Wie parallel geschaltete Solarmodule mehr Strom produzieren

Es ist wichtig zu verstehen, wie parallel geschaltete Solarmodule eine höhere Stromabgabe liefern können, da die Strom-Spannungs-Charakteristik (I-V) eines Solar-PV-Moduls eine davon ist seine wichtigsten Betriebsparameter. Die Stromabgabe eines Solarmoduls (oder einer Zelle) hängt stark von seiner Oberfläche, seiner Effizienz und der Menge an Strahlung (Sonnenlicht) ab, die auf seine Oberfläche fällt.

Wie wir in diesen Tutorials zu alternativen Energien gesehen haben, sind Photovoltaik-Solarmodule Halbleiterbauelemente, die Sonnenlicht in elektrische Gleichstromenergie umwandeln. Das parallele Verbinden von PV-Modulen erhöht den Strom und damit die Ausgangsleistung, da die elektrische Leistung in Watt gleich „Volt mal Ampere“ ist. (P = V x I).

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Photovoltaikzellen erzeugen ihre Ausgangsleistung bei etwa 0,5 bis 0,6 Volt Gleichstrom, wobei der Strom direkt proportional zur Fläche und Bestrahlungsstärke der Zelle ist. Aber es ist der Widerstand der angeschlossenen Last, der letztendlich die Menge an Strom bestimmt, die von einem Panel oder einer PV-Zelle geliefert wird.

Ampere, allgemein als „Ampere“ bezeichnet, ist die Messung des Stroms Dies ist die Rate der elektrischen Ladung, die an einem festen Punkt innerhalb eines Stromkreises vorbeifließt. Je mehr Ladung, desto größer der Strom.

Bestrahlung ist die Menge an Sonnenstrahlung, die auf einem bestimmten Gebiet auf der Erde empfangen wird. Wenn also der Strombedarf einer Zelle steigt, wird helleres Sonnenlicht (angegeben in Watt pro Quadratmeter, W/m2) benötigt, um die volle Ausgangsleistung zu erzeugen, aber es gibt sie eine Höchstgrenze für die Strommenge, die eine Solarzelle erzeugen kann, egal wie hell und intensiv die Sonneneinstrahlung ist.

Während einzelne Solarzellen innerhalb eines einzelnen PV-Moduls miteinander verbunden werden können, ist dies bei Solar-Photovoltaikmodulen möglich selbst in parallelen Strängen zusammengeschaltet werden, um eine Reihe miteinander verbundener Module zu bilden, die die verfügbare Gesamtleistung für eine bestimmte Solaranwendung im Vergleich zu einem einzelnen Modul erhöhen.

Wenn keine Last an die Klemmen eines Solarpanels angeschlossen ist, erzeugt das Panel keinen Strom, da es keinen Stromkreis gibt, um den es fließen könnte. Wenn die Klemmen jedoch kurzgeschlossen werden, ist der Strombedarf sehr hoch, sodass das Photovoltaikmodul seinen maximalen Ausgangsstrom, allgemein als Kurzschlussstrom ISC bezeichnet, aus dem verfügbaren Licht erzeugt.

Wenn Solarmodule parallel geschaltet werden, bleibt die Gesamtausgangsspannung gleich wie bei einem einzelnen Modul, aber der Ausgangsstrom wird zur Summe der Stromstärke jedes Moduls. Der Effekt der Parallelverdrahtung ist also, dass die Spannung gleich bleibt, während sich die Stromstärke summiert.

Parallel geschaltete Solarmodule

So verbinden Sie Solarmodule parallel

Photovoltaische Solarmodule erzeugen einen Strom, wenn sie Sonnenlicht (Einstrahlung) ausgesetzt sind, und wir können die Stromabgabe eines Arrays erhöhen, indem wir die PV-Module parallel schalten. Das Parallelschalten von Solarmodulen erhöht den verfügbaren Strom des Systems, sodass zwei parallel geschaltete identische Module den doppelten Strom erzeugen als nur ein einzelnes Modul. Aber während sich die Ströme summieren, bleibt die Panelspannung gleich.

