آیا می‌توان دو استرینگ با تعداد پنل متفاوت را به یک MPPT وصل کرد؟

پاسخ کوتاه و کاربردی

در طراحی معمول نیروگاه خورشیدی، دو استرینگ موازی متصل به یک MPPT بهتر است تعداد پنل سری یکسان داشته باشند.

دلیل اصلی این است که دو استرینگ موازی روی یک MPPT ولتاژ کاری مشترک دارند. اگر تعداد پنل‌های آن‌ها متفاوت باشد، ولتاژ MPP طبیعی دو استرینگ نیز متفاوت خواهد بود و MPPT نمی‌تواند هر کدام را مستقل از دیگری در نقطه حداکثر توان خودش نگه دارد.

• ۱۸ پنل + ۱۸ پنل روی یک MPPT: آرایش معمول و مناسب، در صورت یکسان بودن سایر شرایط.
• ۱۸ پنل + ۱۵ پنل روی یک MPPT: معمولاً توصیه نمی‌شود و باید دستورالعمل اینورتر بررسی شود.
• ۱۸ پنل روی MPPT1 و ۱۵ پنل روی MPPT2: در بسیاری از اینورترهای چند MPPT قابل انجام است، اگر هر دو استرینگ داخل محدوده ولتاژ و جریان MPPT مربوط به خود باشند.

چرا تعداد پنل‌ها باید یکسان باشد؟

هر پنل خورشیدی در نقطه حداکثر توان خود یک ولتاژ مشخص به نام Vmp دارد.

وقتی چند پنل به‌صورت سری در یک استرینگ قرار می‌گیرند، ولتاژهای آن‌ها تقریباً با هم جمع می‌شوند.

بنابراین اگر Vmp هر پنل را به‌صورت ساده حدود ۴۰ ولت فرض کنیم:

استرینگ اول دوست دارد نزدیک ۷۲۰ ولت کار کند، در حالی که استرینگ دوم نقطه MPP خود را نزدیک ۶۰۰ ولت دارد.

اما وقتی این دو استرینگ روی یک MPPT موازی شوند، اینورتر فقط می‌تواند یک ولتاژ کاری مشترک برای هر دو انتخاب کند.

مقایسه آرایش صحیح و نامناسب

در اتصال موازی چه اتفاقی برای ولتاژ و جریان می‌افتد؟

وقتی دو استرینگ به‌صورت موازی متصل می‌شوند، ولتاژ دو شاخه تقریباً یکسان است اما جریان آن‌ها با یکدیگر جمع می‌شود.

به همین دلیل اتصال دو استرینگ با جریان‌های کمی متفاوت در بسیاری از شرایط قابل مدیریت است، اما اختلاف زیاد در ولتاژ MPP موضوع مهم‌تری است.

مثال: استرینگ 18 پنلی و 15 پنلی

فرض کنیم پنل مورد استفاده مشخصات تقریبی زیر را داشته باشد:

• Vmp پنل: 40V
• Imp پنل: 13A
• توان پنل: حدود 520W

در این صورت:

جریان کاری دو استرینگ تقریباً مشابه است، اما ولتاژ MPP آن‌ها حدود ۱۲۰ ولت اختلاف دارد.

اگر این دو استرینگ روی یک MPPT قرار بگیرند، MPPT باید یک ولتاژ مشترک پیدا کند. در نتیجه حداقل یکی از دو استرینگ، و معمولاً هر دو تا حدی، از نقطه MPP مستقل خود فاصله می‌گیرند.

Mismatch Loss چیست؟

وقتی اجزای یک آرایه خورشیدی رفتار الکتریکی یکسانی نداشته باشند، بخشی از توان بالقوه سیستم قابل برداشت نخواهد بود. به این پدیده معمولاً Mismatch Loss گفته می‌شود.

اختلاف تعداد پنل سری بین دو استرینگ یک نوع mismatch ولتاژی ایجاد می‌کند.

هرچه اختلاف تعداد پنل‌ها بیشتر باشد، فاصله بین Vmp دو استرینگ نیز معمولاً بیشتر می‌شود و احتمال افزایش تلفات mismatch بالا می‌رود.

چه استرینگ‌هایی را روی یک MPPT قرار دهیم؟

برای رسیدن به عملکرد مناسب، استرینگ‌هایی که روی یک MPPT قرار می‌گیرند بهتر است تا حد امکان مشخصات مشابهی داشته باشند.

• تعداد پنل سری یکسان
• مدل و مشخصات الکتریکی پنل یکسان
• جهت جغرافیایی مشابه
• زاویه نصب مشابه
• شرایط سایه‌اندازی مشابه
• سطح تابش نزدیک به هم

هدف این است که منحنی‌های I-V و P-V استرینگ‌ها تا حد امکان به یکدیگر نزدیک باشند تا MPPT بتواند یک نقطه کاری مناسب برای کل مجموعه پیدا کند.

اگر اینورتر دو MPPT داشته باشد چه؟

اینجا شرایط کاملاً متفاوت می‌شود. اگر اینورتر دو MPPT مستقل واقعی داشته باشد، هر MPPT می‌تواند ولتاژ کاری خودش را جداگانه تنظیم کند.

بنابراین می‌توان برای مثال:

• استرینگ ۱۸ پنلی را به MPPT1
• استرینگ ۱۵ پنلی را به MPPT2

متصل کرد؛ البته به شرط اینکه هر استرینگ تمام محدودیت‌های ورودی MPPT مربوط به خود را رعایت کند.

