Конфигурация на фотоволтаични масиви (фотоволтаични модули)

Съдържание:

Какво е соларен фотоволтаичен масив?

Слънчевият фотоволтаичен модул се предлага в диапазона от 3 W _P до 300 W _P. Но много пъти се нуждаем от мощност в диапазон от kW до MW. За да постигнем такава голяма мощност, трябва да свържем N-номер от модули в серия и паралелни.

Низ от фотоволтаични модули

Когато N-номерът на фотоволтаичните модули са свързани в серия. Целият низ от серийно свързани модули е известен като PV модулен низ. Модулите са свързани в серия, за да се увеличи напрежението в системата. Следващата фигура показва схема на серийни, паралелни и серийни паралелни свързани фотоволтаични модули.

PV модул масив

За да се увеличи текущият currentN-номер на фотоволтаичните модули, са свързани паралелно. Такова свързване на модули в серия и паралелна комбинация е известно като „Слънчев фотографски масив“ или „PV модул Array“. На фигурата по-долу е показана схема на слънчев фотоволтаичен модул, свързан в серийнопарална конфигурация.

Слънчев модул клетка:

Слънчевата клетка е двутерминално устройство. Единият е положителен (анод), а другият е отрицателен (катод). Подреждането на слънчевите клетки е известно като слънчев модул или слънчев панел, където подреждането на слънчевия панел е известно като фотоволтаичен масив.

Важно е да се отбележи, че с увеличаването на серията и паралелното свързване на модулите също се добавя силата на модулите.

• Серия връзка на модули

Понякога системното напрежение, необходимо за електроцентрала, е много по-високо от това, което един фотоволтаичен модул може да произведе. В такива случаи N-номерът на фотоволтаичните модули е свързан в серия, за да осигури необходимото ниво на напрежение. Тази серийна връзка на фотоволтаичните модули е подобна на тази на връзките на N-номер на клетките в модул, за да се получи необходимото ниво на напрежение. Следващата фигура показва фотоволтаичните панели, свързани в серийна конфигурация.

С тази серийна връзка не само напрежението, но и мощността, генерирана от модула, също се увеличава. За да се постигне това, отрицателният терминал на един модул е свързан към положителния терминал на другия модул.

Ако модулът има напрежение на отворената верига V _OC1 от 20 V и други свързани в серия има V _OC2 от 20 V, тогава общата отворена верига на низа е сборът на две напрежения

V _OC и V _OC1 + V _OC2

V _OC 20 V + 20 V ? 40 V

Важно е да се отбележи, че сумирането на напреженията в максималната точка на мощност е приложимо и при фотоволтаичен масив.

Изчисляване на броя на модулите, необходими в серия и тяхната обща мощност

За да се изчисли броят на фотоволтаичните модули, които трябва да бъдат свързани в серия, трябва да се даде необходимото напрежение на фотоволтаичния масив. Ще видим и общата мощност, генерирана от PV масива. Имайте предвид, че всички модули са идентични с еднакви параметри на модула.

Тъй като трябва да свържем N-номер на модулите от серия, трябва да знаем необходимото напрежение от фотоволтаичния масив

• PV масива отворено напрежение V _OCA
• PV масивно напрежение при максимална точка на мощност V _MA

Стъпка 2: Обърнете внимание на параметрите на фотоволтаичния модул, който трябва да бъде свързан в серийния низ

Трябва да се отбележат и параметрите на фотоволтата като ток и напрежение в максималната точка на мощност и други параметри като _VOC, I _SC и P _M.

Стъпка 3: Изчислете броя на модулите, които да бъдат свързани в серия

За да се изчисли броят на модулите „N“ общото напрежение на масива е разделено от напрежението на отделния модул, Тъй като фотоволтационният модул трябва да работи под STC съотношението на напрежението на масива при максимална мощност V _MA към модулното напрежение при максимална мощност V _M.

Подобно изчисление за напрежението с отворен кръг на PV може да се направи и т.е. съотношение на напрежението на масива при отворена верига V _OCA към модулно напрежение при отворена верига V _OC. Имайте предвид, че стойността на “N” може да бъде не-четило число, така че трябва да вземем следващото по-голямо число и така стойността на V _MA и V _OCA също ще се увеличи от това, което искахме.

Общата мощност на фотоволтаичния масив е обобщаването на максималната мощност на отделните модули, свързани в серия. Ако P _M е максималната мощност на един модул и „N“ е броят на модулите, свързани в серия, тогава общата мощност на фотоволтаичния масив P _MA е N и P _M.