Wenn PV-Module elektrisch parallel verdrahtet sind, werden die positiven (#043;) Anschlüsse aller Module miteinander verbunden (positiv zu positiv) und alle negativen (#045;) Anschlüsse miteinander verbunden (negativ zu negativ). , bis alle Panels parallel verdrahtet sind und Sie nur noch einen einzigen Pluspol und einen einzigen Minuspol haben, um sie an Ihren Regler und Ihre Batterien anzuschließen. Beachten Sie, dass Reihenstränge von PV-Modulen auch parallel geschaltet werden können (mehrere Stränge), um den Strom und damit die Leistungsabgabe zu erhöhen.

Parallel geschaltete Solarmodule des gleichen Typs

In diesem Szenario sind alle Solar-PV-Module vom gleichen Typ und mit der gleichen Nennleistung. Die Gesamtstromabgabe wird zur Summe der Nennströme jedes einzelnen Panels, aber die parallel geschaltete Spannung ist gleich der Panelspannung wie gezeigt.

Unter Verwendung der gleichen drei 12-Volt-, 5,0-Ampere-PV-Module von oben können wir sehen, dass sie parallel miteinander verbunden sind. Die kombinierte Verbindung erzeugt insgesamt 15 Ampere (5 + 5 + 5) bei 12 Volt Gleichstrom, was eine kombinierte Wattleistung von 180 Watt (Volt x Ampere) ergibt, verglichen mit den 60 Watt von nur einem einzelnen Panel.

Wenn das Array also aus “n” Anzahl von Solarmodulen mit genau denselben elektrischen Eigenschaften, dann wäre die Gesamtstromabgabe I1 mal “n” (I*n) Ampere, wobei die Ausgangsspannung gleich V1 ist. Somit entspricht die Gesamtleistung der Kombination V*I*n Watt.

Sehen wir uns nun den Anschluss von Solarmodulen an parallel mit unterschiedlichen Nennströmen, aber mit identischen Nennspannungen.

Parallel geschaltete Solarmodule mit unterschiedlichen Strömen

Bei dieser Methode sind alle Solarmodule von unterschiedlichem Typ und daher unterschiedlicher Nennleistung, haben aber eine gemeinsame Nennspannung. Das heißt, an allen Panels steht die gleiche Nennspannung zur Verfügung. Wir haben zuvor gesehen, dass sich bei parallel geschalteten Panels ihre Ströme addieren, also kein wirkliches Problem, solange die Panelspannungen gleich sind und die Ausgangsspannung konstant bleibt.

Diese parallele Kombination erzeugt 12 Volt Gleichstrom bei 9,0 Ampere und erzeugt maximal 108 Watt. Auch hier ist der Gesamtausgangsstrom IT die Summe der einzelnen Panels, die von der Anzahl der angeschlossenen Panels abhängt. Die Ausgangsspannung bleibt wie bisher gleich bei 12 Volt.

Beachten Sie, dass die Hersteller zwar eine maximale oder Spitzenleistung (40 W, 100 W, 150 W, 240 W usw.) für ein Panel angeben, abgekürzt WP (Watt-Peak), bei diesem Wattwert gelten die Nennspannung und der Nennstrom des Moduls auf der I-V-Kennlinie.

Zum Beispiel: 12 Volt x 5 Ampere = 60 Watt. Allerdings der Kurzschlussstrom, ISCist der Modulstrom, gemessen in voller Sonne (1000 W/m2), wenn die positiven und negativen Anschlüsse miteinander kurzgeschlossen sind. Somit ist ISC der maximale Strom, den ein Modul erzeugen kann, wenn die Spannung über ihm Null ist (wenn das Solarmodul kurzgeschlossen ist).

Der Kurzschlussstrom eines Moduls hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wie z. B. der Fläche des Solarmoduls, der Einstrahlung, der Temperatur usw. Der ISC eines Moduls kann jedoch bis zu 10 % höher sein als der Nennstrom (IMP) des Moduls hört sich vielleicht nicht sehr viel an, könnte aber bei großen parallelen Kombinationen von Modulen zu übermäßigen Überströmen durch Kabel führen.

Während unser einfaches Beispiel einen Nennstrom von 9 Ampere bei maximaler Leistung hat, könnte er möglicherweise höher sein 9,9 Ampere (9*1,1). Daher ist es dieser höhere Stromwert, der bei der Installation von Kabeln zwischen parallel geschalteten Panels und DC-Lasten usw. berücksichtigt werden muss.