در اتصال به MPPT جدا چه چیزهایی باید بررسی شود؟

داشتن MPPT جدا به این معنی نیست که هر تعداد پنلی را می‌توان بدون محاسبه به اینورتر متصل کرد. برای هر استرینگ باید موارد زیر کنترل شوند:

• Voc استرینگ در سردترین دمای طراحی از حداکثر ولتاژ DC اینورتر بیشتر نشود.
• Vmp استرینگ داخل محدوده MPPT اینورتر قرار گیرد.
• جریان ورودی از حداکثر جریان MPPT عبور نکند.
• Isc آرایه از محدودیت جریان اتصال کوتاه ورودی تجاوز نکند.
• توان DC ورودی در محدوده طراحی اینورتر باشد.
• حداقل ولتاژ Start-up و MPPT رعایت شود.

اگر تعداد پنل برابر باشد ولی جهت دو استرینگ متفاوت باشد چه؟

تعداد مساوی پنل یک شرط مهم است، اما تنها شرط نیست.

برای مثال اگر دو استرینگ هر دو ۱۸ پنل داشته باشند ولی یکی کاملاً رو به جنوب و دیگری رو به شرق باشد، پروفایل تابش و نقطه کاری آن‌ها در طول روز متفاوت خواهد بود.

اگر اینورتر MPPTهای جداگانه در اختیار دارد، معمولاً بهتر است آرایه‌هایی با جهت یا شرایط سایه متفاوت روی MPPTهای جدا قرار بگیرند.

آیا دو مدل پنل متفاوت را می‌توان روی یک MPPT قرار داد؟

این کار نیز معمولاً انتخاب ایده‌آلی نیست. حتی اگر تعداد پنل دو استرینگ برابر باشد، اختلاف در Vmp، Imp، ضریب دمایی و منحنی I-V می‌تواند mismatch ایجاد کند.

به همین دلیل در طراحی معمول بهتر است استرینگ‌های یک MPPT از پنل‌های هم‌مدل یا حداقل با مشخصات الکتریکی بسیار نزدیک ساخته شوند.

اگر جریان دو استرینگ متفاوت باشد چه؟

در اتصال موازی، جریان استرینگ‌ها با یکدیگر جمع می‌شود. بنابراین علاوه بر mismatch باید حداکثر جریان مجاز MPPT نیز بررسی شود.

مثلاً اگر هر استرینگ در نقطه کاری حدود ۱۳ آمپر تولید کند:

بنابراین قبل از موازی کردن چند استرینگ، باید دیتاشیت اینورتر و حداکثر جریان هر MPPT با دقت بررسی شود.

اگر اختلاف فقط یک پنل باشد چه؟

فرض کنید دو استرینگ شامل ۱۸ و ۱۷ پنل باشند. اختلاف Vmp آن‌ها نسبت به حالت ۱۸ و ۱۵ پنل کمتر است، بنابراین mismatch ممکن است از نظر انرژی کوچک‌تر باشد.

اما این موضوع به معنی مجاز بودن خودکار این اتصال نیست. برخی سازندگان اینورتر برای استرینگ‌های موازی روی یک MPPT صراحتاً تعداد مساوی پنل سری را要求 می‌کنند.

بنابراین حتی برای اختلاف یک پنل نیز دیتاشیت و دستورالعمل نصب اینورتر باید مبنای تصمیم باشد.

چرا دستورالعمل سازنده اینورتر اهمیت دارد؟

معماری ورودی DC اینورترها یکسان نیست. ممکن است یک اینورتر چهار کانکتور DC داشته باشد ولی همه آن‌ها به یک MPPT مشترک وصل باشند، در حالی که مدل دیگری همان تعداد ورودی را بین دو یا سه MPPT مستقل تقسیم کرده باشد.

بنابراین تعداد کانکتورها را نباید با تعداد MPPT اشتباه گرفت.

جدول تصمیم‌گیری سریع

اشتباهات رایج در اتصال استرینگ‌ها

• فرض اینکه چون کانکتورهای اینورتر جدا هستند، MPPT آن‌ها نیز جداست.
• موازی کردن استرینگ‌های با تعداد پنل متفاوت بدون بررسی Vmp.
• بررسی فقط ولتاژ و فراموش کردن حداکثر جریان MPPT.
• استفاده از دو نوع پنل متفاوت روی یک MPPT بدون تحلیل mismatch.
• قرار دادن آرایه‌های با جهت کاملاً متفاوت روی یک MPPT در حالی که MPPT خالی دیگری وجود دارد.
• بررسی Voc فقط در STC و نادیده گرفتن افزایش Voc در هوای سرد.
• فرض اینکه اختلاف یک پنل همیشه بی‌اهمیت است.

چک‌لیست قبل از اتصال دو استرینگ به یک MPPT

نتیجه‌گیری

اگر دو استرینگ قرار است به‌صورت موازی روی یک MPPT مشترک قرار بگیرند، بهترین طراحی این است که تعداد پنل سری آن‌ها یکسان باشد.

استرینگ‌های با تعداد پنل متفاوت، Vmp متفاوتی دارند و چون یک MPPT فقط یک ولتاژ کاری مشترک را کنترل می‌کند، ممکن است تلفات mismatch ایجاد شود و همچنین آرایش موردنظر با دستورالعمل سازنده اینورتر سازگار نباشد.

اگر اینورتر دارای MPPTهای مستقل باشد، راه‌حل حرفه‌ای‌تر این است که استرینگ‌هایی با طول متفاوت روی MPPTهای جداگانه قرار گیرند؛ البته پس از کنترل کامل Voc، Vmp، جریان و توان ورودی.