Схеми підключення сонячних панелей: послідовно, паралельно, захист
Зміст
- Що потрібно знати про параметри панелі
- Три схеми з'єднання
- Послідовна
- Паралельна
- Змішана
- Як розрахувати рядок під інвертор
- Крок 1. Поправка на мороз
- Крок 2. Максимум панелей у рядку
- Крок 3. Мінімум панелей
- Крок 4. Струм
- Крок 5. Два скати
- Захист на стороні постійного струму
- Запобіжники gPV
- Роз'єднувач і обмежувач перенапруги
- Кабелі і роз'єми
- Заземлення рамок
- Де і як розмістити панелі
- Порядок монтажу
- Безпека і коли кликати майстра
- Часті питання
Сонячні панелі з'єднують послідовно, паралельно або змішано, і вибір схеми визначає не «як зручніше», а входи інвертора. Послідовне з'єднання складає напруги панелей при незмінному струмі, паралельне — складає струми при незмінній напрузі. Рядок панелей має відповідати трьом умовам: напруга розімкнутого кола на найсильнішому морозі нижча за максимальну напругу входу, робоча напруга в спеку вища за нижню межу MPPT, а струм вкладається в допустимий струм входу. Нижче — як це перевірити на прикладі, і які запобіжники, роз'єднувачі та заземлення потрібні на стороні постійного струму.

Коротко:
- Послідовно: напруга росте, струм як у однієї панелі. Це основна схема для гібридних і мережевих інверторів з входами на сотні вольт.
- Паралельно: струм росте, напруга як у однієї панелі. Потрібна для 12–24-вольтових контролерів і коли вхід інвертора дозволяє більший струм.
- На морозі напруга панелі зростає. Для панелі з коефіцієнтом −0,23 %/°C при −25 °C вона на 11,5 % вища за паспортну, і це треба закласти в розрахунок рядка.
- Три і більше паралельних рядків — кожен рядок захищається своїм gPV-запобіжником на струм не менше 1,5 струму короткого замикання.
- На стороні постійного струму ставлять роз'єднувач і обмежувач перенапруги для PV, рамки й конструкції заземлюють.
Що потрібно знати про параметри панелі
У паспорті кожного модуля є таблиця для стандартних умов випробування (STC: освітленість 1000 Вт/м², температура елементів 25 °C). Для схеми важливі п'ять цифр.
| Параметр | Що означає | Для чого потрібен |
|---|---|---|
| Voc | напруга розімкнутого кола, без навантаження | максимальна напруга рядка, особливо на морозі |
| Vmp | напруга в точці максимальної потужності | робоча напруга рядка, має бути в діапазоні MPPT |
| Isc | струм короткого замикання | допустимий струм входу, вибір запобіжників |
| Imp | струм у точці максимальної потужності | робочий струм, переріз кабелю |
| Температурний коефіцієнт Voc | на скільки відсотків змінюється Voc на кожен градус | поправка на мороз |
Для прикладу візьмемо монокристалічну панель на 445 Вт з 108 половинок елементів: Voc 39,73 В, Vmp 33,44 В, Isc 14,37 А, Imp 13,31 А, коефіцієнт Voc −0,230 %/°C, максимальний запобіжник рядка 25 А. Це дані з картки модуля; у вашої моделі вони будуть іншими, тому рахуйте завжди за своїм паспортом.
Три схеми з'єднання
Послідовна

Плюс першої панелі з'єднують з мінусом другої, а з крайніх виводів беруть плюс і мінус рядка. Напруги складаються: десять панелей з Vmp 33,44 В дають близько 334 В. Струм лишається як у однієї панелі.
Плюси: тонкий кабель, малі втрати, один рядок на вхід MPPT. Мінус: рядок працює як ланцюг. Якщо одну панель затінило дерево чи труба, струм усього рядка падає. Обхідні діоди в розподільчій коробці панелі пропускають струм повз затінену частину, і втрати менші, але все одно відчутні. Тому в один рядок збирають однакові панелі з однаковою орієнтацією.
Паралельна

Плюси панелей з'єднують між собою, мінуси — між собою. Напруга лишається як у однієї панелі, струми складаються. Так підключають панелі до 12–24-вольтових PWM- і MPPT-контролерів, на дачі чи в автономних системах малої потужності. Тінь на одній панелі не тягне вниз інші, зате струм великий: дві панелі по 14 А — це вже 28 А, і кабель потрібен товстий.