Es ist auch möglich, Solarmodule in Reihe zu schalten, die als „Strings“ bezeichnet werden, und dann die einzelnen Reihenstränge in parallelen Zweigen miteinander zu verbinden.

In Reihe geschaltete PV-Module und dann die Reihenstränge erhöhen Sie gleichzeitig sowohl die maximale Spannung als auch den maximalen Nennstrom des Arrays. Der Vorteil hierbei ist, dass diese Reihen-Parallel-Kombination von Panels eine bessere Kompatibilität des Arrays mit Wechselrichtern oder Ladereglern ermöglicht, die normalerweise für höhere Spannungs- und Stromeingänge ausgelegt sind, z. B. 200 Volt bei 20 Ampere.

Dies setzt natürlich voraus, dass die Module identische elektrische Eigenschaften haben und dass es die gleiche Anzahl von PV-Modulen pro String gibt, sodass sich die Stromstärken der Reihenstrings addieren, während die Spannung jedes Strings gleich und konstant bleibt.

Was aber, wenn die Solarmodule nicht identisch sind und unterschiedliche Nennspannungen haben, wie wirkt sich dies auf die Ausgangsleistung aus? Betrachten wir die Parallelschaltung von Solarmodulen mit unterschiedlichen Nennspannungswerten, aber gleichen Nennströmen.

Solarmodule parallel mit unterschiedlichen Spannungen

Hier haben alle Solarmodule unterschiedliche Nennspannungen, aber den gleichen Nennstrom. Die einzelnen Panel-Ströme addieren sich nach wie vor, egal ob ihre Stärken gleich oder unterschiedlich sind, aber diesmal wird die Ausgangsspannung aufgrund dieser Spannungsfehlanpassung auf den Wert des niedrigsten Panels in der Parallelschaltung begrenzt, in diesem Fall 8 Volt . Dann ergibt die Parallelschaltung in diesem einfachen Beispiel etwa 8 Volt bei 15 Ampere.

In Wirklichkeit liegt die Gesamtausgangsspannung der Parallelkombination jedoch irgendwo zwischen der niedrigsten Panelspannung und einem mittleren (durchschnittlichen) Wert, der durch die restlichen Panels in der Anordnung bestimmt wird. Bei niedrigen Ausgangsspannungspegeln ist diese Diskrepanz möglicherweise kein Problem, aber wenn die Sonneneinstrahlung in Richtung oder über die volle Sonne (1000 W/m2) zunimmt, kann die Diskrepanz in den Strom-Spannungs (I-V)-Eigenschaften jedes Photovoltaikmoduls zu erheblichen Leistungsverlusten führen in einem großen Array, also am besten vermeiden.

Schließlich würden Sie eine 6-Volt-Batterie nicht parallel zu einer 12-Volt-Batterie anschließen und erwarten, dass die Kombination eine perfekte 12-Volt-Leistung erzeugt, oder die 6-Volt-Batterie nicht überhitzt, was sie wird. Aber für dieses einfache Tutorial gehen wir davon aus, dass es gleich dem niedrigsten Spannungswert des Moduls ist.

Sehen wir uns nun an, wie man Solarmodule mit unterschiedlichen Nennleistungen parallel schaltet, da dies das häufigste Szenario ist.

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Parallel geschaltete Solarmodule mit unterschiedlichen Wattagen

Nehmen wir hier an, wir haben vier Solar-PV-Module, zwei haben eine Nennleistung von 80 Watt, 12 Volt und zwei eine Nennleistung von 100 Watt, 12 Volt, was eine theoretische Gesamtleistung von 360 (80+80+100+100) Watt bei 12 Volt ergibt . Hier stellt sich die Frage, wie die Solarmodule parallel geschaltet werden. Wir könnten alle vier in einer parallelen Kombination (1 x 4) zusammenschalten oder die beiden 80-Watt-Module in Reihe und die beiden 100-Watt-Module in Reihe mit den beiden Serienstrings parallel schalten (2 x 2). Es gibt verschiedene Verdrahtungsmöglichkeiten.

