Схема підключення сонячних батарей
З фізики шкільного періоду нам відомі поняття послідовного, паралельного та послідовно-паралельного (або змішаного) підключення. Нічого в сонячних батареях немає такого, що виводило б їх підключення за рамки понять шкільної фізики. Я чудово розумію, що люди ставлять ці питання не тому, що не знають, що таке послідовне або паралельне з'єднання. Знають. Їх “лякає” новий предмет розгляду – сонячні батареї.
Так от скажу ще раз: нічого такого в сонячних батареях немає. Це лише такий самий складовий із сонячних модулів прилад, як і всі інші, а значить і схеми з'єднань групи модулів в батареї здійснюються за тими ж принципами. Після сказаного мною ви вигукуєте: “Ось у чому річ! А я думав!”, і продовжувати статтю необхідності вже, як би, і ні.
Тим не менш, я продовжу, щоб знищити всякі сумніви, плюс попутно ви отримаєте корисну практичну інформацію. Я з великою симпатією ставлюся до тих, хто, не боячись здатися дурним, запитують. Це допомагає їм рухатися вперед, а не здаватися розумними та стояти на місці.
Три варіанти схем підключення
Як ми вже говорили вище, існує три варіанти з'єднань сонячних модулів у сонячні батареї. Давайте подивимося перший з них – варіант паралельного з'єднання (рис. 1):
У цьому варіанті ми з'єднуємо клему (+) одного модуля з клемою (+) другого модуля,так само з'єднуємо і клеми (-) обох модулів. Від клеми (+) і клеми (-) будь-якого з модулів ми виводимо кінці (жили) для підключення групи (батареї), що вийшла, з двох модулів для підключення до, наприклад, контролера заряду, якщо він передбачений в нашій сонячній електростанції або до акумуляторних батарей, якщо контролер заряду батарей не передбачено.
Якщо є необхідність з'єднати три модулі в єдину батарею, ми чинимо так само. З'єднуємо всі три клеми (+), потім – всі три клеми (-) і також виводимо кінці від клем (+) та від клем (-). Не важливо скільки батарей доводиться з'єднувати, все повторюється так само.
Варіант два. Послідовне з'єднання (рис. 2):
У цьому випадку клему (+) першого модуля з'єднуємо з клемою (-) другого модуля. Від клеми (-) першого модуля та від клеми (+) другого модуля виводимо кінці для підключення до контролера заряду або акумуляторних батарей. Так само не важливо, скільки модулів будете з'єднувати, принцип той самий. Клема (+) першого на клему (-) другого, клема (+) другого на клему (-) третього, клема (+) третього на клему (-) четвертого і т. д., рівно стільки, скільки модулів вам необхідно з'єднати.
Ну і третій варіант. Послідовно-паралельний (рис. 3):
Дійсно, іноді доводиться вдаватися і до цього з'єднання. Для простоти розуміння – ви збираєте спочатку дві групи модулів паралельно, малюнку лівий верхній і лівий нижній це перша група. Правий верхній та правий нижній – друга група. Після цього з'єднуєте ці дві групи послідовно так, якби це були не групи, а два модулі. У групі може бути не два модулі, а три і чотири, а таких груп може бути також три і чотири і більше.
На практиціце виглядає так. Так виглядає сонячний модуль з лицьового боку, тобто з боку його робочої поверхні:
Це його тильна сторона з розташованою на ній клемною коробкою. Саме в ній і слід підключати до клем жили кабелю:
Це його тильна сторона з розташованою на ній клемною коробкою. Саме в ній і слід підключати до клем жили кабелю:
Це сама клемна коробка із підключеними жилами кабелю. Зверніть увагу на те, щоб жили кабелю були або опресовані наконечником-кільцо, або, як в моєму випадку припоєм облужені:
А це опресовані жили кабелю, призначені для підключення в клемних затискачах вже під дахом будинку:
Третя жила у мене резервна. Поки що вона не задіяна, тому й не опресована.
