | 9 (≈ 500 В — впритык) | 9 (≈ 500 В) |
| −30 °C | 56,9 В | 8 (≈ 455 В) | 9 (≈ 512 В) |
| −35 °C | 57,5 В | 8 (≈ 460 В) | 9 (≈ 518 В) |
| −40 °C | 58,2 В | 8 (≈ 466 В) | 9 (≈ 524 В) |
Строка для −20 °C показывает, почему «почти» — плохой результат: девять панелей дают около 500 В, то есть ровно на пределе, без запаса. Если в паспорте инвертора 500 В — это абсолютный максимум, при котором вход может выйти из строя, а не рабочее значение, и стринг лучше сделать на панель короче. Для типовых «паспортных» 10 панелей в Сибири и на Урале цифры говорят прямо: при входе 500 В их не получится, а при 550 В — тоже, потому что 10 × 57,5 = 575 В.
Откуда брать минимальную температуру
Расчётная температура — это не средняя температура января, а редкий абсолютный минимум для вашей местности. Источники:
- справочник по строительной климатологии — там указаны самые низкие температуры воздуха по пунктам;
- данные ближайшей метеостанции за много лет — особенно если дом стоит в низине или на открытом месте, где холоднее, чем в городе;
- рекомендация проектировщика или монтажной организации, которая знает местные морозы.
Точных цифр по городам здесь не приводится: они зависят от района и от того, какой минимум вы закладываете. Общая практика для Сибири и Урала — закладывать сильный мороз, около −35…−40 °C, а в местах, где температура опускается ниже, брать ещё больше. Дешевле потерять одну панель в стринге, чем получить отказ входа.
Почему Сибири и Прибайкалью это особенно важно
Зимой в Сибири солнечно и холодно одновременно — худшее сочетание для напряжения. По данным PVGIS, в январе с 1 кВт панелей в Иркутске получают около 93,4 кВт·ч, в Новосибирске — 53,6, в Екатеринбурге — 44,0, а в Москве — только 31,5. Чем яснее зима, тем чаще холодное солнечное утро с панелями на холостом ходу, и тем важнее расчёт по минимуму. Про выработку в этих регионах — в статьях про Иркутскую область и про Новосибирск, Омск и Красноярск.
Нижняя граница: стринг не должен выпасть из окна MPPT
Расчёт по морозу защищает от перенапряжения, но нужно проверить и обратное. В жару напряжение падает, и слишком короткий стринг может оказаться ниже рабочего окна MPPT-входа. Проверка — та же формула, но для рабочего напряжения Vmp при температуре элементов около 65–70 °C (на крыше летом они греются выше воздуха).
Условный пример: панель с Vmp 41,5 В, коэффициент около −0,27 %/°C, температура элементов 65 °C. Падение: 0,27 × 40 / 100 = 10,8 %, значит Vmp ≈ 41,5 × 0,892 ≈ 37,0 В. Восемь панелей дадут около 296 В. Это надо сравнить с нижней границей окна MPPT из паспорта инвертора: если она ниже 296 В, стринг в жару работает; если выше — нужна ещё одна панель или другой инвертор. Для Voc и Vmp используйте коэффициенты именно из паспорта, а для Vmp — тот, что указан для мощности или напряжения в точке максимальной мощности, если такой есть.
Так получается рабочий диапазон: сверху ограничивает мороз, снизу — жара. Когда стринг не помещается в окно, выход один — менять число панелей или разбивать их на два входа MPPT.
Перегруз по постоянному току — другая история
Не путайте напряжение и мощность. Когда говорят, что к инвертору можно подключить больше панелей, чем его номинальная мощность, речь о мощности постоянного тока: так допускается перегруз DC/AC, а излишек просто срезается инвертором. Это не освобождает от проверки напряжения: превышение предела по вольтам не «срезается», а повреждает вход. Про мощность — в статье «Сколько панелей можно подключить к инвертору».
Что бывает при превышении
- вход MPPT отключается защитой до прогрева панелей — инвертор молчит в самые ценные солнечные часы;
- при заметном превышении вход выходит из строя безвозвратно;
- повреждение из-за превышения входного напряжения обычно относится к нарушению условий эксплуатации, и гарантийный случай не признают; условия — в паспорте и гарантийном талоне.
Поэтому решение о числе панелей в стринге принимает проектировщик или монтажник, который перепроверяет расчёт по паспорту конкретных панелей и конкретного инвертора. Подобрать инвертор под нужное число панелей можно в разделах сетевых и гибридных инверторов.
Частые вопросы
Можно ли считать по −25 °C, если у нас «редко ниже»?
Нет, если речь об Урале и Сибири. Редкий мороз — это именно тот день, когда выйдет из строя вход. Стоимость запаса — одна лишняя панель в параллели или второй стринг, а цена ошибки — ремонт или замена инвертора.
Тот же расчёт нужен для гибридного инвертора с батареей?
Да. Вход солнечных панелей у гибридного инвертора устроен так же: у него есть максимальное напряжение и окно MPPT. Батарея на расчёт стринга не влияет.
Как быть, если панелей нужно больше, чем влезает в стринг?
Если у инвертора два входа MPPT, панели делят на два стринга одинаковой длины. Если вход один, подключают параллельные стринги, не превышая предел по току. Вариант определяется паспортом конкретной модели.
Нужно ли учитывать напряжение, если панели двусторонние?
Напряжение холостого хода почти не зависит от подсветки обратной стороны. Расчёт по Voc остаётся тем же; дополнительная выработка от обратной стороны сказывается на токе.