Последовательное или параллельное соединение солнечных панелей: что меняется с напряжением и током и как выбрать схему
При последовательном соединении напряжения панелей складываются, а ток остаётся таким же, как у одной панели. При параллельном складываются токи, а напряжение остаётся как у одной. Для сетевых и гибридных инверторов почти всегда собирают последовательные стринги: высокое напряжение позволяет использовать тонкий кабель и держать MPPT-вход инвертора в рабочем окне. Параллельное соединение применяют в системах на 12 и 24 В с контроллером заряда и при объединении одинаковых стрингов.
Дальше — расчёт для четырёх панелей и правила, как выбирать схему под свой инвертор. Паспортные данные в примере условные; для своих панелей берите цифры с шильдика или из паспорта, как читать эти характеристики, описано в статье «Как читать характеристики солнечной панели».
Три схемы для четырёх панелей
Возьмём панель с условными данными: напряжение холостого хода Voc 49,5 В, рабочее напряжение Vmp 41,5 В, рабочий ток Imp 13,3 А. Мощность одной панели в рабочей точке: 41,5 × 13,3 ≈ 552 Вт. Четыре панели дают около 2 208 Вт при любой схеме, различаются напряжение и ток.
| Схема | Рабочее напряжение | Voc схемы | Ток | Кабель | Поведение при тени | Где применяют |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 последовательно | 4 × 41,5 = 166 В | 4 × 49,5 = 198 В | 13,3 А | Обычный солнечный кабель | Тень на одной панели снижает ток всего стринга | Сетевые и гибридные инверторы, MPPT-входы |
| 4 параллельно | 41,5 В | 49,5 В | 4 × 13,3 = 53,2 А | Намного толще, нужны предохранители на ветвях | Тень теряет только долю затенённой панели | Системы 12 и 24 В с контроллером заряда |
| 2 × 2 (две пары, пары параллельно) | 2 × 41,5 = 83 В | 2 × 49,5 = 99 В | 2 × 13,3 = 26,6 А | Средний | Среднее между двумя схемами | Когда напряжение стринга иначе не вписывается в окно инвертора |
Мощность во всех случаях одна, но электрические условия разные. Поэтому выбор схемы определяется не вкусом, а входом того устройства, к которому подключены панели: инвертором или контроллером.
Почему ток важнее напряжения для кабеля
Потери в проводе растут с квадратом тока: P = I² × R. Посчитаем для линии 20 м в одну сторону, то есть 40 м туда и обратно, медь с удельным сопротивлением 0,0175 Ом·мм²/м.
- Сечение 4 мм²: R = 0,0175 × 40 ÷ 4 ≈ 0,175 Ом.
- Последовательная схема, 13,3 А: потери 13,3² × 0,175 ≈ 31 Вт, это около 1,4 % от 2 208 Вт.
- Параллельная схема на том же кабеле, 53,2 А: потери 53,2² × 0,175 ≈ 495 Вт, это около 22 %. Кабель при таком токе греется и по допустимому нагреву не подходит.
- Чтобы параллельная схема дала приемлемые потери, нужно сечение 16 мм²: R ≈ 0,044 Ом, потери около 124 Вт, то есть 5,6 %, и это всё равно в четыре раза больше, чем у последовательной на 4 мм².
Расчёт упрощённый: не учтены температура кабеля и сопротивление контактов. Сечение для вашего случая подбирайте по статье «Сечение кабеля для солнечных панелей» или в калькуляторе сечения кабеля.
Окно MPPT и максимальное напряжение инвертора
У каждого MPPT-входа инвертора есть два предела: диапазон рабочих напряжений, в котором он отслеживает точку максимальной мощности, и максимальное входное напряжение, выше которого вход может выйти из строя. Оба числа указаны в паспорте инвертора.
- Рабочее напряжение стринга Vmp должно попадать в окно MPPT и летом на жаре, когда оно падает, и зимой.
- Voc стринга на морозе не должно превышать максимальное входное напряжение. На холоде напряжение панели растёт.