Можем също така да изчислим мощността на масива по произведението на напрежението на PV масива и тока при максимална точка на мощност, т.е.

V _MA и I _MA

• Пример:

Сега да разберем тези стъпки по по-математическо отношение. Да вземем пример за електроцентрала от 2 MW, в която голям брой фотоволтаични модули са свързани в серия. 2 MW инверторът може да поеме входно напрежение от 600 V до 900 V.

Определете броя на модулите, които се свързват в серия, за да се получи максимално напрежение на точката на мощност от 800 V. Също така определете мощността, доставена от този PV масив. Параметрите на единния PV модул са следните;

• Напрежение на отворената верига V _OC ? 35 V
• Напрежение в максималната точка на мощност V _M ? 29 V
• Късококов ток I _SC ? 7.2 A
• Токът на максимална мощност I _M ? 6.4 A

Стъпка 1: Обърнете внимание на изискването за напрежение на PV масива

• PV масив отворен кръг напрежение V _OCA ? Не е дадено
• PV масивно напрежение при максимална точка на мощност V _МА ? 800 V

Стъпка 2: Обърнете внимание на параметрите на фотоволтаичния модул, който трябва да бъде свързан в серийния низ

Напрежение на отворената верига V _OC ? 35 V

Напрежение в максималната точка на мощност V _M ? 29 V

Късококов ток I _SC ? 7.2 A

Токът на максимална мощност I _M ? 6.4 A

Максимална мощност P _M

29 V x 6.4 A

P _M 185.6 W

Стъпка 3: Изчислете броя на модулите, които да бъдат свързани в серия

N и V _MA / V _M

N – 800 / 29

N – 27.58 (Височина стойност на числата 28)

V _MA и V _M и N

На – 29 ? 28

812 V

Стъпка 4: Изчисляване на общата мощност на фотоволтаичния масив

П _МА и N M_M

лв. 28 лв. 185.6

? 5196.8 W

По този начин се нуждаем от 28 фотоволтаични модула, които да бъдат свързани в серия с обща мощност от 5196.8 W, за да се получи желаното максимално напрежение на PV масива от 800 V.

• Несъответствие в серийно-свързани фотоволтаични модули

Максималната мощност във фотоволтаичния модул е продукт на напрежение и ток при максимална мощност. Когато модулите не са свързани в серия, тогава мощността, произведена от отделен модул, е различна. Вземете примера на таблица 1, дадена по-долу.

Таблица 1

Ако се добавят трите модула в таблица 1 са свързани в серия, тяхното напрежение, но токът остава същият, като се има предвид, че всички модули са идентични, като имат една и съща стойност на I _M ? ? ? ? 4.1 A.

Разликата в напреженията на модулите A, B и C, свързани в серия, не води до загуба на мощността, произведена от PV модула, като се има предвид, че всички модули са идентични със същата стойност на I _M и 4.1 A.

Но ако сегашният производствен капацитет на модулите, свързани в серия, не е идентичен, то токът, преминаващ през серийно свързаните с фотоволтаични модули, ще бъде равен на най-ниския ток, произведен от модул в низа. Вземете примерна таблица 2, дадена по-долу.

Таблица 2

Ако всички модули в таблица 2 са свързани в серия, то токът, преминаващ през серийно свързаните модули, се определя от модула с най-ниския ток. В този случай модул Б има най-ниския ток от 3.2 A в сравнение с модулите A и C.

Така че, токът, преминаващ през тези три серийно свързани модула, е 3.2 A. Сега сравнете таблици 1 и 2 и общата мощност, произведена и от двете. Поради неидентични модули в таблица 2 общата произведена мощност е 177.93 W, което е по-малко от общата мощност, произведена от модули в таблица 1 т.е. 191.88 W.

Можем да видим, че поради несъответствието в текущото изходната мощност, произведена от модулите, свързани със серията, е широко засегната. Така че, в серията свързване на модули несъответствие в напрежение не е проблем, а несъответствие в текущите води до загуба на мощност. Следователно модули с различни текущи рейтинги не трябва да бъдат свързани в серия.

• Паралелно свързване на модулите

Понякога, за да се увеличи мощността на слънчевата фотоволтаична система, вместо да се увеличава напрежението чрез свързване на модули в серия токът се увеличава чрез свързване на модули паралелно. Текущият в паралелната комбинация на масива на фотоволтаичните модули е сборът на отделните токове на модулите.

