Температурна корекція Voc PV-стрингу — максимальна кількість панелей послідовно за низької температури

Посібник про сонячні фотоелектричні системи (§712) згадує DC-роз'єднувач та інвертор як основні компоненти PV-установки. Ця стаття докладніше розглядає розрахунковий крок, що передує проєктуванню кожного PV-стрингу: скільки панелей можна з'єднати послідовно, не перевищивши максимальну вхідну DC-напругу інвертора — і чому цей розрахунок не можна виконувати за Voc із шильдика.

Voc за STC — не значення, релевантне для проєкту

Напруга холостого ходу (Voc) на шильдику PV-модуля виміряна за стандартних випробувальних умов (STC): температури модуля 25 °C. На практиці фактична температура модуля рідко становить 25 °C — сонячного літнього дня температура модуля може підніматися значно вище температури довкілля, тоді як холодного ясного зимового ранку температура модуля залишається близькою до низької температури довкілля, у поєднанні з повною інсоляцією одразу після сходу сонця.

Чому низька температура дає вищу напругу

PV-модуль має від'ємний температурний коефіцієнт для Voc: напруга зростає зі зниженням температури модуля. Для кристалічних кремнієвих модулів цей коефіцієнт (β) зазвичай становить порядку -0,25...-0,4 %/°C і зазначається в технічному паспорті модуля. Температурно-скориговане Voc наближено обчислюється за формулою:

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

Наприклад, за мінімальної розрахункової температури -10 °C і β = -0,3 %/°C це означає зростання напруги на 0,3 % × 35 °C = 10,5% понад Voc за STC. Для стрингу з двадцяти панелей, кожна з Voc STC 45 В, напруга стрингу тоді зростає з 900 В до понад 994 В.

Вимога з IEC 60364-7-712

IEC 60364-7-712 (на якій ґрунтується §712 стандарту NEN 1010) вимагає, щоб максимальна DC-напруга системи PV-установки визначалася за найнижчої очікуваної температури довкілля на місці установки, а не за температури STC. Максимально допустима кількість панелей послідовно випливає з:

Максимум панелей послідовно = Umax,інвертора / Voc(T_min)

де Umax,інвертора — максимальна вхідна DC-напруга інвертора, зазначена виробником, а Voc(T_min) — температурно-скоригована напруга холостого ходу однієї панелі за найнижчої очікуваної температури довкілля.

Увага: точна найнижча очікувана температура довкілля залежить від місця розташування; для Нідерландів на практиці часто приймається мінімальна розрахункова температура від -10 °C до -15 °C, але вирішальне значення мають фактичне значення та точний температурний коефіцієнт обраної панелі — обидва містяться відповідно в технічному паспорті виробника панелі та в місцевих кліматичних даних.

Чому це може призвести до непоміченого перевищення

Стринг, який за розрахунком на основі STC залишається з комфортним запасом нижче максимальної напруги інвертора, може холодного ясного ранку — саме в момент, коли панелі видають найвищу потужність завдяки поєднанню низької температури елемента та повної інсоляції — все ж перевищити максимальну вхідну DC-напругу інвертора. Цей ризик проявляється не постійно, а лише за цієї конкретної погодної умови, через що занижений розрахунок стрингу може легко залишитися непоміченим під час першого (тепліше) введення в експлуатацію, доки холодний ранок не пошкодить інвертор або не змусить його вимкнутися.

Також важливе й зворотне обмеження: Vmp за високої температури

Окрім максимального Voc за низької температури, існує й нижня межа: за високої температури модуля (літній день, модуль може нагрітися значно вище температури навколишнього повітря) напруга MPP стрингу (Vmp) знижується. Занадто короткий стринг може тому в теплу погоду опуститися нижче діапазону MPPT інвертора, що спричиняє втрату потужності. Таким чином, максимальна кількість панелей визначається холодним Voc, а мінімальна кількість панелей — теплим Vmp: обидві межі випливають з одного й того самого принципу (температурної залежності напруги модуля), але в протилежних напрямках.

Практична значущість

Під час проєктування PV-стрингу — особливо для великих дахових систем зі стрингами, близькими до максимальної напруги інвертора, — важливо завжди виконувати температурну корекцію з використанням фактичного температурного коефіцієнта обраної панелі та найнижчої очікуваної температури на об'єкті, а не простішого, але небезпечного розрахунку за Voc STC. Для наявних установок, близьких до межі, варто перевірити, чи справді початковий розрахунок виконувався з температурною корекцією.

Часті помилки

1. Розрахунок максимальної довжини стрингу за Voc STC із шильдика без застосування температурної корекції для найнижчої очікуваної температури довкілля.
2. Прийняття узагальненого температурного коефіцієнта замість використання конкретного значення β обраного типу панелі — воно відрізняється залежно від технології панелі та виробника.
3. Розгляд лише літньої ситуації під час визначення максимальної напруги стрингу, тоді як саме холодний ясний зимовий ранок є критичною за напругою умовою.
4. Нехтування мінімальною довжиною стрингу (тепле Vmp, нижня межа MPPT) за уваги лише до максимальної довжини стрингу (холодне Voc) — обидві межі потрібні для правильно розрахованого стрингу.

Пов'язані матеріали

• Сонячні фотоелектричні системи (§712)
• PV-установки — пожежний вимикач та DC-маркування (§712)
• Захист від острівного режиму PV-інверторів (NEN-EN 50549-1)
• Вимірювання опору ізоляції з боку DC PV-стрингів
• DC-кабель PV — EN 50618 та позначення H1Z2Z2-K