Температурная коррекция Voc PV-стринга — максимальное количество панелей последовательно при низкой температуре

Руководство о солнечных фотоэлектрических системах (§712) упоминает DC-разъединитель и инвертор как основные компоненты PV-установки. Эта статья подробнее рассматривает расчётный шаг, предшествующий проектированию каждого PV-стринга: сколько панелей можно соединить последовательно, не превысив максимальное входное DC-напряжение инвертора — и почему этот расчёт нельзя выполнять по Voc с шильдика.

Voc при STC — не значение, релевантное для проекта

Напряжение холостого хода (Voc) на шильдике PV-модуля измерено при стандартных испытательных условиях (STC): температуре модуля 25 °C. На практике фактическая температура модуля редко составляет 25 °C — в солнечный летний день температура модуля может подниматься значительно выше температуры окружающей среды, тогда как холодным ясным зимним утром температура модуля остаётся близкой к низкой температуре окружающей среды, в сочетании с полной инсоляцией сразу после восхода солнца.

Почему низкая температура даёт более высокое напряжение

PV-модуль имеет отрицательный температурный коэффициент для Voc: напряжение растёт по мере снижения температуры модуля. Для кристаллических кремниевых модулей этот коэффициент (β) обычно составляет порядка -0,25...-0,4 %/°C и указывается в техническом паспорте модуля. Температурно-скорректированное Voc приближённо вычисляется по формуле:

Voc(T) ≈ Voc,STC × [1 + β × (T − 25 °C)]

Например, при минимальной расчётной температуре -10 °C и β = -0,3 %/°C это означает рост напряжения на 0,3 % × 35 °C = 10,5% выше Voc при STC. Для стринга из двадцати панелей, каждая с Voc STC 45 В, напряжение стринга тогда возрастает с 900 В до более чем 994 В.

Требование из IEC 60364-7-712

IEC 60364-7-712 (на которой основан §712 стандарта NEN 1010) требует, чтобы максимальное DC-напряжение системы PV-установки определялось при самой низкой ожидаемой температуре окружающей среды на месте установки, а не при температуре STC. Максимально допустимое число панелей последовательно следует из:

Максимум панелей последовательно = Umax,инвертора / Voc(T_min)

где Umax,инвертора — максимальное входное DC-напряжение инвертора, указанное производителем, а Voc(T_min) — температурно-скорректированное напряжение холостого хода одной панели при самой низкой ожидаемой температуре окружающей среды.

Внимание: точная самая низкая ожидаемая температура окружающей среды зависит от местоположения; для Нидерландов на практике часто принимается минимальная расчётная температура от -10 °C до -15 °C, но решающее значение имеют фактическое значение и точный температурный коэффициент выбранной панели — оба находятся соответственно в техническом паспорте производителя панели и в местных климатических данных.

Почему это может привести к незамеченному превышению

Стринг, который при расчёте по STC остаётся с комфортным запасом ниже максимального напряжения инвертора, может холодным ясным утром — именно в момент, когда панели выдают наивысшую мощность благодаря сочетанию низкой температуры элемента и полной инсоляции — всё же превысить максимальное входное DC-напряжение инвертора. Этот риск проявляется не постоянно, а только при данном конкретном погодном условии, из-за чего заниженный расчёт стринга может легко остаться незамеченным при первом (более тёплом) вводе в эксплуатацию, пока холодное утро не повредит инвертор или не вынудит его отключиться.

Также важно и обратное ограничение: Vmp при высокой температуре

Помимо максимального Voc при низкой температуре, существует и нижняя граница: при высокой температуре модуля (летний день, модуль может нагреться значительно выше температуры окружающего воздуха) напряжение MPP стринга (Vmp) снижается. Слишком короткий стринг может поэтому в тёплую погоду опуститься ниже диапазона MPPT инвертора, что приводит к потере мощности. Таким образом, максимальное число панелей определяется холодным Voc, а минимальное число панелей — тёплым Vmp: обе границы вытекают из одного и того же принципа (температурной зависимости напряжения модуля), но в противоположных направлениях.

Практическая значимость

При проектировании PV-стринга — особенно для крупных кровельных систем со стрингами, близкими к максимальному напряжению инвертора, — важно всегда выполнять температурную коррекцию с использованием фактического температурного коэффициента выбранной панели и самой низкой ожидаемой температуры на объекте, а не более простого, но небезопасного расчёта по Voc STC. Для существующих установок, близких к границе, целесообразно проверить, действительно ли исходный расчёт выполнялся с температурной коррекцией.

Частые ошибки

1. Расчёт максимальной длины стринга по Voc STC с шильдика без применения температурной коррекции для самой низкой ожидаемой температуры окружающей среды.
2. Принятие обобщённого температурного коэффициента вместо использования конкретного значения β выбранного типа панели — оно различается в зависимости от технологии панели и производителя.
3. Рассмотрение только летней ситуации при определении максимального напряжения стринга, тогда как именно холодное ясное зимнее утро является критическим по напряжению условием.
4. Пренебрежение минимальной длиной стринга (тёплое Vmp, нижняя граница MPPT) при внимании только к максимальной длине стринга (холодное Voc) — обе границы необходимы для корректно рассчитанного стринга.

Связанные материалы

• Солнечные фотоэлектрические системы (§712)
• PV-установки — пожарный выключатель и DC-маркировка (§712)
• Защита от островного режима PV-инверторов (NEN-EN 50549-1)
• Измерение сопротивления изоляции на стороне DC PV-стрингов
• DC-кабель PV — EN 50618 и обозначение H1Z2Z2-K