Aby zrozumieć zasady rządzące „składaniem” paneli fotowoltaicznych w pracującą instalację trzeba przypomnieć parę informacji dotyczących łączenia baterii/akumulatorów w większe pakiety…

Zapewne trochę starsi czytelnicy pamiętają latarki na tzw. płaskie baterie 4,5 V. Później baterie te zniknęły z rynku a latarki zaczęto zasilać kilkoma (zwykle trzema) bateriami R6 (oznaczenie obecnie AA). Baterie R6 mają napięcie 1,5 V, ale jeśli połączymy je szeregowo czyli „plus” do „minusa” to dostaniemy na skrajnych „+” i „-” napięcie będące wielokrotnością połączonych baterii.

Tak samo jest z łączeniem paneli fotowoltaicznych w „większe baterie”. Pojedynczy panel fotowoltaiczny zbudowany jest z ogniw (z ang. cell) połączonych szeregowo czyli + z – itd. Napięcie pojedynczej celi najczęściej wynosi mniej niż 1 V, ale ponieważ cel jest kilkadziesiąt w jednym panelu, na jego zaciskach zmierzymy napięcie dużo wyższe – zwykle w okolicy 30 V. Łącząc panele szeregowo otrzymujemy tzw. string – szereg paneli o napięciu będącym sumą napięć poszczególnych paneli (rys. 1 [1]).

panele połączone szeregowo - string

Łączenie szeregowo nie wpływa na zmianę natężenia prądu. A co się stanie jeśli panele połączymy równolegle czyli „plus” do „plusa” i „minus” do „minusa”? Napięcie nie wzrośnie, ale wzrośnie natężenie prądu czyli natężenie wynikowe będzie sumą natężenia z każdego równolegle połączonego panelu (rys. 2 [1]).

panele połączone równolegle

Ze względu na wymagane wielkości napięcia i natężenia przez inwerter instalacji fotowoltaicznej panele są łączone najpierw szeregowo, a jeśli zachodzi potrzeba przy większych instalacjach szeregi są łączone równolegle. Jak łatwo zauważyć moc oddawana przez panele niezależnie od sposobu łączenia będzie się zawsze sumować, ale…

Jeśli łączymy panele szeregowo to, jak wspomniano w poprzedniej części, moc dostępna z szeregu jest iloczynem mocy najsłabszego panelu w szeregu oraz ilości paneli. Dlatego tak istotne jest aby kupowane panele miały tzw. dodatnią tolerancję mocy. Podobnie jeśli któryś z paneli będzie zacieniony częściowo lub całkowicie moc całego szeregu spadnie do wielokrotności paneli i mocy dostępnej z tego zacienionego panelu. W przypadku instalacji fotowoltaicznych problem zacieniania ogniw jest dużo bardziej istotny niż w przypadku instalacji solarnych. Aby częściowo wyeliminować negatywne skutki zacieniania paneli producenci stosują w swoich konstrukcjach tzw. diody obejścia (rys. 3 [2]) – z ang. bypass diode.

bypass diode

Niejako dzielą one panel na pionowe części – zależnie od ilości diód obejścia – które w przypadku zacienienia nie będą pracować, ale pozostała nie zacieniona cześć panelu nadal będzie oddawać energię elektryczną. Stracimy więc częściowo moc wynikającą z podziału panelu przez diody obejścia. Łatwo zauważyć, że im więcej diód obejścia tym lepsza „odporność” panelu na zacienienie. Oczywiście nie oznacza to że można stosując panele z diodami obejścia całkowicie pominąć problem zacieniania.

Jest zawsze wysoce niepożądane zjawisko i planując miejsce montażu instalacji fotowoltaicznych zawsze trzeba przeanalizować czy w ciągu dnia/roku panele nie będą częściowo lub całkowicie zacieniane. Kominy lub inne elementy dachu mogą stanowić przeszkodę dla promieni słonecznych, ale zwróćmy też uwagę, że instalacja nie jest montowana na chwilę i np. drzewka które dziś są niskie za kilka/kilkanaście lat mogą być dużo wyższe i zasłonić panele fotowoltaiczne.

Montując instalację na ziemi (konstrukcje wolno stojące) umieśćmy panele kilkanaście centymetrów nad ziemią, tak, aby uniknąć zarastania trawą, a w zimie przy większych opadach śniegu unikniemy zasypania śniegiem dolnej części panelu. Instalacja na przykładowym zdjęciu (fot. główne) jest zamontowana wyżej, ale jednocześnie nie ustrzeżono się przed zacienianiem panelu przez słupek ogrodzenia. Innym problemem jest montaż paneli w rzędach jeden za drugim.