Напрежението в паралелната комбинация на модулите остава същото като това на индивидуалното напрежение на модула, като се има предвид, че всички модули имат идентично напрежение.

Паралелната комбинация се постига чрез свързване на положителния терминал на един модул с положителния терминал на следващия модул и отрицателния терминал към отрицателния терминал на следващия модул, както е показано на следната фигура. Следващата фигура показва слънчеви панели, свързани в паралелна конфигурация.

Ако токът I _M1 е максималният ток на точката на мощността на един модул и I _M2 е максималният ток на тока на захранващата точка на друг модул, тогава общият ток на паралелно свързания модул ще бъде I _M1 + I _M2. Ако продължим да добавяме модули паралелно, токът продължава да се добавя. Той е приложим и за ток на късо съединение Isc.

Изчисляване на броя на модулите, необходими в паралел и тяхната обща мощност

За да се изчисли броят на фотоволтаичните модули, които трябва да бъдат свързани паралелно, трябва да се даде необходимият ток на фотоволтаичния масив. Ще видим и общата мощност, генерирана от PV масива. Имайте предвид, че всички модули са идентични с еднакви параметри на модула.

Стъпка 1: Обърнете внимание на текущото изискване на фотоволтаичния масив

Тъй като трябва да свържем N-номер модули паралелно, трябва да знаем необходимия ток от фотоволтаичния масив

• PV масив късо съединение ток I _SCA
• PV масив ток в максималната точка на мощност I _MA

Стъпка 2: Обърнете внимание на параметрите на фотоволтаичния модул, който трябва да бъде свързан паралелно

Трябва да се отбележат и параметрите на фотоволтата като ток и напрежение в максималната точка на мощност и други параметри като _VOC, I _SC и P _M.

Стъпка 3: Изчислете броя на модулите, които да бъдат свързани паралелно

За да се изчисли броят на модулите N, общият ток на масива е разделен на тока на отделен модул, Тъй като фотоволтаичният модул трябва да работи по STC съотношението на масивния ток в максималната точка на мощност I _MA към модула в максималната точка на мощност I _M.

Подобно изчисление за късия ток на PV може да се направи и т.е. съотношение на текущия ток I _SCA с модул на късо съединение, за да се модули късо съединение ток I _SC.

Имайте предвид, че стойността на N може да бъде не-малко цяло, така че трябва да вземем следващото по-високо число и така стойността на I _MA и I _SCA също ще се увеличи от това, което желаехме.

Стъпка 4: Изчисляване на общата мощност на фотоволтаичния масив

Общата мощност на фотоволтаичния масив е сумирането на максималната мощност на отделните модули, свързани паралелно. Ако P _M е максималната мощност на един модул и „N“ е броят на модулите, свързани паралелно, тогава общата мощност на фотоволтаичния масив P _MA е N и P _M., ние също можем да изчислим мощността на масива от продукта на PV масива напрежение и тока в максималната точка на мощност, т.е. V _MA и I _MA.

• Пример:

Нека вземем един пример, да изчислим броя на модулите, необходими паралелно, за да се получи максимална мощност точка ток I _MA от 40 A. Изискването за напрежение на системата е 14 V. Параметрите на единния PV модул са следните;

• Напрежение на отворената верига V _OC ? 18 V
• Напрежение при максимална мощност V _M ? 14 V
• Късококов ток I _SC ? 6.5 A
• Токът на максимална мощност I _M ? 6 A

Стъпка 1: Обърнете внимание на текущото изискване на фотоволтаичния масив

• PV array къса верига ток I _SCA ? Не е даден
• PV масив ток в максималната точка на мощност I _MA ? 40 A

Стъпка 2: Обърнете внимание на параметрите на фотоволтаичния модул, който трябва да бъде свързан паралелно

Напрежение на отворената верига V _OC ? 18 V

Напрежение при максимална мощност V _M ? 14 V

Късококов ток I _SC ? 6.5 A

Токът на максимална мощност I _M ? 6 A

Максимална мощност:

P _M и V _M x I _M

P _M 14V x 6A

P _M ? 84 W

Стъпка 3: Изчислете броя на модулите, които да бъдат свързани паралелно

N и I _MA / I _M

40 / 6

N 6.66 (по-висока стойност на числото 7)

Вземете по-високи стойности 7 модула. Поради по-високата целочислена стойност на N, стойността на I _MA и I _SCA също ще се увеличи.

