Több napelem soros és párhuzamos kötése

Figyelem! A tudástár rovatban megírt cikkek már az elektronika területén többé-kevésbé képzett és a napelemes területet jobban megismerni kívánó látogatóink számára készültek. Akik az alapvető műszaki ismeretekkel nincsenek tisztában, forduljanak szakemberhez, a termék-specifikus cikkek nem helyettesítik, csak kiegészítik az átfogó villamos ismeretet! A Panelectron Bt. weboldalán található bármilyen tartalom, szöveg vagy kép engedély nélküli felhasználása, másolása, publikálása tilos. A jogosulatlan felhasználás büntető- és polgári jogi következményeket von maga után! Copyright © 2017 Minden jog fenntartva

Amikor egy szigetüzemű 12V vagy 24V-os rendszerben több napelem összekötésére van szükség, akkor arra három lehetőség van: soros, párhuzamos és a kettő kombinációja. Ebben a cikkben a teljesség igénye nélkül a soros és a párhuzamos variációkat fogjuk átvenni.

Párhuzamos kötés esetén az egyes napelemek árama (A) összeadódik, míg a feszültségük ugyanannyi marad. Ezt a napelem csatlakoztatási módot általában szigetüzemű napelemes rendszereknél alkalmazzák. Például ha 3 db 100W-os napelemet kötünk párhuzamosan és az egyes napelemek feszültsége 21V, az áramuk pedig 5A, akkor a teljes ág feszültsége 21V és 15A lesz (a teljesítménye pedig az áram és a feszültség szorzata, vagyis ~300W).

Soros kötés esetén  az egyes napelemek feszültsége (V) adódik össze és az áramuk marad ugyanannyi. Ezt a napelem csatlakoztatási módot általában hálózatra visszatermelő napelemes rendszereknél alkalmazzák. Ugyanannak a 3 db 100W-os napelemnek a sorba kötése esetén a teljes ág feszültsége 63V lenne és az árama 5A (a teljesítménye pedig az áram és a feszültség szorzata, vagyis ugyancsak ~300W). Ebben az esetben figyelnünk kell arra, hogy a napelemes szabályozónk fogadni tudja-e a sorbakötött napelemek miatt megemelkedett feszültséget.

Különböző fajtájú vagy gyártmányú, eltérő teljesítményű napelemek összekötése
Sokszor felmerül a kérdés, hogy már meglévő napelemhez hozzáköthetünk-e más gyártmányú, más feszültségű/áramú/teljesítményű napelemet. Ha valaki bővítené a napelemes rendszerét és évek múltán már nem találja meg ugyanazt a napelem modult, amit korábban vásárolt, az nem szeretné a teljesen jól működő napelemét lecserélni és nulláról kezdeni a tervezést. Míg a szakirodalom azt javasolja, hogy csak azonos gyártmányú és teljesítményű paneleket kössünk össze, a valóság azt mutatja, hogy összeköthetők különböző napelemek is egymással, ha a villamos paramétereiket (feszültség, áram, teljesítmény) is figyelembevéve választjuk ki a meglévő napelemünk mellé az új napelemet. Eltérő gyártmányú napelemek összekötésénél nem az eltérő gyártó jelent problémát, hanem a napelemek eltérő villamos paraméterei és az esetleges eltérő mértékű hatásfok romlás az évek folyamán. Mint a fenti példában, itt is két választásunk van alapvetően, párhuzamosan vagy sorba kötni a napelemeket. A példákban a napelem táblák maximális munkaponti feszültség- és áramértékeivel számoltunk.

Párhuzamos kötés esetén az összekötendő napelemek összfeszültsége (a napelem csoport feszültsége) a legalacsonyabb feszültségű napelem munkaponti feszültségével (Vmmp) fog megegyezni és az egyes napelemek áramai összeadódnak.

Soros kötés esetén az összekötendő napelemek összárama (a napelem csoport árama) a legalacsonyabb áramú napelem munkaponti áramával (Immp) fog megegyezni és az egyes napelemek feszültségei összeadódnak.