Змішана

Кілька однакових послідовних рядків з'єднують паралельно. Так отримують і потрібну напругу, і більшу потужність, коли вхід інвертора дозволяє струм кількох рядків. Умови жорсткі: рядки однакової довжини, з однакових панелей, з однаковою орієнтацією, інакше рядок із меншою напругою стає навантаженням для інших.
Як розрахувати рядок під інвертор
Візьмемо однофазний гібрид на 6 кВт із паспортними даними входу: максимальна напруга 500 В, діапазон MPPT 150–425 В, старт від 125 В, робочий струм 13 А і допустимий струм короткого замикання 19,5 А на кожен з двох MPPT.
Крок 1. Поправка на мороз
Напруга кремнієвих елементів зростає, коли вони холоднішають. У ясний морозний ранок перше сонце потрапляє на холодні панелі, і інвертор бачить максимальну напругу за рік. Формула:
Voc на морозі = Voc × (1 + |коефіцієнт| × (25 − мінімальна температура))
Для −25 °C: 39,73 × (1 + 0,0023 × 50) = 39,73 × 1,115 ≈ 44,3 В на панель. Мінімальну температуру беріть для своєї місцевості з запасом: в Україні зимові морози −25 °C і нижче трапляються в більшості областей. Якщо в паспорті коефіцієнт −0,30 %/°C, як у старіших моделей, поправка буде вже 15 %.
Крок 2. Максимум панелей у рядку
500 В / 44,3 В = 11,3, тобто не більше 11 панелей. Одинадцять дадуть на морозі близько 487 В — впритул до межі. Розумно брати 10: 443 В на морозі і робоча напруга близько 334 В улітку, всередині діапазону MPPT.
Крок 3. Мінімум панелей
У спеку елементи на даху нагріваються до 60–70 °C, і напруга падає. Орієнтовно, за тим самим коефіцієнтом, Vmp при 65 °C буде на 9 % нижча: близько 30,4 В. П'ять панелей дадуть тоді близько 152 В, на самій межі MPPT, шість — близько 182 В. Отже, на один вхід цього інвертора — від 6 до 10 панелей.
Крок 4. Струм
Isc панелі 14,37 А менша за допустимі 19,5 А, тож один рядок на вхід підходить. Робочий струм 13,31 А трохи більший за 13 А — інвертор обмежить його і втратить кілька відсотків потужності в найсонячніші години. Паралельний другий рядок на цей вхід поставити не можна: 28,7 А перевищують обидва ліміти.
Крок 5. Два скати
Якщо панелі стоять на сході й заході, збирайте їх у два окремі рядки на два різні MPPT. Кожен вхід шукатиме свою точку максимальної потужності, і вранішнє сонце на сході не заважатиме західному рядку.
| Перевірка | Формула | Приклад, 10 панелей |
|---|---|---|
| Напруга на морозі | n × Voc × (1 + β × (25 − Tmin)) ≤ Umax входу | 10 × 44,3 = 443 В ≤ 500 В |
| Робоча напруга влітку | n × Vmp у спеку ≥ нижньої межі MPPT | 10 × 30,4 = 304 В ≥ 150 В |
| Робоча напруга на морозі | n × Vmp × поправка ≤ верхньої межі MPPT | 10 × 33,44 × 1,115 ≈ 373 В ≤ 425 В |
| Струм КЗ | Isc × кількість паралельних рядків ≤ допустимого | 14,37 А ≤ 19,5 А |
Ціни: сонячні панелі
Індекс цін Трибуни 5 260 ₴ ≈ 116 $
| # | Модель | Ціна, ₴ | від, $ | 30 дн. | Магазинів | Індекс | Оцінка читачів |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Longi Solar LR8-66HGD-625M Hi-MO 7 Bifacial | 4 929–6 580 | 109 | 4 | 60 | |||
| Reolink Solar Panel 3 White Найкраща ціна · 10.11 | 2 077–2 660 | 45,7 | 9 | 58 | |||
| JA Solar JAM72D42-640/LB Bifacial | 5 100–7 524 | 112 | 4 | 58 | |||
| 4 | Astronergy ASTRO N7s CHSM48RN(DG)F-BH Bifacial | 3 999–4 320 | 88,1 | 3 | 54 | ||
| 5 | JA Solar JAM72D40-605/MB | 5 301–7 267 | 117 | 5 | 45 | ||
| 6 | Longi Solar LR8-66HYD-650M Bifacial Hi-MO 9 | 5 260–7 128 | 116 | 3 | 42 | ||
| 7 | Luxen Solar LNDT-625ND | 5 283–7 365 | 116 | 3 | 38 | ||
| 8 | ReneSola RS9-720NBG-E1 Bifacial | 6 400–7 609 | 141 | 4 | 34 | ||
| 9 | BLUETTI PV100 (P-PV100-UG-BK-LS-010) | 8 784–9 280 | 193 | 4 | 32 |
Захист на стороні постійного струму
Панелі — джерело, яке не вимкнеш, поки є світло. Тому схема DC-сторони будується так, щоб можна було безпечно від'єднати інвертор і захистити кабелі від струмів зворотного напрямку та перенапруги.