Пример с условным температурным коэффициентом Voc, минус 0,27 % на градус (реальный — в паспорте панели). При минус 25 °C разница с 25 °C составляет 50 градусов: 50 × 0,27 ≈ 13,5 %. Voc одной панели: 49,5 × 1,135 ≈ 56,2 В. Для четырёх последовательно: 4 × 56,2 ≈ 225 В. Для входа с максимумом 500 В запас большой, и в этом стринге можно использовать до восьми панелей; для входа 150 В четыре панели вообще не подходят. Поэтому количество панелей в стринге считают под конкретный инвертор. Сколько панелей вообще можно подключить, разобрано в статье «Сколько панелей можно подключить к инвертору».
Когда всё же нужна параллель
- Системы на 12 и 24 В. Контроллер заряда принимает панели с невысоким напряжением, и для получения мощности соединяют ветви параллельно. Для контроллеров MPPT напряжение входа может быть выше, подробности — в статье про выбор контроллера. Какое напряжение батареи выбрать, написано в материале «12, 24 или 48 вольт».
- Объединение одинаковых стрингов на один MPPT-вход. Если у входа высокий допустимый ток, два одинаковых стринга можно соединить параллельно, но с условиями. Они подробно разобраны в статье про Y-разветвители.
- Предохранители. При нескольких параллельных ветвях при неисправности одной остальные могут подать ток в неё. Защита ветвей разобрана в статье «Предохранители в стрингах».
Если панели смотрят в разные стороны, их не соединяют в один стринг: для этого у инверторов несколько MPPT-входов, см. статью «Два MPPT-входа».
Смешанная схема и тень
Смешанное соединение (например, два стринга по две панели) допустимо, если все ветви одинаковы: те же панели, то же число в ветви, та же ориентация и наклон. Тогда напряжения и токи ветвей совпадают, и они не мешают друг другу.
Тень в последовательном стринге опаснее всего: ток стринга ограничен самой слабой панелью, и затенённая панель тянет за собой остальные (обходные диоды панелей частично смягчают это, но не отменяют). В параллельной схеме затенённая панель теряет только свою долю. Если тень на крыше неизбежна, это аргумент за раздельные MPPT-входы, а не за параллель на всех. Разбор случаев — в статье «Затенение панелей».
Чего нельзя делать
- Соединять последовательно панели с разным рабочим током: ток стринга упрётся в самую слабую.
- Включать параллельно стринги разной длины (например, 8 и 10 панелей): напряжения ветвей разные, и более слабая ветвь превращается в нагрузку.
- Выбирать число панелей в стринге без проверки Voc на морозе по паспорту инвертора.
- Размыкать разъём MC4 под нагрузкой. Постоянный ток даёт устойчивую дугу, которая повреждает разъём и опасна для человека. Отключение выполняется в том порядке, который предписывает инструкция, а работы на стороне постоянного тока делает электрик.
Если сомневаетесь в схеме, закажите расчёт: подберём панели, инвертор и комплектующие, а подходящие позиции вы найдёте в разделе солнечных панелей.
Частые вопросы
Что лучше для дома: последовательное или параллельное?
Для сетевого или гибридного инвертора — последовательное, в пределах окна MPPT и максимального напряжения. Параллельное применяют в низковольтных системах и при объединении одинаковых стрингов.
Можно ли соединить разные панели?
Лучше не нужно. Если панели разной мощности, их выгоднее подключить к разным MPPT-входам. В одном стринге ток определяется самой слабой панелью.
Зависит ли мощность станции от схемы?
Номинально нет: суммарная мощность панелей одна. Различается поведение при тени, потери в кабеле и совместимость с входом устройства.
Как узнать допустимое количество панелей в стринге?
Разделите максимальное входное напряжение инвертора на Voc одной панели при самой низкой температуре и округлите вниз. Минимум определяется нижней границей окна MPPT с учётом жары. Оба предела указаны в паспорте инвертора.