I _MA и I _M и N

? 6 ? 7

I _MA 42 A

Стъпка 4: Изчисляване на общата мощност на фотоволтаичния масив

П _МА и N M_M

? 7 ? 84

P _MA 588 W

По този начин се нуждаем от 7 фотоволтаични модула, които да бъдат свързани паралелно с обща мощност от 588 W, за да получим желания максимален ток на фотоволтаичния масив от 40 A.

Несъответствие в паралелно-свързани фотоволтаични модули

В паралелна връзка въпросът за несъответствието в ток не е проблем, но несъответствието в напрежението е проблем. При паралелно свързани модули напрежението ще остане същото, ако модулите имат идентични оценки на напрежението.

Но ако рейтингът на напрежението на паралелните модули е различен, тогава напрежението на системата се определя от модула с най-ниско напрежение, което води до загуба на мощност.

Ефектът от несъответствието на напрежението не е толкова тежък, колкото текущото несъответствие, но трябва да се внимава при избора на модулите. Препоръчва се за серийни комбинирани модули с един и същ токов рейтинг и за паралелни комбинирани модули със същата степен на напрежение да се предпочитат.

Серия – паралелна връзка на модулите – смесена комбинация

Когато трябва да генерираме голяма мощност в гама от гига-вати за големи фотоволтаични инсталации, трябва да свързваме модули в серия и паралелни. В големите фотоволтаични централи първо модулите са свързани в серия, известни като „PV модулни струн“, за да получат необходимото ниво на напрежение.

След това много такива струни са свързани паралелно, за да се получи необходимото ниво на тока за системата. Следните цифри показват свързването на модулите в серия и паралелно. За да опростите това, погледнете право в следващата фигура.

Модул 1 и модул 2 са свързани в серия нека го наречем низ 1. Напрежението на веригата с отворен кръг на низа 1 V _OC1 се добавя т.е.

V _OC1 и V _OC + V _{OC OC} 2V _OC

Докато токът на късо съединение на string 1 I _SC1 е същият т.е.

I _SC1 , I _SC1 , SC_SC

Подобно на струн 1, модулите 3 и 4 съставляват низа 2. Напрежението с отворен кръг на низа 2 V _OC2 се добавя, т.е.

V _OC2 и V _OC + V _OC ? 2V _OC

Докато токът на късо съединение на низ 2 I _SC2 е същият т.е.

I _SC2 и I _SC2

Сега string 1 и string 2 са свързани паралелно, никъде напрежението остава същото, но токът се добавя т.е. напрежение отворено верига на PV модула

V _OCA и V _OC1 и V _OC2 ? 2V _OC

И късен ток на PV модула

I _SCA – I _SC1 + I _SC2 и I _SC + I _SC + I _SC – 2I _. . . . . . . . . . . . .

Същото изчисление е приложимо за напрежение и ток при максималната PowerPoint.

• Изчисляване на броя на модулите, необходими в серия – паралел и тяхната обща мощност

Тук за изчисляване на броя на модулите, необходими в серия и паралелни, и мощност, ние предполагаме, че всички модули имат идентични параметри. Обърнете внимание на това;

• N _S – Брой модули в серия
• N _PP – Брой на модулите паралелно

Стъпка 1: Обърнете внимание на изискванията за ток, напрежение и мощност на фотоволтаичния масив

• PV масивна мощност P _MA
• PV масивно напрежение при максимална точка на мощност V _MA
• PV масив ток в максималната точка на мощност I _MA

Стъпка 2: Обърнете внимание на параметрите на фотоволтаичния модул

Трябва да се отбележат и параметрите на фотоволтата като ток и напрежение в максималната точка на мощност и други параметри като _VOC, I _SC и P _M.

Стъпка 3: Изчислете броя на модулите, които да бъдат свързани в серия и паралелни

За да се изчисли броят на модулите в серия N _s, общото напрежение на масива е разделено на напрежението на отделен модул, Тъй като фотоволтаичният модул трябва да работи под STC съотношението на напрежението на масива при максимална точка _на мощност V _MA към модулното напрежение при максимална точка на мощност V _M се взема.

По същия начин, за да се изчисли броят на модулите паралелно N _p, общият ток на масива е разделен на тока на отделен модул, Тъй като се предполага, че фотоволтаичният модул работи под STC съотношението на тока на масива в максималната точка на мощност I _MA към модулния ток в максималната точка на мощност I _M.