Запобіжники gPV
Запобіжники для фотоелектричних систем мають маркування gPV і розраховані на постійний струм. Каталог ETI для фотоелектричних систем наводить правила вибору:
- якщо паралельно з'єднано три і більше рядків, кожен рядок захищають окремо, по плюсу і мінусу;
- струм запобіжника рядка — не менше 1,5 Isc панелей рядка;
- напруга запобіжника — не менше 1,2 × Voc (STC) × кількість панелей у рядку.
Для нашого прикладу: 1,5 × 14,37 ≈ 21,6 А, найближчий номінал 25 А, і він не перевищує максимальний запобіжник рядка з паспорта панелі. Напруга: 1,2 × 39,73 × 10 ≈ 477 В — підходять запобіжники на 1000 В постійного струму. При одному-двох рядках на вхід струм зворотного напрямку недостатній, щоб пошкодити панелі, і запобіжники рядків не обов'язкові, але роз'єднувач потрібен завжди.
Роз'єднувач і обмежувач перенапруги
Між панелями та інвертором ставлять DC-роз'єднувач на напругу не меншу за максимальну напругу рядка на морозі. Він дає змогу зняти напругу з інвертора для ремонту. Звичайний автомат змінного струму для цього не годиться: дуга постійного струму не гасне сама.
Обмежувач перенапруги (ПЗІП) для фотоелектричних систем ставлять у DC-боксі біля інвертора, а при довгій лінії — і біля панелей. Для будинку без зовнішнього блискавкозахисту зазвичай достатньо типу 2, з блискавкоприймачем на даху — типу 1+2. Робоча напруга ПЗІП має бути вищою за напругу рядка на морозі.
Кабелі і роз'єми
Між панелями і боксом прокладають спеціальний сонячний кабель з подвійною ізоляцією, стійкою до ультрафіолету, найчастіше перерізом 4 або 6 мм². Роз'єми MC4 обтискають спеціальним інструментом і не змішують різні бренди в одному з'єднанні: «сумісні» роз'єми різних виробників часто гріються на контакті. Плюс і мінус рядка прокладають поруч, щоб не утворювалася велика петля, у якій грозовий розряд наводить напругу.
Заземлення рамок
Алюмінієві рамки панелей і металеві конструкції кріплення з'єднують між собою і з контуром заземлення будинку окремим провідником. Так робиться відповідно до інструкцій з монтажу виробників панелей: при пошкодженні ізоляції рамка не опиниться під напругою, а інвертор із контролем ізоляції зможе виявити несправність.
Де і як розмістити панелі
- Орієнтація. Найкраще на південь. Схід і захід дають менше за рік, зате розтягують виробіток на ранок і вечір.
- Кут. За даними калькулятора PVGIS для Києва 1 кВт панелей під 35° на південь дає близько 1116 кВт·год за рік, під 60° — 1053, вертикально — 774. Зате взимку вертикальна чи крута панель виробляє не менше, а в грудні навіть трохи більше за пологу.
- Тінь. Труби, антени, дерева і сусідні будинки не повинні затіняти панелі в основні сонячні години, перевірте це взимку, коли сонце найнижче. Навіть невелика тінь на одній панелі послідовного рядка зменшує струм усього рядка.
- Вентиляція. Між покрівлею і панелями залишають проміжок: що гарячіші модулі, то менша їхня потужність.
- Сніг. Взимку панелі під крутим кутом очищаються самі. Сходити на дах заради очищення небезпечно; м'яка щітка на телескопічній ручці — максимум.
Для балкона квартири схема простіша: одна-дві панелі паралельно або послідовно на вхід зарядної станції чи невеликого гібрида. Детальніше про це — у статті про зарядний пристрій на сонячних батареях.
Ціни: гібридні інвертори
Індекс цін Трибуни 45 565 ₴ ≈ 1 003 $
| # | Модель | Ціна, ₴ | від, $ | 30 дн. | Магазинів | Індекс | Оцінка читачів |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Victron Energy MultiPlus II GX 48/3000/35-32 (PMP482306000) | 34 999–46 899 | 771 | 16 | 70 | |||
| Covax CV-PS-2200-12V Найкраща ціна · 10.11 | 11 999–13 536 | 264 | 19 | 61 | |||
| EcoFlow PowerOcean-Inverter-P1-3.68kW-EU | 37 999–76 999 | 837 | 3 | 59 | |||
| 4 | Victron Energy MultiPlus-II 48/6k5/100-50 (PMP482605012) | 42 030–61 246 | 926 | 4 | 59 | ||
| 5 | Deye SUN-6K-SG03LP1-EU WiFi | 49 100–70 350 | 1 081 | 3 | 54 | ||
| 6 | Victron Energy MultiPlus II 48/5000/70-50 (PMP482505010) | 39 999–65 672 | 881 | 7 | 47 | ||
| 7 | Solis Solar S6-EH3P12K02-NV-YD-L | 72 292–110 136 | 1 592 | 13 | 41 | ||
| 8 | Deye SUN-16K-SG05LP3-EU-SM2 16KW 48V 2 MPPT Wi-Fi 220/380V Трифазний | 102 695–134 232 | 2 261 | 6 | 40 | ||
| 9 | Deye SUN-125K-SG02HP3-EU-GM10 | 329 150–474 100 | 7 248 | 42 | 39 | ||
| 10 | Deye SUN-12K-SG01HP3-EU-AM2 | 50 000–110 180 | 1 101 | 7 | 32 |
Порядок монтажу
- Порахуйте рядки за паспортом панелей та інвертора, як у прикладі вище.
- Змонтуйте кріплення, перевірте, що покрівля витримає вагу і вітрове навантаження.
- Закріпіть панелі, з'єднайте рамки провідником заземлення.
- З'єднайте панелі рядка, не підключаючи його до боксу.
- Виміряйте мультиметром напругу і полярність кожного рядка: напруга має відповідати кількості панелей × Voc з урахуванням погоди.
- Підключіть рядки до DC-боксу з вимкненим роз'єднувачем і запобіжниками, потім до інвертора.
- Увімкніть роз'єднувач і перевірте в меню інвертора напругу і струм кожного MPPT.
Безпека і коли кликати майстра
- Рядок з десяти панелей дає понад 300 В постійного струму — це смертельно небезпечно. Не роз'єднуйте MC4 під навантаженням: спершу вимкніть роз'єднувач або інвертор.
- Робота на даху — тільки зі страховкою і вдвох.
- Не з'єднуйте паралельно рядки різної довжини і панелі різних моделей.
- Захисні пристрої змінного струму на лініях будинку лишаються обов'язковими і з сонячною станцією: як вони працюють, читайте в статтях ПЗВ: як працює і як вибрати та схема електропроводки в квартирі.
Кличте електрика для монтажу на дах, для DC-боксу із запобіжниками і ПЗІП, для заземлення і завжди, якщо станцію плануєте підключати до мережі з продажем енергії.
Часті питання
Як краще з'єднати чотири панелі: послідовно чи паралельно?
Залежить від входу контролера чи інвертора. Для гібрида з MPPT на 150–425 В чотирьох послідовних панелей замало: близько 134 В у робочому режимі, нижче за діапазон. Для 24-вольтового контролера — навпаки, послідовно не можна, потрібна паралель або дві пари.
Чи можна з'єднати в один рядок панелі різної потужності?
Небажано. У послідовному рядку струм обмежує найслабша панель, тому потужніші працюватимуть на її рівні. Різні панелі краще розвести по різних MPPT.
Навіщо враховувати мороз, якщо взимку сонця мало?
Саме тоді напруга панелі максимальна. Холодного ясного ранку інвертор отримує напругу розімкнутого кола ще до того, як почне брати струм, і якщо вона вища за максимум входу, вхід може вийти з ладу.
Чи потрібні блокувальні діоди?
У сучасних панелях є обхідні діоди в розподільчій коробці, а від зворотних струмів між рядками захищають gPV-запобіжники. Окремі блокувальні діоди зустрічаються в старих малих системах із PWM-контролерами, де вони не дають батареї розряджатися через панель уночі.