Яка необхідність з'єднувати модулі за різними схемами
Дивіться. Ми знаємо, що нам потрібна потужність сонячної електростанції 160 Вт, а прилади, контролер заряду, інвертор – на 12 В вхідної напруги. Ми купуємо два 12-вольтові сонячні модулі, кожен по 80 Вт і з'єднуємо їх як? Правильно. Паралельно. Тим самим забезпечуємо напругу схеми 12 і сумарна потужність модулів буде 160 Вт.
Т. е. ми скористалися першою паралельною схемою з'єднання. Якби нам знадобилася потужність 240 Вт і напруга 12 В, ми знову вдалися б до першої схеми, тільки модулів вже було б три.
Бувають випадки, коли є необхідність зібрати схему не на 12, а на 24, 36 і вище. Для чого це потрібно? Справа в тому, що чим більше модулів ми встановлюємо, тим більша сумарна потужність сонячних модулів. Це своє чергу призводить до підвищення струмів у ланцюгах. Ми ж пам'ятаємо закон Ома.
Потужність поділена нанапруга дорівнює силі струму. Потужність ми збільшуємо, напруга залишається незмінною, отже струм збільшується. Збільшення струму змушує нас збільшувати перетин дроту. Так ось уявіть, кількість модулів збільшується, значить збільшується площа, що покривається ними, отже збільшується і довжина проводів.
Не забувайте про рекомендацію, якою я давав про комутацію сонячних модулів під дахом будинку, у статті “Монтаж, підключення сонячних батарей та встановлення їх на даху”. А ми ще й перетин цих дротів маємо збільшити. Т. е. слід неминуче подорожчання проводів. Щоб уникнути зайвих витрат і перебудовують систему більш високу напругу.
Цього можна досягти з'єднавши модулі послідовно. Припустимо, малюнку 2 зображено два 12-ти вольтові модуля. Завдяки послідовній схемі з'єднання ми домоглися, що їх можна включити в 24-вольтову схему. Що ж до змішаного з'єднання, воно необхідно, коли обидві завдання доводиться вирішувати одночасно.
Висновок
При використанні різних варіантів схем слід мати на увазі деякі важливі речі, що впливають на результуючі електричні характеристики, що виходять при комутації модулів в сонячні батареї.
Так, наприклад, у минулій статті ми говорили, що при послідовному з'єднанні напруга модулів, що з'єднуються, підсумовується. Якщо ви з'єднуєте два 12-вольтові модулі, то результуючою напругою буде 24 Вольта. Я не беру зараз до уваги такі поняття, як напруга холостого ходу, струм короткого замикання тощо, щоб не морочити вам голову теорією.
Але ми не говорили про те, що буде зі струмами, але це важливо для вас при виборі, наприклад, контролера заряду сонячних батарей. На який вхідний струм контролер вибираєте.
Так от, необхідно знати: у послідовній схемі результуючий струм дорівнюватиме струму модуля з найменшим його значенням, тобто найменшому струму з усіх модулів, що з'єднуються послідовно. Саме тому рекомендується послідовно з'єднувати модулі з однаковими характеристиками, щоб через одного “слабкого” модуля не втрачати потужність, яку могли б забезпечити модулі, якби вони були однакові.
При паралельному з'єднанні, ми говорили, результуюча напруга дорівнюватиме напрузі одного модуля, незалежно від того, скільки ви їх з'єднуєте паралельно. А ось результуючий струм буде являти собою суму струмів всіх модулів з'єднаних паралельно.
Щоб у вас не викликало труднощів змішане (або послідовно-паралельне з'єднання), сміливо, образно звичайно, дробите всю групу на дрібніші і з'ясувавши струм і напругу окремо кожної дрібної групи, розглядайте ці дрібні групи як окремий модуль.
Як бачите, нічого надзаумного у схемі підключення сонячних батарей немає. Все просто. До речі, цей принцип з'єднання стосується і акумуляторних батарей, але це вже окрема пісня. Там є свої нюанси.