Végezetül fontos kiemelni az alábbiakat:

• Mind soros, mind párhuzamos kötésnél ha alacsonyabb teljesítményű panelt kötünk össze egy magasabbal, az alacsonyabb teljesítményű tábla le fogja húzni a teljes csoport teljesítményét. Minél nagyobb a különbség, annál nagyobb lesz a veszteség.
• Eltérő paraméterű napelemek soros vagy párhuzamos kötése MINDIG veszteséggel fog járni.
• Soros kötés esetén minél közelebb van az egyes napelemek munkaponti árama egymáshoz, annál kisebb lesz a teljes csoport vesztesége.
• Párhuzamos kötés esetén minél közelebb van az egyes napelemek munkaponti feszültsége egymáshoz, annál kisebb lesz a teljes csoport vesztesége.
• Ha a fenti számítás alapján túl nagy lenne az eltérő tulajdonságú napelemek vesztesége a közvetlen összekötésből adódóan, akkor még mindig fennáll az a lehetőség, hogy ugyanazt az akkucsoportot tölti, a régi napelem és töltésvezérlő mellett, az új napelem és töltésvezérlő (bekötési rajz a https://panelectron-shop.hu/spg/267977/Hogyan-valasszunk-napelemes-toltesvezerlot cikkben).
  
  

Mi az MC4 csatlakozó? Olyan speciális vízzáró (IP68 védettség) és UV-álló csatlakozó, amelyet kifejezetten napelemes felhasználásra fejlesztett ki a Multi-Contact nevű cég a 2000-es évek elején. Az MC4-es csatlakozó egyik fele az ún. apa (male) csatlakozó, a másik fele az anya (female) csatlakozó. A szabványok megkövetelik, hogy kézi erővel összedughatóak legyenek, de véletlenül ne lehessen őket széthúzni. Fontos, hogy áram alatt még kisfeszültségű (12V vagy 24V-os) rendszereknél is tilos őket széthúzni/összedugni, mivel az áram ívet húzhat, amely összeégetheti a csatlakozókat és átmeneti ellenállást képezve melegedéshez vezet. 

Mennyi és milyen MC4-es csatlakozót kell vennem? Minden általunk forgalmazott napelem már fel van szerelve egy pozitív és negatív MC4-es csatlakozóval.

Ha több napelemet tervez sorbakötni (FIGYELEM! a legtöbb szigetüzemű kisteljesítményű PWM szabályozó csak ~40-50Voc-ig képes napelemet fogadni, ennél magasabb feszültségnél tönkremehetnek!), akkor a napelemekre szerelt csatlakozókat csak össze kell dugnia, hogy soros ágat alkossanak. Végezetül kell még egy hagyományos MC4-es csatlakozó pár a töltésvezérlő felé elmenő kábelekre.

Ha két napelemet tervez párhuzamosan kötni, akkor szüksége lesz a hagyományos MC4 csatlakozó páron felül még egy ún. Y MC4 csatlakozó párra is, amellyel párhuzamosítani tudja a napelemeket.

Mindig eggyel kevesebb Y-csatlakozó párra lesz szükség (az általunk forgalmazott kettes Y-csatlakozókból), mint amennyi a párhuzamosan kötendő napelemek száma (nagyobb napelemszámnál hosszabbító toldókra is szükség lehet, lásd a lenti két ábrát, ahol 3, ill. 4 db napelem van párhuzamosan kötve).

KAPCSOLÓDÓ ANYAG: EGYENÁRAMÚ VEZETÉK MÉRETEZÉSI TÁBLÁZAT

1.) Először számoljuk ki, hogy mekkora áram fog folyni a vezetéken. Inverter akkumulátorra kötése esetében osszuk el az inverterünk maximális wattszámát (pl. 2000W) az akkumulátor feszültségével (pl. 12V-nál 166A). Napelemes szabályozó akkumulátorra kötése esetén a szabályozó töltőáramát (pl. 30A 12V-on) vegyük alapul. Napelem napelemes szabályozóra kötése esetén a napelem munkaponti áramával számoljunk (pl. Impp=8A, Vmpp=32V, W=260W). A párhuzamosan kötött napelem táblák áramai összeadódnak, feszültségük azonos marad. 

2.) Nézzük meg, hogy egy adott keresztmetszetű vezetékkel mi az a maximális távolság, amit ilyen áram és feszültségesés (pl. 3%) mellett áthidalhatunk. A fenti inverteres példa alapján 3%-os feszültségeséssel számolva 4.6 méterig használjunk 50 mm²-es vezetéket (természetesen kisebb távolságra elegendő a 35 mm²-es kábel is). A fenti napelemes szabályozó példa esetén használjon  6 mm²-es vezetéket, ha pl. 3 méterre van az akkumulátor a szabályozótól. Ha a fenti napelem példából 2 db-ot párhuzamosan kötne (16A), akkor 10 mm²-es kábelre lenne szüksége, ha a napelem 9 méterre van a napelemes szabályozótól.

3.) A táblázat ugyancsak tartalmazza a rézvezeték átmérőjét (mm) a keresztmetszet (mm²) mellett az egyszerűség végett.