Istotne jest określenie minimalnej odległości między rzędami paneli, tak aby wzajemnie nie zasłaniały się. Przedstawiony poniżej wzór [3] służy do wyznaczenia minimalnej odległości między rzędami paneli posadowionych na płaskiej powierzchni instalacji. Do wyznaczenia odległości z musimy znać:

α – kąt pochylenia modułu,

h – wysokość modułu [m],

β – kąt padania promieni słonecznych liczony wg β = 66,5oφ,

φ – szerokość geograficzna punktu montażu instalacji,

z = [h * sin(180o – (a + b))]/sinb

Przykładowo dla Gdańska położonego na szerokości geograficznej ok. φ = 54,3º, kąt padania promieni słonecznych wynosi β = 12,2º, a minimalna odległość dla przykładowych ogniw fotowoltaicznych o wysokości h = 1,65 m ustawionych pod kątem α = 40º wyniesie ponad 6 m:

z = [1,65 * (180 – 40 – 12,2)]/sin12,2 = 6,17 m

Obliczenie odległości ogniw fotowoltaicznych

Przedstawiony sposób wyznaczania minimalnej odległości między panelami gwarantuje ich wzajemne nie zacienianie przy założeniu, że kąt β padania promieniu słonecznych jest przyjęty dla najkrótszego dnia w roku (21 grudnia) o godzinie 12, czyli kiedy słońce jest w zenicie. O innych porach dnia zacienianie jest możliwe jednakże ze względu na ograniczenia przestrzeni montażowej dla instalacji fotowoltaicznej takie założenie jest słuszne.

Omawiając problem zacieniania paneli fotowoltaicznych nie można pominąć sposobu ustawienia paneli – pionowo czy poziomo. W przeciwieństwie do kolektorów słonecznych panele fotowoltaiczne nie mają przypisanej orientacji pionowej lub poziomej do montażu. Teoretycznie możemy je montować w dowolny sposób i jeśli sytuacja tego wymaga, to również pod skosem. Jednakże praktycznie powinniśmy wybrać orientację montażu na podstawie:

* zajętości miejsca na dachu – najlepiej tak rozplanować układ, aby maksymalnie wykorzystać dostępne miejsce; dozwolone są kombinację pionowego układu z poziomym;

* ewentualnego zacienienia – dzięki diodom obejścia panel jest dzielony na domyślnie pionowe części – ten montaż zalecany jest jeśli zacienienie jest strefowe przesuwające się poziomo, np. od słupka ogrodzenia (foto); jeśli występuje ryzyko zacienienia np. od dołu przez zalegający śnieg lub zbyt wysoką trawę, zamontujmy panele poziomo. Diody obejścia podzielą panel na poziomie strefy;

* zmniejszenia odległości między rzędami przy montażu wolno stojącym – im niższy panel tym mniejsza wymagana odległość między rzędami i jednocześnie mniejszy wpływ siły wiatru na panele; przy montażu wolno stojącym lub na dachu płaskim zaleca się więc ustawienie paneli poziomo;

Jak już wcześniej wspomniano panele łączy się szeregowo w pola nazywane z języka angielskiego „string” ich długość, a tym samym ilość zależy od „wymagań” zastosowanego inwertera. W przypadku małych instalacji domowych wykorzystuje się gotowe inwertery dostępne na rynku. W danych technicznych inwertera znajdziemy m.in. informację o minimalnym i maksymalnym napięciu możliwym do podania na zaciskach przyłączeniowych.

Jeśli przykładowo będzie to zakres 80 – 600 V oraz zakres napięcia MPP 160 V – 500 V (dla przypomnienia jest to zakres pracy w maksymalnym punkcie mocy) oznacza to że najlepiej podłączyć do niego tyle paneli fotowoltaicznych żeby nie przekroczyć napięcia 500 V przy zakładanej temperaturze pracy. Przypomnijmy, że temperatura pracy panelu wpływa na napięcie jakie pojawi się na zaciskach. Im niższa temperatura (zima) tym wyższe napięcie.

Dla przykładowego panela napięcie Uoc wynosi 37,78 V przy temperaturze ogniwa równej 25oC (warunki STC – patrz poprzednia część artykułu) natomiast wskaźnik temperaturowy zmiany napięcia to spadek o 0,121 V przy wzroście temperatury o 1oC, czyli przy spadku temperatury poniżej 25oC napięcie na zaciskach będzie wzrastać o wartość 0,121 V. Jeśli w zimie panel fotowoltaiczny może schłodzić się np. do -20oC to napięcie na jego zaciskach może osiągnąć wartość:

U = 37,78+ (0,121 * (25- (-20))) = 37,78 + 5,45 = 43,23 V

Oznacza to że inwertera maksymalnie można podłączyć w szeregu do 11szt paneli fotowoltaicznych (11 * 43,23 = 475,5 V, co jest mniejsze od 500 V).

Przywołany inwerter ma dosyć duży zakres napięć roboczych (160 – 500 V) może więc obsługiwać również instalacje składające się z mniejszej niż 11szt ilości paneli fotowoltaicznych.

W kolejnej części artykułu dowiemy się m.in. jak dobierać inwertery do instalacji i jak podłączyć do inwertera zakładają ilość paneli fotowoltaicznych.

Paweł Kowalski

Bibliografia:

  1. http://www.zielonaenergia.eco.pl, artykuł „Fotowoltaika – produkcja prądu ze słońca”.
  2. http://www.fieldlines.com/index.php?topic=146423.0
  3. http://solarblog.pl/2012/02/03/kolektory-sloneczne-na-dachu-plaskim/

Prenumerata Magazynu Instalatora

Jedna myśl na temat “Fotowoltaika bez tajemnic (3)

  • 8 marca 2019 o 13:25
    Permalink

    czy przy napieciu 12V lub 30V w punkcie mocy max. polaczenie rownolegle jest dopuszczalne tylko do 30A pradu w obwodzie czy można dociagnąć wiecej tj np do 100A 30V

    Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij