حداقل چند پنل لازم است؟
تعداد دقیق پنل به مشخصات پنل و اینورتر بستگی دارد. برای یک محاسبه اولیه، باید ولتاژ Start-up اینورتر و حداقل ولتاژ MPPT را بر ولتاژ کاری هر پنل تقسیم کنیم و نتیجه را به عدد صحیح بالاتر گرد کنیم. اما طراحی نهایی باید بر اساس Vmp پنل در گرمترین شرایط انجام شود؛ چون با افزایش دمای پنل، ولتاژ آن کاهش پیدا میکند.
برای مثال اگر حداقل ولتاژ MPPT اینورتر ۲۰۰ ولت و Vmp هر پنل در شرایط گرم حدود ۳۵ ولت باشد:
پس حداقل تعداد اولیه برابر ۶ پنل سری خواهد بود.
این عدد فقط یک محاسبه اولیه است. ممکن است در طراحی مطمئنتر، برای حفظ فاصله از حداقل ولتاژ MPPT، به ۷ پنل یا بیشتر نیاز باشد.
تفاوت Start-up Voltage و MPPT Voltage چیست؟
در دیتاشیت اینورتر معمولاً چند عدد مختلف برای ورودی DC نوشته میشود. دو موردی که بیشترین ارتباط را با حداقل تعداد پنل دارند، Start-up Voltage و MPPT Operating Range هستند.
ولتاژ راهاندازی یا Start-up Voltage
این ولتاژی است که اینورتر برای شروع به کار، فعال شدن مدارهای داخلی و آغاز فرایند راهاندازی به آن نیاز دارد. اگر ولتاژ استرینگ به این مقدار نرسد، اینورتر ممکن است روشن نشود یا در حالت انتظار باقی بماند.
حداقل ولتاژ محدوده MPPT
این عدد پایینترین ولتاژی است که MPPT میتواند در آن محدوده بهصورت مؤثر نقطه حداکثر توان آرایه را دنبال کند. ممکن است اینورتر در ولتاژ Start-up روشن شود، اما اگر ولتاژ کاری استرینگ بعد از شروع کار از حداقل محدوده MPPT پایینتر باشد، عملکرد پایدار و کامل نخواهد داشت.
فقط روشن شدن لحظهای اینورتر کافی نیست. استرینگ باید بعد از راهاندازی نیز در گرمترین شرایط داخل محدوده کاری MPPT باقی بماند.
فرمول حداقل تعداد پنل برای MPPT
برای محاسبه اولیه حداقل تعداد پنل سری میتوان از رابطه زیر استفاده کرد:
عدد بهدستآمده باید همیشه به عدد صحیح بالاتر گرد شود.
اما در محاسبه دقیق نباید Vmp پنل را فقط از شرایط STC برداشت کنیم. پنلها در زمان تابش واقعی گرم میشوند و ولتاژ Vmp آنها کاهش پیدا میکند.
چرا دمای پنل روی حداقل تعداد اثر دارد؟
ولتاژ پنل خورشیدی با افزایش دمای سلول کاهش پیدا میکند. بنابراین Vmp نوشتهشده در دیتاشیت که معمولاً در شرایط STC اعلام میشود، ممکن است در ظهر گرم تابستان کمتر شود.
فرض کنید Vmp یک پنل در دیتاشیت ۴۱ ولت باشد، اما در دمای بالای سلول به حدود ۳۵ ولت کاهش پیدا کند. اگر محاسبه حداقل تعداد فقط با ۴۱ ولت انجام شود، ممکن است تعداد پنل کمتر از مقدار مطمئن انتخاب شود.
| شرایط پنل | Vmp تقریبی | اثر روی حداقل تعداد |
|---|---|---|
| دمای پایین | بیشتر | رسیدن به حداقل MPPT آسانتر است |
| شرایط STC | مقدار دیتاشیت | برای مقایسه اولیه مناسب است |
| دمای بالای سلول | کمتر | ممکن است به پنل بیشتری نیاز باشد |
برای تعیین دقیق Vmp در دمای بالا باید ضریب دمایی ولتاژ پنل و دمای سلول در شرایط پروژه بررسی شود.
مثال محاسبه حداقل تعداد پنل
فرض کنیم دیتاشیت اینورتر و پنل مشخصات زیر را نشان دهد:
محاسبه بر اساس Start-up Voltage
حداقل برای عبور از ولتاژ راهاندازی: ۶ پنل
محاسبه بر اساس حداقل محدوده MPPT
حداقل برای ورود به محدوده MPPT: ۶ پنل
از نظر محاسبه ریاضی، ۶ پنل ممکن است کافی به نظر برسد. اما این تعداد دقیقاً نزدیک حداقل MPPT قرار میگیرد و حاشیه طراحی کمی دارد.
با ۷ پنل، ولتاژ کاری گرم استرینگ تقریباً ۲۴۵ ولت میشود و فاصله بهتری از حداقل ۲۰۰ ولت MPPT ایجاد میکند.
چرا نباید فقط Start-up Voltage را ملاک قرار دهیم؟
برخی طراحان حداقل تعداد پنل را فقط با تقسیم Start-up Voltage بر Vmp پنل محاسبه میکنند. این کار ممکن است باعث شود استرینگ فقط در بعضی ساعتها اینورتر را روشن کند، اما بعد از شروع به کار، ولتاژ آن برای باقی ماندن در محدوده MPPT کافی نباشد.
برای مثال ممکن است اینورتر در ۱۸۰ ولت روشن شود، اما محدوده MPPT آن از ۲۲۰ ولت شروع شود. در این شرایط، استرینگ باید بر اساس ۲۲۰ ولت محاسبه شود، نه فقط ۱۸۰ ولت.
حداقل تعداد پنل باید طوری انتخاب شود که Vmp استرینگ در گرمترین شرایط از حداقل ولتاژ کاری MPPT پایینتر نیاید.
حداکثر تعداد پنل را هم باید بررسی کنیم
بعد از تعیین حداقل تعداد پنل، باید مطمئن شویم که تعداد انتخابشده از حد مجاز بالاتر نرود. حداکثر تعداد پنل معمولاً با استفاده از Voc پنل در سردترین دمای طراحی و حداکثر ولتاژ DC اینورتر محاسبه میشود.
در هوای سرد، Voc پنل افزایش پیدا میکند. بنابراین تقسیم حداکثر ولتاژ اینورتر بر Voc دیتاشیت بدون اصلاح دما ممکن است تعداد بیش از حد مجاز ایجاد کند.
| محاسبه | پارامتر اصلی | شرایط بحرانی |
|---|---|---|
| حداقل تعداد پنل | Vmp | گرمترین شرایط |
| حداکثر تعداد پنل | Voc | سردترین شرایط |
تعداد پنل در چند اینورتر فرضی
فرض کنیم Vmp پنل در شرایط گرم حدود ۳۵ ولت باشد. جدول زیر حداقل تعداد اولیه را برای چند محدوده MPPT نشان میدهد.
| حداقل ولتاژ MPPT | محاسبه | حداقل عدد ریاضی | پیشنهاد با حاشیه مناسب |
|---|---|---|---|
| ۱۲۰ ولت | 120 ÷ 35 | ۴ پنل | ۴ یا ۵ پنل |
| ۲۰۰ ولت | 200 ÷ 35 | ۶ پنل | ۷ پنل |
| ۲۵۰ ولت | 250 ÷ 35 | ۸ پنل | ۸ یا ۹ پنل |
| ۳۰۰ ولت | 300 ÷ 35 | ۹ پنل | ۹ یا ۱۰ پنل |
اعداد ستون آخر فقط نمونه طراحی هستند. انتخاب نهایی باید با مشخصات واقعی پنل، ضریب دمایی، دمای پروژه و دیتاشیت اینورتر انجام شود.
اگر تعداد پنل کمتر از حداقل باشد چه اتفاقی میافتد؟
- اینورتر ممکن است صبح دیرتر روشن شود.
- در روزهای ابری ممکن است اصلاً راهاندازی نشود.
- در ساعات گرم روز ممکن است ولتاژ از محدوده MPPT پایینتر برود.
- اینورتر ممکن است مرتب روشن و خاموش شود.
- زمان تولید روزانه کاهش پیدا میکند.
- توان قابل برداشت از آرایه کمتر میشود.
- خطای Low DC Voltage ممکن است ثبت شود.
- عملکرد سیستم ناپایدار خواهد شد.
این مشکل بهخصوص در استرینگهای کوتاه، پنلهای با Vmp پایین و اینورترهایی با حداقل MPPT بالا بیشتر دیده میشود.
آیا هر MPPT حداقل تعداد پنل جداگانه میخواهد؟
بله. اگر اینورتر چند MPPT مستقل داشته باشد، هر MPPT باید استرینگی دریافت کند که ولتاژ آن بهتنهایی داخل محدوده کاری همان MPPT باشد.
برای مثال، اگر MPPT1 دارای ۱۰ پنل و MPPT2 فقط ۳ پنل داشته باشد، ممکن است MPPT1 بهدرستی کار کند اما MPPT2 به حداقل ولتاژ لازم نرسد.
ولتاژ استرینگهای متصل به دو MPPT مستقل برای راهاندازی با یکدیگر جمع نمیشود. هر ورودی MPPT باید شرایط حداقل ولتاژ خود را جداگانه تأمین کند.
قبل از تعیین حداقل تعداد پنل چه مواردی را بررسی کنیم؟
- ولتاژ Start-up اینورتر
- حداقل ولتاژ محدوده MPPT
- ولتاژ نامی یا Rated Input Voltage
- Vmp پنل در شرایط STC
- ضریب دمایی Vmp یا Pmax
- دمای بالای سلول در محل پروژه
- Voc پنل در هوای سرد
- حداکثر ولتاژ DC اینورتر
- حداکثر جریان هر MPPT
- تعداد ورودیهای مستقل MPPT
اشتباهات متداول در تعیین حداقل تعداد پنل
استفاده از Voc بهجای Vmp
برای تعیین حداقل تعداد پنل در شرایط کار، معمولاً Vmp اهمیت دارد. Voc مربوط به حالت مدار باز است و برای کنترل حداکثر ولتاژ استرینگ استفاده میشود.
بیتوجهی به دمای بالا
محاسبه فقط با Vmp دیتاشیت میتواند تعداد پنل را کمتر از حد مطمئن نشان دهد.
ملاک قرار دادن فقط Start-up Voltage
ممکن است ولتاژ راهاندازی از حداقل محدوده MPPT کمتر باشد. استرینگ باید هر دو شرط را رعایت کند.
انتخاب عدد دقیقاً روی مرز
اگر محاسبه نشان دهد ۶ پنل دقیقاً نزدیک حداقل MPPT است، اضافه کردن یک پنل میتواند حاشیه عملکرد بهتری ایجاد کند؛ به شرط اینکه محدودیت حداکثر ولتاژ نیز رعایت شود.
نتیجه نهایی برای طراحی استرینگ
حداقل تعداد پنل برای روشن شدن MPPT یک عدد ثابت نیست. این مقدار به حداقل ولتاژ MPPT اینورتر، ولتاژ راهاندازی، Vmp پنل و شرایط دمایی پروژه بستگی دارد.
برای طراحی مطمئن، حداقل تعداد پنل را بر اساس Vmp پنل در گرمترین شرایط محاسبه کنید و استرینگ را دقیقاً روی مرز حداقل MPPT قرار ندهید.
سپس حداکثر تعداد را با Voc سرد کنترل کنید تا استرینگ هم در تابستان داخل محدوده MPPT بماند و هم در زمستان از حداکثر ولتاژ اینورتر عبور نکند.
سؤالات متداول
فقط Start-up Voltage کافی نیست. حداقل ولتاژ محدوده کاری MPPT نیز باید بررسی شود و معمولاً عدد بزرگتر مبنای طراحی قرار میگیرد.
برای حداقل تعداد پنل معمولاً Vmp در گرمترین شرایط مهم است. Voc برای کنترل حداکثر تعداد پنل در سردترین شرایط استفاده میشود.
معمولاً مشکل اصلی روشن نشدن یا عملکرد ناپایدار اینورتر است، نه لزوماً آسیب مستقیم. با این حال طراحی باید مطابق محدودههای اعلامشده سازنده انجام شود.
تا زمانی که ولتاژ آرایه به Start-up Voltage نرسد، اینورتر راهاندازی نمیشود. استرینگ کوتاه یا تابش کم میتواند زمان روشن شدن را عقب بیندازد.
باید 200V بر Vmp پنل در دمای بالا تقسیم شود. اگر Vmp گرم پنل 35V باشد، نتیجه 5.71 است و حداقل عدد ریاضی 6 پنل خواهد بود.
در بسیاری از پروژهها ایجاد حاشیه نسبت به حداقل MPPT مفید است، اما قبل از اضافه کردن پنل باید حداکثر Voc استرینگ و حداکثر ولتاژ DC اینورتر نیز کنترل شود.
بله. در MPPTهای مستقل، هر ورودی باید استرینگ مناسب خودش را داشته باشد. ولتاژ دو MPPT برای راهاندازی با هم جمع نمیشود.
گرم شدن پنل باعث کاهش Vmp میشود. اگر تعداد پنل دقیقاً روی حداقل انتخاب شده باشد، ممکن است در گرمای زیاد ولتاژ استرینگ از محدوده MPPT پایینتر برود.
توان پنل بهتنهایی تعیینکننده نیست. ممکن است دو پنل با توان مشابه، Vmp متفاوتی داشته باشند. برای حداقل تعداد، مشخصات ولتاژی پنل اهمیت بیشتری دارد.
اصل بررسی محدوده MPPT مشابه است، اما در اینورترهای آفگرید و هیبریدی باید مشخصات شارژکنترلر داخلی، ولتاژ باتری و محدودیتهای سازنده نیز بررسی شوند.
مدل پنل و اینورتر را مشخص کنید
برای تعیین حداقل و حداکثر تعداد پنل باید Vmp، Voc، ضرایب دمایی پنل، Start-up Voltage، محدوده MPPT و حداکثر ولتاژ DC اینورتر در کنار هم بررسی شوند.
