有两种连接太阳能光伏板的方式 – 串联或并联或两者兼而有之。如何连线你的面板将取决于你的目标和后续设备可以支持什么。
串联或并联配置
类似于将电池串联,每次连接后都会有复合电压。如果将一个电池连接到另一个电池的负极,则两个1.5伏电池如果一个接一个地正极连接,则将产生总共3(1.5 + 1.5)伏特的电压。串联越多,移动电压就会在链路之后传输。然而安培数将是相同的,并且仅限于链中电阻最高的电池。
在太阳能光伏电池板中,所有太阳能光伏电池串联连接以产生足够的电压用于对电池系统充电。请记住,在标准测试条件下,每个太阳能电池单元通常会产生约0.5伏的电压。
在太阳能光伏阵列中,许多人希望将其面板串联以产生太阳能充电控制器或逆变器可接受的最高电压。在MPPT控制器中它将高达150伏直流电。在太阳能光伏设置中,它被称为“串”,就像一连串的圣诞灯串连在一起。
串联连接面板的优点:
- 允许使用较小的电线:如果您增加电压,请务必知道电线将在更小的电线上承载更多电力。有没有想过悬挂在电力公用电网(国家电网)上的小电线能够提供足够的电力来为城市供电?这些技巧使用的电压非常高,通常为33千伏(33000伏),可以高达765千伏(在发电站的输电线路中)。由于电压很高,导线上的安培数将会很小,功率(功率)等于电位差(伏特)乘以电流(安培)。较小尺寸的导线通常比具有较大导线更便宜。
- 减少传输过程中的损失: 在高电压低电流安培下,导线传输过程中的热量损失将更小。它将使太阳能光伏系统有更高的工作效率。
- 允许较长布线,从太阳能光伏电池板到其他设备: 如果电压较高,安培数较低,传输过程中的热量损失较低,则可以允许较长的导线来连接设备。面板在阳光下会很热,这种热量不利于其他设备(例如逆变器,充电控制器和电池)的长期使用。较长布线将允许这种热敏装置放置在阴凉处或凉爽的房间。
- 适用于MPPT控制器:最大功率点跟踪(MPPT – Maximum Power Point Tracking)是通过数字跟踪太阳能光伏电池板的输出并向系统其余部分(电池和负载)提供正确电压来有效利用最大功率输出的绝佳装置。MPPT通常可以接受较高的直流电压(通常高达150伏直流电,取决于制造商),因此允许使用更大的太阳能光伏阵列。
串联连接面板的缺点:
- 一个薄弱环节会减少整个系统的连续性:就像一串圣诞灯一样,一个坏掉的灯泡会让圣诞灯的一部分熄灭。同样,如果由于面板故障或由于该单个PV面板的部分阴影而使面板串联中的一个具有较高电阻,则整个串将受到影响,并且将拉低整体表现,依据最弱单元的局限。一种解决方案是应用旁路二极管,以允许电流绕过性能最差的面板,这是由于该单个面板的局部着色。更多的面板部分阴影也会导致总效率的有效降低。由于二极管的半导体性质,当通过每个二极管时会有一些电压下降。
- 较高的电压是危险的: 由于电压会随着每个后续面板而加起来,因此通常会需要专业安装的高压系统以便更安全。
并联连接面板的优点
但是,有些人更喜欢并行配置。类似于并联电池组,所有正极连接在一起,负极连在一起。这将有效地增加安培数并传输更多功率,即使电压相同。
5个12伏5安培的太阳能光伏电池板如果并联连接将产生12伏25安培,或者如果串联连接,将产生60伏5安培。
并联连接面板的优点:
- 允许处理更安全的电压: 大多数电子设备的电压范围为5伏,12伏或24伏。在大多数汽车电气系统中,标准电压为12伏特,我们可以找到从灯光到立体声的各种设备,以及以12伏运行的电机。即使汽车电池电压为12伏。所有这些电压都可以由一个非专业人员“安全”处理。当了解电击时,人体抵抗力将起作用。在低于25伏特(或低于20伏特)的低电压时,将会有更高的体电阻抗冲击(大多数人(接近50%人口)当受到25伏电压冲击时身体将具有3,250Ω的阻抗,而当受到220伏电压冲击时阻抗减小到1350Ω伏)。虽然目前是导致组织损伤的罪魁祸首,但更高的电压会增加电击的机会。
- 与PWM控制器更好的匹配: 如果面板电压输出和电池电压几乎相同,则充电控制器的效率将高于那些面板和电池之间严重不匹配电压的系统,因为没有像MPPT控制器那样的DC至DC转换器。 PWM控制器更便宜,因此可以为普通的DIY太阳能应用提供实惠。 PWM控制器将降低来自面板电压输出的电压,并允许底电压电池充电和负载运作。
- 太阳能光伏总产量不受弱链路的影响:由于每个太阳能光伏电池板都有一个共同的连接,因此每块电池板都将按照自己的步调运行。无遮阴的面板将在高功效运作,而遮阴影响的面板将以降低的效率独立执行。然而,仍然建议使用阻塞二极管以确保面板的所有电流都朝向一个方向。
并联连接面板的缺点:
- 需要使用笨重的电线: 由于太阳能电池板的安培产量是加起来的,因此最终的安培产量会更高,这需要更大尺寸的电线,而电线的价格更昂贵且体积更大。这也间接增加了安装的前期成本。
- 当涉及较长的电缆运行时效率较低: 由于电流过大,传输过程中的热量损失会更高。如果您打算运行较长的电线,这也间接增加了前期成本,您需要进一步增加电线的尺寸。
混合串联和并联配置
为了消除两种配置的优缺点,建议将两者混合使用以获得所有优势。您可以将多组太阳能光伏电池板串起来进行并联配置。在这种情况下,您可以获得更好的能量产出,更低的配线成本,并且可以在面板部分遮光的情况下实现更好的效果。
为了确保最高的效率,建议将独立面板连接到独立逆变器,正如在并网系统中带有微逆变器的太阳能光伏板中所见。与串逆变器相比,每个连接有微逆变器的面板都将减少部分着色的影响,因为所有面板都可以独立工作。
混合不同额定功率的太阳能光伏电池板
当需要将多个面板连接在一起时,建议将类似的太阳能光伏组件(相同品牌的相同电压瓦数额定值)连接在一起,以防止由于较弱的面板限制而导致总效率下降。同样,我们不会在使用时将新旧电池混合在一起。
在串联系列中,低性能面板将对整个系列产生重大影响。较低瓦数的面板通常具有较低的安培额定值和较小的单元尺寸。例如,当10安培面板、5安培面板和1安培面板的光伏电池组成一串联系列时,整个系统将具有电压累积,但净电流只有接近1安培或最小短路电流运行(1安培面板成为限制)。
在并联配置中,不同的电源控制面板也可能会相互影响,因为并行配置中的每个面板将具有不同的电阻和电位差。如果一个面板产生比另一个面板高得多的电压(例如,24伏面板与12伏面板混合),则由于较低电压面板不能产生竞争电势差以有效地将电流注入到系统里,所以较低电压面板将显着表现性能降低。
当您手上有不同的额定面板的情况下,推荐的方法是将每个类似的面板连接到独立逆变器(例如微型逆变器)以便获得每一个光伏最大面板效率。
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