Wenn wir uns jedoch das Datenblatt der Photovoltaikmodule ansehen, können wir sehen, dass die Werte für die maximale Leistungspunktspannung (VMP) und den Strom (IMP) zwischen den 80-Watt-Modulen und den 100-Watt-Modulen unterschiedlich sind. Daher sind die Panels nicht dasselbe wie:

Die angegebenen Eigenschaften für die 80-Watt-Panels sind:

PMP = 80 Watt,  VMP = 20,9 Volt,  IMP =&#160 ;3,85 Ampere

und die Kenndaten der 100-Watt-Panels lauten:

PMP = 100 Watt,  VMP = 17,9 Volt,  IMP = 5,72 Ampere

Obwohl alle vier Panels für 12 Volt ausgelegt sind, sind ihre Strom-Spannungs-Eigenschaften (I-V) eindeutig sehr unterschiedlich, sodass es nicht einfach ist, sie parallel zu schalten.

Wir haben oben angegeben, dass es nicht ratsam ist, Solarmodule mit unterschiedlichen Spannungswerten parallel zu schalten, und obwohl es nicht perfekt ist, ist das Verbinden von Solarmodulen mit unterschiedlichen Nennströmen etwas besser als eine Spannungsabweichung, aber es wird das Modul sein mit die niedrigste Nennstromstärke, die über die Gesamtleistung entscheidet.

Wenn wir also ein 80-Watt-Modul in Reihe mit einem 100-Watt-Modul schalten, um einen Reihenstrang zu bilden, machen Sie dasselbe für den zweiten Reihenstrang und Verbinden Sie dann diese beiden Serien-Strings parallel miteinander, dies ergibt die folgende Kombination:

Da der Parallelstrom durch das Modul mit dem niedrigsten Wert (Module 1 und 2) begrenzt wird, wird die Gesamtleistung mit 300 Watt berechnet und nicht mit der erwarteten 360 Watt, eine Reduzierung um knapp 17 %. Dann ist es beim Parallelschalten von Solarmodulen eindeutig effizienter, PV-Module mit den gleichen Eigenschaften zu verwenden.

Zusammenfassung parallel geschalteter Solarmodule

Wir haben hier gesehen, dass parallel geschaltete Solarmodule den verfügbaren Strom erhöhen. Somit sind “parallel geschaltete Solarpanels etwa Strom” wie IT = I1 + I2 + I3 usw. also Parallelverdrahtung = mehr Strom.

Wie viele Solarmodule Sie parallel miteinander verbinden, hängt davon ab, welche Strommenge Sie anstreben oder wie viele Solarmodule Sie zur Verfügung haben, aber Sie MÜSSEN den möglichen Kurzschlussstrom und den ISC-Wert aller Module berücksichtigen ( Module).

Während der Strom ansteigen kann, entspricht die Spannung den Modulspannungen. Wenn alle Solarmodule die gleichen elektrischen Eigenschaften haben, wird die parallele Kombination 100 % der verfügbaren Leistung bei voller Sonne (1000 W/m2) produzieren.

Wenn die parallel geschalteten PV-Module unterschiedliche Wattagen und Nennwerte haben, werden sowohl die Spannung als auch der Strom auf die niedrigsten Werte begrenzt, wodurch die Effizienz des parallel geschalteten Arrays selbst bei maximaler Einstrahlung reduziert wird. Bei Parallelschaltungen muss eine Spannungsfehlanpassung vermieden werden.

Deshalb sollten Panels verschiedener Typen, monokristallin oder polykristallin oder mit unterschiedlichen WMP-Wattwerten, beispielsweise 40 Watt zusammen mit 50 Watt, nicht wie gewohnt parallel geschaltet werden erbringen nicht die erwarteten 90 Watt (40 + 50) und verschwenden damit Ihr Geld für das größere 50-Watt-Panel.

Solar-Photovoltaikmodule sind eine großartige Möglichkeit, kostenlos Strom zu erzeugen, und sind in einer Reihe von Wattwerten von weniger als 10 Watt bis über 200 Watt erhältlich, um für viele Solaranwendungen geeignet zu sein. Um jedoch mit Ihrem parallel geschalteten Array die höchste Effizienz und Rentabilität Ihrer Investition zu erzielen, sind die Positionierung, der Sonnenwinkel und die Einstrahlungsmenge genauso wichtig wie die Verwendung derselben Marke und desselben Modells von Solarmodulen. Ein wenig Nachdenken wird Ihnen helfen, viel Geld zu sparen.

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