Подобни изчисления за напрежение с отворена верига и късо съединение може да се направи. Имайте предвид, че стойността на N и _s N _P може да бъде не-пълна, така че трябва да вземем следващото по-високо число и така стойността на I _MA, I _SCA, V _MA и V _OCA също ще се увеличи от това, което поискахме.

Стъпка 4: Изчисляване на общата мощност на фотоволтаичния масив

Общата мощност на фотоволтаичния масив е сумирането на максималната мощност на отделните модули, свързани в серия и паралелни.

Ако P _M е максималната мощност на един модул, а N _S е броят на модулите, свързани в серия и N _P е броят на модулите, свързани паралелно, тогава общата мощност на фотоволтаичния масив

П _МА и N _PP и N _S ? P _MM

Можем също така да изчислим мощността на масива по произведението на напрежението на PV масива и тока при максимална точка на мощност, т.е.

V _MA и I _MA

• Пример:

Сега нека да вземем пример за комбинацията – комбинацията. Трябва да определим броя на модулите, необходими за фотоволтаичен масив със следните параметри;

• Масово захранване P _MA 40 KW
• Напрежение в максималната точка на мощност от масив V _MA ? 400 V
• Токът в максималната точка на мощност на масив I _MA ? 100 A
• Модулът за проектиране на масива има следните параметри;
• Напрежение в максималната точка на мощност на модул V _M ? 70 V
• Текущ на максималната точка на мощност на модул I _M 17 A

Стъпка 1: Обърнете внимание на изискванията за ток, напрежение и мощност на фотоволтаичния масив

• PV мощност P _MA ? 40 KW
• PV масив напрежение в максималната точка на мощност V _МА ? 400 V
• PV масив ток в максималната точка на мощност I _MA ? 100 A

Стъпка 2: Обърнете внимание на параметрите на фотоволтаичния модул

Напрежение в максималната точка на мощност на модул V _M ? 70 V

Текущ на максималната точка на мощността на модул I _M и 17 A

Максимална мощност P _M :

P _M и V _M x I _M

P _M – 70V x 17A

P _M – 1190 W

Стъпка 3: Изчислете броя на модулите, които да бъдат свързани в серия и паралелни

N _S и V _MA / V _M

N _{S –} 400 / 70

N _{S –} 5.71 (Висока стойност 6)

Вземете по-висока стойност на числата 6 модула. Поради по-високата целочислена стойност на N _S, стойността на V _MA и V _OCA също ще се увеличи.

V _MA и V _M и N _S

? 70 ? 6

V _MA 420 V

Сега,

N _P и I _MA / I _M

N _P – 100 / 17

N _P 5.88 (Височина стойност на числото 6)

Вземете по-висока стойност на числата 6 модула. Поради по-високата целочислена стойност на N _P, стойността на I _MA и I _SCA също ще се увеличи.

I _MA и аз _M и N _P

I _MA 17 ? 6

I _MA 102 A

Стъпка 4: Изчисляване на общата мощност на фотоволтаичния масив

П _МА и N _S и N P _PM_M

6 лв 6 лв 1190 лв

P _MA 42840 W

По този начин ни трябват 36 фотоволтаични модула. Низ от шест модула, свързани в серия и шест такива струни, свързани паралелно, с обща мощност 42840 W, за да се получи желания максимален ток на фотоволтаичния масив от 100 А и напрежение 400 V.

Имайте предвид, че поради по-високата стойност на числата от 6 максималния ток и напрежение на фотоволтаичните масиви е съответно 102 A и 420 V.

• Заключение

В тази статия е проведено задълбочено проучване на слънчевия фотоволтаичен модул и масив. Изследвана е необходимостта, структурата и дизайна на модулите за по-високо ниво на мощност. Той също така включва процедура за измерване на параметрите и обяснение на байпасния диод и блокиране на диода за безопасността на модула.

Видяхме и обяснение на PV модула, заедно с неговата комбинация от нужди и свързване. Изчисляването и процедурата за проектиране на серийни, паралелни и миксови връзки бяха направени подробно заедно с изучаването на несъответствие в напрежението и тока на модулите. Такова изследване на фотоволтаичния модул и масив е задължително изискване за дизайнер на фотоволтаичната система.

Статията дава значително дизайнерско разбиране на важни компоненти (модули и масив) във фотоволтаичната система, които могат да бъдат използвани за правилен, ефективен и надежден дизайн във фотоволтаична система.